Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 1 (52) | 2010 Гиперспектральная диагностика современной техносферы

    Шухостанов Владимир Кистуевич, Цыбанов Александр Геннадьевич

    Отделение «Диагностика и безопасность техносферы» РАЕН, Москва, E-mail: v-p@diatech.ru; тел.: (495) 210-49-89, факс (495) 254-79-68

    Ведешин Леонид Александрович,

    Президиум РАН, Москва, Е-mail: lavedeshin@ipiras.ru

     

    Hyperspectral Diagnostics of modern Technosphere

     

    Введение

    Современная космическая диагностика техносферы базируется на обработке и анализе информации, получаемой, в основном, с помощью космических систем, работающих в оптической (VIS) и ближней инфракрасной (NIR) областях спектра. Предпочтительней использование высокого и сверхвысокого пространственного разрешение, но в ряде случаев используется и среднее пространственное разрешение. Возможности этих систем достаточно хорошо изучены и активно применяются в космической диагностике техносферы. Улучшение пространственного разрешения, наблюдаемое ежегодно с запуском новых космических аппаратов дистанционного зондирования, имеет технический предел, оцениваемый в 15-25 см. Таким образом, можно сказать, что этот предел практически достигнут.

    Все современные системы сверхвысокого разрешения имеют очень низкое спектральное разрешение и ограниченный спектральный диапазон, в лучшем случае доходящий до начала первой коротковолновой инфракрасной области (SWIR1). Космические системы, имеющие коротковолновые и длинноволновые инфракрасные спектрозональные каналы, помимо низкого спектрального разрешения обладают еще и низким пространственным разрешением для задач космической диагностики техносферы.

    Таким образом, задачи обнаружения, выявления и исследования состояния объектов техносферы с помощью указанных космических систем сводятся обычно к достаточно отработанным и стандартным процедурам дешифрирования, классификации и анализа по стандартным методикам.

    В представленной работе приводятся первые результаты исследования гиперспектральной информации, полученной с системы с большим числом каналов (220 каналов) и высоким спектральным разрешением в 10 нм (HYPERION). Гиперспектрометр HYPERION позволяет получить гиперспектральные картины различных объектов, являющиеся основой для проведения спектральных исследований. Следует отметить, что будут получены именно тонкие, точные гиперспектральные картины без интерполяций, сглаживаний и прочей дополнительной обработки.

    Гиперспектральное исследование промышленных и природных объектов

    Для проведения гиперспектрального исследования использовался космический снимок HYPERION (космическая система EO-1). Для удобства измерений и сравнений дополнительно применялся снимок QuickBird. Всего использовалось 196 калиброванных спектральных каналов.

    В исследовании использовались как промышленные, так и природные объекты: резервуары, почва, промышленные здания, асфальт, дорога, лес. Предварительно для получения качественной картины измерялась энергетическая спектральная яркость без учета коэффициента масштабирования. Измерялись как относительно «чистые» спектры, так и смешанные спектры между объектами. Измерения проводились «как есть», то есть без учета дополнительных условий, таких как: освещенность, тени, влажность и т.д.

    Методика и результаты проведенной гиперспектральной диагностики

    Работа проводилась в программной среде ERDAS IMAGINE. Использовался основной модуль программы. Была измерена и записана энергетическая спектральная яркость каждого объекта во всех калиброванных спектральных каналах HYPERION. Каждый объект был сначала выбран на снимке QUICKBIRD, а затем сопоставлен со снимком HYPERION (рис. 1).


    Рис. 1. Сопоставление объектов (резервуаров) на снимках QUICKBIRD и HYPERION.

     

    Выбранный объект визуально оценивался и измерялся на QUICKBIRD и HYPERION. Учитывая, что размер пиксела HYPERION равен 30 м, можно условно отделить чистое изображение объекта от смешанного. Пример подобной визуальной пиксельной оценки приведен на рис. 2.


    Рис. 2. Визуальная пиксельная оценка изображения резервуара.

     


    Рис. 3. Результаты гиперспектральной диагностики резервуаров для хранения воды и почвы.

     

    Всего исследовано 11 характерных промышленных и природных объектов.

    Фрагмент обработанных результатов гиперспектральных измерений для почвы и резервуаров показан на рис. 3. В результатах приведены:

    • общее изображение объектов на снимке HYPERION, продублированное снимком QUICKBIRD;
    • места измерения спектров объектов;
    • приведенная масштабированная гиперспектральная картина исследованных объектов.

    Для проведения сравнительного анализа результаты гиперспектральных измерений для каждого объекта были объединены в единую масштабированную гиперспектральную картину (рис. 4).


    Рис. 4. Результирующая гиперспектральная картина исследованных объектов.

     

    Основные результаты

    По итогам проведенной работы можно сделать следующие основные выводы:

    • Получена тонкая гиперспектральная картина исследованных объектов.
    • По результатам проведенных работ качественная картина гиперспектральных типов (сигнатур) различных объектов техносферы, их природного окружения, как изолированных, так и смешанных – одна и та же.
    • Гиперспектральные картины имеют явно выраженные максимумы (пики) спектральной яркости в видимом, ближнем инфракрасном, коротковолновом инфракрасном диапазонах волн.
    • Гиперспектральные сигнатуры объектов техносферы по количественному уровню спектральных пиков надежно различаются, что может быть использовано при идентификации и диагностике объектов техносферы.
    • Гиперспектральные сигнатуры технических объектов обеспечивают и позволяют выбрать оптимальные режимы – количество каналов, диапазон длин волн, облегчают разработку конкретных методик и рабочих технологий космической диагностики и мониторинга.
    • Гиперспектральные технологии способны дополнить и повысить уровень работ по космической диагностике техносферы.



    Версия для печати