CC BY
159
УДК 528.77:911.2
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ ДЗЗ МЕТОДОМ РАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ
Наджи Абду Ахмад Али1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664047, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Дистанционное зондирование является подходящим способом для получения информации о свойствах объектов или явлений с помощью регистрирующего устройства, не имеющего с ним контакта. В работе представлено описание радиометрической коррекции для участка озера Байкал на основании обработанных космических снимков. Одна из целей интерпретации космических снимков - улучшение изображения с тем, чтобы получить наилучшие результаты, для чего обязательно сделать одну из предварительных обработок: геометрическую, атмосферную, радиометрическую или фильтрации. Ил. 4. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: дистанционное зондирование; радиометрическая коррекция; радиометр MODIS; трансформация данных; выполненная привязка.
EARTH REMOTE PROBING DATA PRE-PROCESSING BY THE METHOD OF RADIOMETRIC CORRECTION Nadzhi Abdu Akhmad Ali
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Remote probing is an appropriate method to obtain information about the properties of objects or phenomena by means of a contact-free recording device. The paper describes radiometric correction for the site of the lake Baikal on the basis of the processed satellite images. One of the purposes of satellite image interpretation is image enhancement in order to obtain the best results. The last requires one of the compulsory pre-processings: geometric, atmospheric, radiometric, or filtering.
4 figures. 5 sources.
Key words: remote probing; radiometric correction; radiometer MODIS; data; transformation; performed binding.
Одним из наиболее эффективных методов изучения поверхности Земли являются аэрокосмические съемки, или дистанционные зондирования земли (ДЗЗ). Материалы подобных исследований предоставляются рядом агентств и широко используются в области геологии, нефтегазового дела, геодезии, картографии, метеорологии, навигации, а также при анализе водных ресурсов, охраны окружающей среды и городском планировании. В настоящее время космическая группировка в своем составе содержит более 50 спутников различного назначения, разрешающей способности и степени доступности [1].
В области геологии дистанционные зондирования используются при:
• геологическом картировании;
• определении мест извержения вулканов и движения грунтов;
• выявлении тектонических нарушений и оценке геодинамической обстановки;
• поисках природных ресурсов и минерального сырья.
При решении гидрогеологических и гидрологических задач дистанционные зондирования обеспечивают:
• разработку точных карт водных ресурсов, в том числе в пустынях;
• исследования загрязнения рек и озер (обнару-
жения разливов нефти, мест сброса промышленных стоков и т.п.);
• выявление районов затопления, эрозии берегов и т.п.;
• контроль за движением рек, определение мест подтоплений и оценку состояний гидротехнических сооружений.
В области чрезвычайных ситуаций и риска возникновения природных и техногенных катастроф дистанционные зондирования обеспечивают мониторинг стихийных бедствий, таких как землетрясения, сели, наводнения, пожары.
В области защиты окружающей среды дистанционные зондирования используются для исследования:
• загрязнения атмосферы;
• воздействия предприятий на окружающую среду;
• загрязнения водных бассейнов;
• создания карт, особенно в охраняемых районах;
• изменений окружающей среды и воздействий природы на человека и техносферу [4].
В области геодезии и картографии аэрокосмические съемки обеспечивают составление современных цифровых карт, уточнение и обновление старых карт, анализ современных геодинамических изменений [3].
Вся процедура трансформации данных ДЗЗ, от исходных до результативных, включает в себя ряд этапов. Это выбор спутниковой системы и типа анали-
1Наджи Абду Ахмад Али, аспирант, тел.: 89025125402, 89643526296, e-mail: abdonagi@yahoo.com Nadzhi Abdu Akhmad Ali, Postgraduate, tel.: 89025125402, 89643526296, e-mail: abdonagi@yahoo.com
зируемых данных, формирование исходного файла, предварительная обработка изображений, детальная обработка и комплексная интерпретация материалов. Предварительная обработка является подготовительным этапом перед извлечением из изображения тематической информации и в основном реализуется методами радиометрической коррекции. Радиометрическая коррекция имеет дело с варьированием значений яркостей пикселей, которое определяется сбоем или неисправностью детекторов, влиянием рельефа, атмосферными эффектами, в процессе которых из данных удаляется систематическая радиометрическая ошибка.
Измерительная аппаратура природоведческих спутников Земли перед запуском тщательно калибруется и проверяется, кроме того, информация со спутника в течение определенного времени проходит верификацию. В результате данные ДЗЗ могут быть надежно использованы для решения различных практических задач. Однако за время функционирования спутников на орбите измерительная аппаратура подвергается воздействию множества внешних факторов, поэтому показания датчиков необходимо подвергать радиометрической коррекции.
