Прислать материал
Разработка макета универсального программно-аппаратного комплекса тематической обработки данных авиакосмической дистанционной видеоспектрометрии
Номер контракта: 14.575.21.0028
Руководитель: Кондранин Тимофей Владимирович
Должность: заведующий кафедрой систем, устройств и методов геокосмической физики
Организация:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)"
Организация докладчика:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Ключевые слова:
дистанционное зондирование, дзз, гипеспектральные изображения, обработка гипеспектральных данных, программное обеспечение, радиометрическая коррекция, атмосферная коррекция, тематическая обработка, классификация изображений, анализ многомерных данных, обнаружение объектов
Цель проекта:
В последнее десятилетие существенно возрастает роль новейших авиационных и космических технологий гиперспектрального дистанционного зондирования (ДЗ) в решении связанных с различными отраслями экономики прикладных, а также научно-методических задач. В России в настоящее время практически отсутствуют авиационные гиперспектральные аппаратно-программные комплексы, готовые для тиражирования в качестве средств промышленного мониторинга состояния природно-техногенной сферы, в том числе на региональном уровне, с использованием авианосителей различного класса, а также для отработки программно-алгоритмического и методического обеспечения существующей и перспективной гиперспектральной аппаратуры космического базирования и проведения подспутниковых экспериментов. Для решения поставленной задачи сформирована цель проекта.
Цель проекта: Разработка комплекса научных и научно-технических решений в области создания программного и аппаратного обеспечения для повышения оперативности, достоверности, и автоматизации процесса тематической обработки авиакосмических данных дистанционной видеоспектрометрии (гиперспектральные изображения ) при решении научно-исследовательских и прикладных задач дистанционного контроля и мониторинга состояния природных и техногенных объектов.
Основные планируемые результаты проекта:
Экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса, состоящего из авиационной гиперспектральной камеры (АГК) видимого и ближнего инфракрасного диапазона (450 – 1000 нм) , имеющего 150 спектральных каналов, шириной от 2 до 15 нм, специального и прикладного программного обеспечения, предназначенного соответственно для управления АГК и для обработки получаемых данных дистанционного зондирования.
Предложения и рекомендации по использованию разработанного научно-технического задела проведенных ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.
Проект технического задания на проведение ОКР «Создание нового типа универсального программно-аппаратного комплекса тематической обработки данных дистанционной видеоспектрометрии».
Патентные исследования, проведенные при выполнении ПНИ, показали соответствие ожидаемых результатов современному техническому уровню и наличие новых аппаратных и программно-алгоритмических решений в сравнении с аналогичными разработками мирового уровня.
Предложения и рекомендации по использованию разработанного научно-технического задела проведенных ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.
Проект технического задания на проведение ОКР «Создание нового типа универсального программно-аппаратного комплекса тематической обработки данных дистанционной видеоспектрометрии».
Патентные исследования, проведенные при выполнении ПНИ, показали соответствие ожидаемых результатов современному техническому уровню и наличие новых аппаратных и программно-алгоритмических решений в сравнении с аналогичными разработками мирового уровня.
Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
С использованием результатов ПНИ можно наладить производство и эксплуатацию универсального программно-аппаратного комплекса тематической обработки данных авиакосмической дистанционной видеоспектрометрии, позволяющего получать продукты гиперспектрального дистанционного зондирования.
Патентные исследования, проведенные на 1-м этапе проекта, показали соответствие ожидаемых результатов современному техническому уровню и наличие новых аппаратных и программно-алгоритмических решений в сравнении с аналогичными разработками мирового уровня. Аналитический обзор и анализ современных комплексов и алгоритмов, проведенные на 1-м и 2-м этапах, подтверждают соответствие полученных результатов мировому уровню и наличие новизны научных и технологических решений.
Наибольший потенциал разрабатываемого в рамках исследования программно-аппаратного комплекса находится в области повышения качества данных путем соответствующих методик калибровочных работ и совершенствования программной составляющей для повышения информативности получаемых продуктов.
Патентные исследования, проведенные на 1-м этапе проекта, показали соответствие ожидаемых результатов современному техническому уровню и наличие новых аппаратных и программно-алгоритмических решений в сравнении с аналогичными разработками мирового уровня. Аналитический обзор и анализ современных комплексов и алгоритмов, проведенные на 1-м и 2-м этапах, подтверждают соответствие полученных результатов мировому уровню и наличие новизны научных и технологических решений.
Наибольший потенциал разрабатываемого в рамках исследования программно-аппаратного комплекса находится в области повышения качества данных путем соответствующих методик калибровочных работ и совершенствования программной составляющей для повышения информативности получаемых продуктов.
Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Гиперспектральное аэрокосмическое зондирование позволяет получать наиболее подробные данные о спектральной отражательной способности природно-техногенных объектов на поверхности Земли и является одним из наиболее перспективных методов получения геопространственной информации. Развитие систем гиперспектрального зондирования непосредственно входит в Концепцию развития российской космической системы дистанционного зондирования Земли на период до 2025 года. Предусмотрено применение результатов данного исследования для решения следующих задач:
1) инвентаризация посевов с/х культур, мониторинг их состояния, мониторинг влагосодержания и температуры почвы;
2) создание и обновление кадастров с/х земель и ирригационных объектов;
3) мониторинг состояния водоемов и водотоков;
4) мониторинг гидротехнических сооружений;
5) мониторинг экзогенных геологических процессов;
6) создание и обновление кадастров природных ресурсов;
7) создание и обновление земельного кадастра.
