Презентація "Сфери використання даних дистанційного зондування Землі"

Вчитель географії КЗ «Оріхівський НВК №2 імені В. А. Лазаряна» Бромот Тамара Миколаївна Сфери використання даних дистанційного зондування Землі

Мета: знайомство з методами дистанційного зондування Землі; аналіз методів та моделей розпізнавання зображень дистанційного зондування Землі, таких як, SIFT, SURF, BRISK; практичне використання і застосування методів розпізнавання зображень дистанційного зондування Землі у: картографуванні, міському та господарському плануванні, екології, військовій справі, сільському і лісовому господарстві та ін.

Дистанційне зондування Землі (ДЗЗ) – це спостереження нашої планети за допомогою знімальних пристроїв, встановлених на космічних апаратах та інших літальних об’єктах, яке дає змогу фіксувати зміни та визначати тенденції процесів, що відбуваються на поверхні Землі й над нею. Передісторія цього наукового напряму бере початок у 1858 р., коли Землю було вперше зафільмовано з парашута, а нового імпульсу він набув у роки Першої світової війни, коли дистанційне знімання використовувалося для потреб розвідки. На період Другої світової війни припадає вдосконалення знімальних пристроїв, поліпшення їхньої розрізнювальної здатності. Проте, власне наукове використання ДЗЗ почалася із запуском у 1972 році першого американського штучного супутника за програмою «Landsat». Космічні знімки подібні до звичайних фотографій, але відображають Землю в різних спектральних діапазонах, яких налічується від 7 до 220, – пояснила О. Томченко. Застосування новітніх технологій у ДЗЗ дає змогу щоразу більше деталізувати об’єкти, зафіксовані на таких фотографіях. Наразі найкраща розрізненність сягнула вже позначки 40 см на 1 піксель. Для порівняння: раніше було 100, 10 і 1 км на 1 піксел, проте навіть такі значення вважалися задовільними, якщо йшлося, наприклад, про вивчення формування хмар або відповідності метеорологічних умов в атмосфері погодним умовам на Землі.

Зараз ДЗЗ використовується надзвичайно широко: за його допомогою відстежують, зокрема, природну й антропогенну трансформацію екосистем і перебіг та наслідки надзвичайних ситуацій. Місце й обсяг вирубки лісів і зелених насаджень, зміни русла ріки, масштаби пожежі при займанні торфовищ, обсяг розливу нафтопродуктів – все це й чимало іншого (в тому числі й того, чого не видно неозброєним оком, – наприклад, надмірно нагрітих або охолоджених ділянок земної поверхні, забруднення атмосферного повітря) дають змогу визначити й оцінити саме космічні знімки. Однак найцікавіше й чи не найважливіше у ДЗЗ – це можливість простежувати будь-які зміни в динаміці, охоплюючи також ретроспективу. В такий спосіб вивчається відновлення лісів, трансформація берегової лінії та один із її наслідків – зсування міждержавних кордонів, які пролягають уздовж русел рік, та інше. ДЗЗ є незамінним для огляду важкодоступних або небезпечних ділянок, наприклад території Зони відчуження навколо Чорнобильської АЕС. За словами О. Томченко, за космознімками, знятими в червоному й інфрачервоному діапазонах, можна визначити стан рослинності, а в середньому інфрачервоному діапазоні – зволоженість території.

Дистанційне зондування землі (ДЗЗ) почали використовувати у 1970-х для цілей моніторингу с/г територій. У зв’язку із запуском великої кількості супутників спостереження Землі і наявністю великих об’ємів різнорідних даних дистанційних спостережень в останні роки ці дані активно використовуються органами державної влади різних країн для прийняття рішень у сфері екологічної та харчової безпеки, моніторингу розбудови міст, побудови єдин ДЛЯ ЧОГО ВИКОРИСТОВУЄТЬСЯ ДЗЗ У СВІТІ Моніторинг фактичного використання земельзастосовують у країнах ЄС та Північної Америки для: оцінки площ посівів оцінки стану с/г культур та прогнозу їх розвитку прогнозування врожайностіоцінки стану рослинностіздійснення контролю за екологічною безпекою автоматичної оцінки стану земель оцінки змін ландшафтуконтролю за сівозмінамиу більшості країн ЄС – також для контролю субсидій на ведення сільського господарства та за використанням коштів в сфері с/г виробництва, ін Прогнозування врожаю через супутник

