Методика создания гис-проекта на основе данных дистанционного зондирования Земли с целью оценки пожароопасности территории Квалификационная работа (стр. 3 из 9)

78. Рис. 1.3.1. Антенная система станции ЕОСкан

79. Антенная система НЧ и ВЧ кабелями (до 50 м) соединена с лабораторным настольным блоком (рис. 1.3.2), в который входят демодулятор, декодер, имитатор, устройства управления антенной, вторичные источники питания.

80. Настольный блок цифровым кабелем соединен с платой интерфейса, которая устанавливается в слот расширения ПЭВМ на шине PCI. В составе станции используется обычный персональный компьютер с процессором Pentium. Вся станция питается от бытовой сети 220В, 50Гц.

81.

82.

83. Рис. 1.3.2. Лабораторный настольный блок

84.

85. При открытом горизонте станция обеспечивает уверенный прием без потери данных в диапазоне углов места:

86. - от 5 до 65 градусов с двухосным АПУ,

87. - от 5 до 90 градусов с трехосным АПУ.

1. Станция базируются на IBM-совместимых ПЭВМ и полностью управляется программно.

89. Программное обеспечение станции разработано для Windows 98. Оно обеспечивает автоматический прием данных, их просмотр и оценку в формате Level0, преобразование в форматы Level1A/1B.

1. Программное обеспечение, входящее в комплект поставки станции ЕОСкан, состоит из приложений, обеспечивающих:
2. - управление станцией и приемом данных,
3. - просмотр данных в форматах Level0 и Level1,
4. - преобразование данных в форматы Level1,
5. - создание, пополнение и работу с базой космоснимков.

95. 1.4 Прием данных

96. Станция ЕОСкан обеспечивает прием данных со спутника Terra только в режиме Direct Broadcast - прямое вещание, в котором на Землю передаются данные со спектрорадиометра MODIS. Выходные данные спектрорадиометра и вспомогательные данные подразделяются на блоки, именуемые пакетами. Каждый пакет содержит псевдослучайную последовательность (ПСП) как признак начала пакета, служебную информацию и определенный объем данных. Пакеты объединяются в группы, которые в зависимости от содержания могут быть «дневными» и «ночными». Дневная группа состоит из двух пакетов длиной по 4980 бит, ночная группа - из одного пакета длиной 2052 бита. В любом режиме работы, дневном или ночном, в одной «научной» группе содержится изображение определенного участка подстилающей поверхности во всех 36 спектральных каналах (дневного режима) или с 20-го по 36-канал (ночного режима). Размер участка соответствует одному отсчету всей линейки из 10 датчиков километрового разрешения (т.е. примерно 1х10 км в окрестности надира).

97. На борту спутника пакеты данных переупаковываются в кадры[1] для последующей передачи по радиоканалу на Землю. В каждом кадре передается ПСП, определенный объем данных и служебная информация. Размер кадра - 1024 байта. Для повышения помехозащищенности передаваемый поток данных со спутника последовательно кодируется сначала по алгоритму Рида-Соломона, затем по алгоритму Витерби. Декодирование выполняется в аппаратной части приемной станции. Распаковка кадров и восстановление пакетов MODIS выполняется программно в темпе приема. Выходной поток записывается как последовательность пакетов MODIS.

98. Для нормального функционирования математического обеспечения станции ЕОСкан необходимо периодически выполнять следующие операции:

99. 1. Синхронизацию системного времени компьютера по времени меридиана Гринвича (не реже чем два раза в неделю).

100.2. Контроль свободного дискового пространства: при переполнении диска прием прекращается. Приложение не уничтожает самостоятельно ранее записанные файлы. Поэтому необходимо следить за объемом свободного пространства в каталоге, в который записываются данные.

101.3. Замену орбитальных элементов и расчет расписания: орбитальные данные должны заменяться через 5-7 дней (обновление осуществляется через Internet на общедоступном сайте http://www.celestrak.com/norad/elements/resource.txt). Новое расписание рассчитывается по истечении старого и рекомендуется это делать сразу после замены орбитальных элементов.

102.Таймер компьютера должен быть установлен с точностью не хуже 15 секунд, чтобы спутник оказался в диаграмме направленности антенны станции в начале витка. Чем ближе к кульминации витка, тем выше требования к точности установки времени, но эта проблема решается путем коррекции таймера компьютера по бортовому времени спутника.

103.После ввода расписания, система рассчитывает параметры слежения и переходит в режим ожидания очередного витка спутника. В этом состоянии непрерывно выполняется операция сравнения текущего времени со временем ожидаемого витка. За две минуты до наступления этого момента, антенно-поворотное устройство ориентируется по азимуту и углу возвышения и готово начать прием данных.