Планируемые результаты могут способствовать дальнейшему совершенствованию аппаратных и программных средств, используемых для гиперспектрального дистанционного зондирования, а также увеличить возможность практического использования результатов гиперспектрального дистанционного зондирования в упомянутых выше задачах.
Планируемые результаты открывают новые возможности для международного сотрудничества в связи с проведением другими странами разработок по тематике гиперспектрального дистанционного зондирования, а применение результатов данного исследования может быть использовано для демонстрации и популяризации науки.
1) инвентаризация посевов с/х культур, мониторинг их состояния, мониторинг влагосодержания и температуры почвы;
2) создание и обновление кадастров с/х земель и ирригационных объектов;
3) мониторинг состояния водоемов и водотоков;
4) мониторинг гидротехнических сооружений;
5) мониторинг экзогенных геологических процессов;
6) создание и обновление кадастров природных ресурсов;
7) создание и обновление земельного кадастра.
Планируемые результаты могут способствовать дальнейшему совершенствованию аппаратных и программных средств, используемых для гиперспектрального дистанционного зондирования, а также увеличить возможность практического использования результатов гиперспектрального дистанционного зондирования в упомянутых выше задачах.
Планируемые результаты открывают новые возможности для международного сотрудничества в связи с проведением другими странами разработок по тематике гиперспектрального дистанционного зондирования, а применение результатов данного исследования может быть использовано для демонстрации и популяризации науки.
Текущие результаты проекта:
Проведён обзор существующих методов сокращения размерности гиперспектральных данных, разработаны критерии автоматизации отбора информативных каналов;
Разработаны рекомендации для организации распространения наборов гиперспектральных данных, максимально удовлетворяющие основным критериям: функциональности, расширяемости и удобству использования. Также был разработан уникальный механизм хранения промежуточных метаданных, соответствующий функциональным возможностям разрабатываемого программного обеспечения;
Разработана методика и алгоритм радиометрической коррекции гиперспектральных данных, охватывающий как лабораторные измерения, так и эмпирическую коррекцию снимков.
Разработанные алгоритмы опробованы на ряде данных полевых измерений и показывают хорошие результаты.
Проведены полевые измерения спектральных отражательных характеристик подстилающей поверхности;
Проведены авиационные съемки;
Выполнено освещение результатов ПНИ на 58-й научной конференции МФТИ и 13-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из Космоса».
Проведенный аналитический обзор и анализ современных комплексов и алгоритмов, проведенные на 1-м и 2-м этапах, позволяют утверждать что полученные в 2015 году результаты соответствуют мировому уровню.
В рамках выполнения запланированных индикаторов в 2015 г. по результатам ПНИ опубликованы 2 научные статьи в научных журналах, индексируемых в Scopus или Web of Science, выполнено 1 мероприятие по демонстрации и популяризации результатов ПНИ, использована 1 уникальная научная установка.
По результатам ПНИ на декабрь 2015 года назначена защита диссертации Николенко А.А. на соискание ученой степени кандидата технических наук по теме «Методы обработки данных гиперспектрального авиакосмического дистанционного зондирования агросистем с учетом атмосферной коррекции».
Разработаны рекомендации для организации распространения наборов гиперспектральных данных, максимально удовлетворяющие основным критериям: функциональности, расширяемости и удобству использования. Также был разработан уникальный механизм хранения промежуточных метаданных, соответствующий функциональным возможностям разрабатываемого программного обеспечения;
Разработана методика и алгоритм радиометрической коррекции гиперспектральных данных, охватывающий как лабораторные измерения, так и эмпирическую коррекцию снимков.
Разработанные алгоритмы опробованы на ряде данных полевых измерений и показывают хорошие результаты.
Проведены полевые измерения спектральных отражательных характеристик подстилающей поверхности;
Проведены авиационные съемки;
Выполнено освещение результатов ПНИ на 58-й научной конференции МФТИ и 13-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из Космоса».
Проведенный аналитический обзор и анализ современных комплексов и алгоритмов, проведенные на 1-м и 2-м этапах, позволяют утверждать что полученные в 2015 году результаты соответствуют мировому уровню.
В рамках выполнения запланированных индикаторов в 2015 г. по результатам ПНИ опубликованы 2 научные статьи в научных журналах, индексируемых в Scopus или Web of Science, выполнено 1 мероприятие по демонстрации и популяризации результатов ПНИ, использована 1 уникальная научная установка.
По результатам ПНИ на декабрь 2015 года назначена защита диссертации Николенко А.А. на соискание ученой степени кандидата технических наук по теме «Методы обработки данных гиперспектрального авиакосмического дистанционного зондирования агросистем с учетом атмосферной коррекции».