Радиометрическая коррекция в оптических и инфракрасных (ИК) системах производится в два этапа. На первом этапе устанавливается взаимосвязь между значением пикселя и соответствующим физическим параметром излучения, попадающего на датчик. Обычно эту процедуру выполняет внутренний калибратор датчика. Калибровка первого этапа коррекции заключается в определении максимального и минимального значения пикселя (значения пикселя устанавливаются от 0 до 255 для 8-битных данных). Таким образом, значение принимаемого излучения преобразуется в значение пикселя. На втором этапе коррекции учитываются эффекты распространения, чтобы вели-
чина принимаемого излучения трактовалась как излучение исследуемой поверхности. Например, необходимо учитывать процессы рассеяния в атмосфере (атмосферные помехи, геометрия освещенности и т.п.). В результате радиометрической коррекции показателей датчиков устраняются основные погрешности съемочной системы (смещение строчек, мозаичность, затяжки и т.д.) [2].
Методы и программы радиометрической коррекции показателей датчиков обычно предоставляются разработчиками съемочной аппаратуры. Такая коррекция выполняется для изображений, полученных в видимой и ИК областях спектра. Радиометр MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) является одним из ключевых съемочных приборов, установленных на американских спутниках TERRA и AQUA, осуществляющих исследования Земли из космоса по программе EOS (Earth Observing System) национального аэрокосмического агентства США (NASA). MODIS относится к гиперспектральным радиометрам. Съемка выполняется в полосе 2330 километров одновременно в 36 спектральных зонах видимого, ближнего, среднего и теплового инфракрасного диапазонов с пространственным разрешением 250, 500 и 1000 метров и динамическим разрешением 12 бит на канал [5].
Рассмотрим технологию предварительной обработки данных радиометра MODIS на примере Байкальского полигона. Для этого использовались:
- данные дистанционного зондирования Земли (продукты уровня Level1B - результат калибровки данных MODIS):
• MOD021KM (данные всех 36 каналов, приведенные к разрешению 1 км),
• MOD02HKM (данные с 1 по 7 канал, приведенные к разрешению 500 м),
• MOD02QKM (данные 1 и 2 каналов с разрешени-
Рис. 1. Исходный файл данных по Байкальскому полигону
ем 250 м),
• MOD02OBC (бортовые калибровочные данные),
• MOD03 (массивы значений широты, долготы и высоты над уровнем моря, углы сканирования, угол солнца, маска вода-суша и другая информация для каждого пикселя с разрешением 1км);
- фрагмент цифровой топографической карты;
- программа обработки космических изображений ENVI.
Подбор и просмотр файла mod02qkm.am0610010432.hdf показывает, что изображение в районе озера Байкал получается некорректным (рис. 1). Сложно определить место и части картинки интересующего нас контура озера. Имеются атмосферные помехи, наложения соседних снимков, «затяжки» данных и т.п.
Для устранения искажений была осуществлена координатная привязка космоснимков к топографиче-
ï? г ¿.im
i Je ЪШ
чЛ. ^ »■ '
Рис. 2. Результат трансформации
^ #1 (R:Band 2.G:Band 1 .BiBand 1):[Memory1] l- |(~гГ
I File Overlay Enhance Tools
Рис.3. Результат устранения искажений данных радиометра MODIS
ской карте в программе ArcView. Устранение радиометрических искажений данных радиометра MODIS производилось с помощью модуля Modis Tools. Для решения данной задачи использовалась процедура Bow-tie correction из Меню Modis и файл mod02qkm.am0610010432.hdf, что позволило синтезировать изображение, оптимальное для лучшего визуального восприятия результатов (рис. 2). Практически полностью удалены метеорологические помехи, четко видно географическое расположение полигона.
Укрупнение масштаба изображения позволяет более детально рассмотреть особенности геоморфологического строения территории (рис. 3) и составить ландшафтную схему Байкальского полигона (рис. 4).
На этом рисунке хорошо видны очертания острова Ольхон, акватория озер Байкал и Котокель, территории горно-таежного ландшафта, степные участки и выходы коренных мраморов. При увеличении разрешающей способности возможна более детальная градация.
Вывод. Метод радиометрической коррекции обеспечивает облегчение визуального дешифрирования, повышение его объективности и достоверности, а также подготовку снимков к последующему автоматизированному дешифрированию. Для того чтобы выполнить этот метод, использовали программы ЕКМ4.2 и АгсУ^ 3.2а.
Библиографический список
1. Кронберг П. Дистанционное изучение Земли. М.: Мир, 1988. 343 с.
2. Лурье И.К., Косиков А.Г. Теория и практика цифровой обработки изображений // Дистанционное зондирование и географические информационные системы. М.: Научный мир, 2003. 186 с.
3. Марков Н.Г. Методы и средства цифровой обработки сигналов: учеб. пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 1997. 120 с.
4. Ильмусави Джамал. Перевод с арабского языка на русский. URL: http:// met.jometeo.gov.jo.
5. http:// Modis.gsfc.nasa.gov.