Дані ДЗЗ з успіхом використовуються для: прогнозу погоди і моніторингу небезпечних природних явищ; прогнозу і контролю розвитку повеней та паводків, оцінки завданого ними збитку; оцінки збитків від лісових пожеж і їхніх наслідків; контролю стану гідротехнічних споруд на каскадах водоймищ; природоохоронного моніторингу; спостереження за льодовою обстановкою в районах морських шляхів й в акваторіях видобутку нафти на шельфі; моніторингу розливів нафти і руху нафтової плями; реального місцезнаходження морських суден у тій чи іншій акваторії; відстеження динаміки і стану вирубки лісу; прогнозу врожайності сільськогосподарських культур; відновлення топографічних карт, що відображають реальний стан територій; дотримання ліцензійних угод при освоєнні родовищ корисних копалин; контролю несанкціонованого будівництва; Однією з вимог до даних ДЗЗ є оперативність одержання актуальної просторової інформації про земну поверхню.

ДЗЗ розвивається дуже швидкими темпами: якщо ще 5 років тому в навколоземному просторі працювало 20 космічних апаратів, котрі здійснювали постійну зйомку, то нині їх нараховується вже близько 300. Крім того, постійно розширюється спектр, в якому фільмується планета, збільшується розрізнювальна здатність, поліпшується якість отримуваних зображень. Не менш важливим є й те, що впродовж останнього часу космічні знімки стали значно доступнішими для споживачів такої продукції: коли в 1985 році використання цієї інформації було комерціалізовано, ціни на неї були дуже високими, а для українських науковців – фактично, недозволеною розкішшю. Нині знімки середньої розрізненності з деяких супутників (наприклад, супутника «Sentinel», нещодавно запущеного Європейським космічним агентством) безкоштовні для наукових досліджень. Якщо ж дослідження має довготривалий ретроспективний характер, то вчені найчастіше користуються базою даних, отриманих у межах американській програмі Landsat. НЕОБХІДНІСТЬ ДЗЗ ДЛЯ УКРАЇНИ Перспектива відкриття ринку с/г земель та антикорупційні зусилля України вимагають прискорення процесів, спрямованих на забезпечення прозорості земельних відносин та максимальної точності даних щодо земельної сфери. ДЗЗ дозволить отримувати актуальну інформацію про: використання с/г земельобсяги посівів с/г культурпрогноз врожайностіпорушення законодавства з питань землекористування та охорони земель і вживати заходів для їх усунення.

СТАН ЗАСТОСУВАННЯ ДЗЗ В УКРАЇНІ На державному рівні для контролю фактичного використання с/г земель супутникові дані практично не використовуються.Для цього відсутня й нормативно-правовабаза. Проте у приватному секторі досвід використання послуг агромонторингує. Їх надають приватні компанії як для окремих фермерів, так і для агрохолдингів. Основна мета моніторингу полягає у побудові карт деградації земель, уточнення схем внесення добрив та оцінцівалового збору с/г продукції. Здійснено пілотний проект з Дистанційного зондування землі (ДЗЗ) урамках проекту «Підтримка реформ в сільському господарстві та земельних відносинах», який реалізується Київським економічним інститутом (КЕІ) за фінансової підтримки Світового банку. МОЖЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СУПУТНИКІВ Для моніторингу фактичного використання с/г земель використовують оптичні і радіолокаційнідані. Їх забезпечують супутникиостаннього поколінняLandsatта Sentinel. Sentinel забезпечує найвищуроздільнуздатність космознімків (з-поміжтих, що перебувають у відкритомудоступі) - 10 м.Даніз цих супутників було використано для реалізації пілотних проектів уСнігурівському районі Миколаївської обл. та Білоцерківському районі Київської обл.Точність результатів розпізнавання сільгоспкультур на території пілотних проектів –близько 85%; це сучасний рівень, який досягається при ДЗЗ в розвинутих країнах.