104.При появлении спутника в зоне видимости центра приема, включается система автоматического сопровождения и начинается прием информации. Средствами программы EOScan Receiver (рис. 1.4.1), принимаемые данные со спутника декодируются и в режиме реального времени отображаются в окне визуализации данных (режим Direct Broadcast). Параллельно с этим отображаются параметры приема (уровень сигнала, погрешности ориентации антенны и другие характеристики приемного тракта). По окончании расчетного времени приема или при потере сигнала от спутника комплекс автоматически переходит в состояние ожидания следующего витка (при этом антенная система пространственно ориентируется по параметрам приема будущего витка).

105.

106.

1. Рис. 1.4.1. Интерфейс приложения приема данных EOScan Receiver

108.

109.После того, как прием начался, он может быть прекращен:

110.- по команде пользователя,

111.- аварийно (приложение закрывает файл принятых данных, если их объем превышает минимальный установленный оператором, а данные сохраняются на диске в формате PDS (Production Data Set), Level0),

112.- автоматически по потере синхронизации (через 10 секунд после последнего успешного контроля кадровой синхронизации),

113.- автоматически по истечении расчетного времени витка.

114.Объем информации (в зависимости от качества приема) составляет 600 – 900 Мb. Время пролета спутника над центром приема примерно 12 минут. За это время принимается снимок территории с шириной захвата 2300 км. и 5000 км. вдоль траектории (примерно от острова Новая Земля до северных границ Пакистана, рис. 1.4.2, 1.4.3.). Сразу после приема, информация переносится на компьютеры узла обработки спутниковой информации, где далее осуществляется ее обработка.

115.

1. Рис. 1.4.2. Снимок со спутника Terra, 6 ноября 2003 года 12 ч. 35 мин
2. 
3. Рис. 1.4.3. Снимок со спутника Terra, 6 ноября 2003 года 14 ч. 13 мин.

2. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Методика обработки данных дистанционного зондирования Земли включает в себя:

- первичную обработку данных в приложении ScanViewer и пакете программ IMAPP,

- архивацию принятых данных в программе ScanEx Catalog Manager,

- геометрическую трансформацию изображений в географические проекции в среде ENVI,

- экспорт в ГИС,

- использование алгоритмов обработки в программе Scanex Modis Processor.

2.1 Сравнение программного обеспечения с возможностями других пакетов по обработке данных дистанционного зондирования Земли

Главным в успешном применении данных дистанционного зондирования Земли является наличие простых в использовании и доступных программных средств. Чтобы извлекать из снимков наиболее полезную и точную информацию, эти средства с самого начала должны разрабатываться с пониманием всех аспектов дистанционного зондирования, включая конструкцию сенсора, его геометрию, радиометрические, орбитальные параметры и сложные форматы данных.

Программные продукты, использующиеся при обработке и анализе материалов дистанционного зондирования, разделяются на специальные и универсальные. Коммерческие пакеты программ, как правило, имеют универсальное ядро и настраиваемые на конкретные задачи модули. Специальные программные продукты привязаны к решению узкого класса задач и зачастую впоследствии за их счет наращивается количество модулей, связанных с универсальным ядром коммерческих программных пакетов.

Для обработки данных дистанционного зондирования Земли могут использоваться любые программные средства, обеспечивающие достоверность и качество получаемых результатов. Обязательным требованием при выборе программного обеспечения является возможность работать с данными дистанционного зондирования Земли, имеющими географическую привязку.

По результатам проведенных экспериментов для компьютерного дешифрования данных дистанционного зондирования Земли рекомендуется использовать следующие программы: ScanViewer, IMAPP, NeRIS (разработчик ИТЦ «СканЭкс»), ENVI (Research Systems Inc., USA), ERDAS IMAGINE (ERDAS Inc., USA).

При этом предпочтение отдается программному обеспечению NeRIS и ENVI. Программы универсальны и обладают огромными возможностями визуализации и анализа данных дистанционного зондирования Земли.

NeRIS и ENVI предусматривают все режимы векторизации результатов дешифрования и их экспорт в форматы наиболее распространенных ГИС – ArcInfo (ArcView) и MapInfo, которые рекомендуется использовать при оформлении карт.

В данном случае при обработке использовались такие программные продукты как ENVI, IMAPP, ScanViewer. Для тематической обработки была использована программа Scanex Modis Processor.

Общую схему системы приема и обработки данных дистанционного зондирования Земли можно увидеть на рисунке 2.1.1.