Комп'ютерне моделювання та експериментальні дослідження методів та моделей розпізнавання зображень дистанційного зондування Землі Комп'ютерне моделювання обробки та розпізнавання зображень ДЗЗ являє собою проведення практичних експериментів з використанням методів: SIFT, SURF та BRISK. Експерименти проводилися над зображеннями з розширеннями 1920х1080 пікселів. Умови проведення експериментів - пошук об’єкту проводиться протягом 10 секунд із швидкістю зйомки 30 кадрів/секунду. Застосування методів SIFT - метод, що працює найточніше, виділяє велику кількість критичних точок і підходить для пошуку малих, середніх та великих об’єктів на зображенні. SURF - знаходить малі, великі та середні об’єкти, але є більш швидким ніж SIFT та менш точним. BRISK є найшвидшим методом, але найменш точним, виділяє найменшу кількість критичних точок. Підходить для пошуку великих об’єктів в реальному часі.

Метод SIFT дозволяє порівнювати зображення, піддані таким трансформаціям як зміна масштабу, зміщення об'єкта на сцені, повороти камери або об'єкта. Метод SIFT, показав свою ефективність в пошуку об’єктів на зображенні, що мають велику кількість критичних точок. Виходячи з результату наведеного експерименту 9 з 10 заданих об’єктів були знайдені. Критичні точки визначаються на переходах змін кольору геометричних форм. Для пошуку малих об’єктів на зображенні необхідно, щоб вони мали достатню кількість критичних точок. Один об’єкт не був знайдений, так як метод SIFT знайшов невелику кількість критичних точок. SIFT Рисунок 1 – Метод SIFT знайшов 9 із 10 об’єктів

Метод SURF, ефективний в пошуку об’єктів на зображенні, що мають велику кількість критичних точок. Критичні точки визначаються на переходах змін кольору геометричних форм. Для пошуку малих об’єктів на зображенні необхідно, щоб вони мали достатню кількість критичних точок. Об’єкти відносно один одного нерозподілені на великі, середні, малі, так як на даному зображенні відсутні різкі перепади кольорів. Один об’єкт не був знайдений. 9-й об’єкт не знаходиться в 30% випадків. Метод SURF вирішує два завдання – пошук критичних точок вихідного зображення і створення їх дескрипторів, інваріантних до масштабування і обертання. SURF Рисунок 2 – SURF знайшов 9 із 10 об’єктів

Метод BRISK показав велику швидкодію при пошуку великих об’єктів на зображенні. Але має низьку точність при пошуку малих об’єктів, що мають меншу кількість критичних точок. Даний метод, можна застосовувати в режимі реального часу, для пошуку великих об’єктів. BRISK Метод BRISK, так як і SURF здійснює пошук критичних точок вихідного зображення і створення їх дескрипторів, інваріантних до масштабування і обертання . Рисунок 3 – BRISK знайшов 3 об’єкти із 10

http://www.nas.gov.ua/UA/Messages/news/Pages/View.aspx?MessageID=3392 http://www.kse.org.ua/download.php?downloadid=826 https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%B5_%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%96 https://www.google.com/search?sxsrf=ALeKk00yA3f5-DqQ9XC2LKoe5mOVXqBwpg:1602413156375&source=univ&tbm=isch&q=картинки+дистанційне+зондування+землі&client https://www.google.com/search?sxsrf=ALeKk00yA3f5-DqQ9XC2LKoe5mOVXqBwpg:1602413156375&source=univ&tbm=isch&q=%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%BA%D0%B8+%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%B5+%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F+%D0%B7%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%96&client=firefox-b-d&sa=X&ved=2ahUKEwj_7N-XrqzsAhXMs4sKHe5BDTUQjJkEegQIChAB&biw=1600&bih=767#imgrc=PPhB7okURl-zXM

https://www.google.com/search?sxsrf=ALeKk00yA3f5-DqQ9XC2LKoe5mOVXqBwpg:1602413156375&source=univ&tbm=isch&q=картинки+дистанційне+зондування+землі&client=firefox-b-d&sa=X&ved=2ahUKEw https://www.google.com/search?sxsrf=ALeKk00yA3f5-DqQ9XC2LKoe5mOVXqBwpg:1602413156375&source=univ&tbm=isch&q=картинки+диста https://www.google.com/search?sxsrf=ALeKk00yA3f5-DqQ9XC2LKoe5mOVXqBwpg:1602413156375&source=univ&tbm=isch&q=картинки+