Опыт решения горно-технологических задач с использованием данных дистанционного зондирования Земли Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.93

О.Л. Пястунович

ОПЫТ РЕШЕНИЯ ГОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

Рассмотрен опыт применения данных дистанционного зондирования Земли при решении конкретных горнотехнологических задач. Приводятся результаты решения.

Ключевые слова: данные дистанционного зондирования, горнотехнологические задачи.

Ж') ешение горно-технологических задач основывается на

-МГ использовании пространственной информации, которая часто выражена в виде картографических материалов. Однако в настоящее время существующие карты являются устаревшим материалом, т.к. многие из них были созданы в 40-60 гг. XX века. В последнее время активные тектонические изменения и антропогенное воздействие привели к существенным изменениям в структуре земной коры и ландшафта, которые необходимо учитывать при решении горно-технологических задач. Современные технологии и вычислительные средства предоставляют новый инструмент анализа территорий - данные дистанционного зондирования Земли (ДДЗ). ДДЗ предоставляют удобное, а главное точное средство представления пространственных данных. Современные программные средства предоставляют широкие возможности для работы с подобной информацией: одномерный и многомерный анализ, интеграция с другими данными.

В институте угля и углехимии СО РАН ведутся работы по созданию БД космоснимков на территорию Кемеровской области и Кузнецкого угольного бассейна, проводятся формализованные преобразования одномерных данных, комплексный анализ данных с привлечением дополнительной информации, экспертная оценка полученных вариантов дешифрования, перевод изображений обнаруженных объектов в векторный формат, а также комплекс работ по разработке новых средств и технологий решения горнотехнологических задач. В настоящее время в хранилище пространственных данных ИУУ СО

Рис. 1. Актуализация устаревших карт на основе ДДЗ.

Фрагмент изменения русла реки

РАН находятся мозаики космоснимков на территории Кемеровской области, Кузнецкого угольного бассейна и отдельных крупных промышленных городов области. В базе храниться 198 космических снимков разного разрешения. Все снимки имеют координатную привязку «Долгота/широта», датум Пулково 1942. На основе имеющихся наработок выполнена частичная корректировка электронной геологопромышленной карты Кузбасса масштаба 1:100000 на основе спутниковых данных из систем Google Earth и Nasa World. На рис. 1 представлен фрагмент изменения электронных векторных карт по руслу 116

реки, т.е. решается задача контурного дешифрования снимка.

Разработан метод синтезирования электронных карт и космоснимков, полученных посредством создания растровой мозаики по данным дистанционного зондирования. В рамках развития данного метода актуальным направлением работы является определение границ пространственных объектов на космоснимке. В настоящее время решена задача выделения границ лицензионных участков при ведении открытых разработок полезных ископаемых. Использование ДДЗ позволяет получить инструмент однозначного определения реальных границ разработки месторождения и, вследствие этого, решения проблемы «черных копателей».

Исходными данными решения задачи выступают база аэро- и космоснимков на территорию Кемеровской области и специализированная ГИС «Новые лицензионные участки». Данные базы имеют единую систему координат (Пулково - 1942), что обеспечивает их совместимость. Специализированная ГИС «Новые лицензионные участки» содержит информацию из официально выданных лицензий на разработку недр: границы участка отработки (в реальных координатах), вид полезного ископаемого, время действия лицензии, имя собственника. Информация представлена в виде векторного слоя с объектами типа полигон.

ДДЗ, которые используются для анализа территорий, предварительно подготавливают: проводится привязка снимков к географической системе координат, удаляются шумы. При наложении векторного слоя на снимок проводится сравнение объектов (рис. 2). При этом если физические границы участка не совпадают с юридическими, то проводится задача отрисовки новых границ объекта и вычисление расхождения границ. Для этого проводится пороговая обработка снимка. Это необходимо, чтобы исключить несущественные особенности изображения, например фон.

Предлагаем использовать пороговую обработку полутонового изображения, выполняя поэлементное преобразование вида

где^ - некоторое «пороговое» значение яркости.

' > и я • * ^ » о м и

Действия * * □ * А * « Ала! » I . ■ Л А’ '

____________________________________________87*10^7,914 Д. 54ГП8.1Г._

Рис. 2. Отслеживание границ пространственных объектов

В некоторых случаях применение пороговой обработки дает удовлетворительный результат, когда можно однозначно выделить границу участка разработки. Однако, как показывает практика, чаще требуется дополнительная обработка снимка. Для более четкого получения границ объекта предлагаем использовать Фурье-преобразование вида

гп1т1 п2т2\

]/У(п п т т ) — е

Данное преобразование позволяет получить спектр изображения, характеризующий его на различных пространственных частотах.

На полученных снимках можно однозначно отрисовать границу пространственного объекта, т.е. получить новый объект типа полигон (рис. 3). Таким образом, получается новый слой пространственных данных, с которыми ведутся дальнейшие расчеты. Вычисление расхождения границ объектов выполняется встроенными средствами ГИС.

118

Рис. 3. Выделение границ пространственные объектов методом преобразования Фурье

Полученный результат в дальнейшем может быть использован для подсчетов незаконно изъятых полезных ископаемых.

Таким образом, полученная методика определения границ нарушения лицензионных участков при ведении открытых разработок полезных ископаемых позволяет получить точный инструмент для контроля горных разработок. Данная методика также может использоваться для выделения границ любых типов горных и геологических объектов, например границы рек и озер и т.п.

Так как важной особенностью ДДЗ является их предельная точность отображения объектов реального мира, то данный вид

Рис. 4. Представление результатов вычисления на фазовом портрете и покрытие космоснимков

информации является уникальным средством контроля и подтверждения полученной пространственной информации. В институте активно ведутся работы по интеграции методов решения горнотехнологических задач и различных видов пространственной информации, в частности ДДЗ. Например, для подтверждения точности и обоснования полученных результатов работы вычислительного модуля «Энтропийный анализ» используется отображение итоговых значений на мозаичном покрытие. Так как алгоритмы эн-

тропийного анализа во время обработки информации сохраняют дискретное представление совокупности, то имеется возможность отображения объектов на электронной карте. На рис. 4 на контуре Кемеровской области с границами геологических районов представлены результаты работы модуля «Энтропийный анализ». Подробно данный метод представлен в работе [1]. Представление результатов на космоснимках позволяет обосновать полученный результат с точки зрения рельефа, геологии и т.п.

----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Замараев Р.Ю. Энтропийный анализ пространственно-распределенных систем на примере геоинформационных баз данных Кузнецкого угольного бассейна / Р.Ю. Замараев, С.Е. Попов, О.Л. Пястунович // Вычислительные технологии.- Том 12. Специальный выпуск 3: ГИС- и веб-технологии в междисциплинарных исследованиях.- 2007.- С. 42-53

2. Методы компьютерной обработки изображений / Под ред. В.А. Сойфе-ра.- 2-е изд., испр.- М, 2003.

3. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов.- СПб: Питер, 2003. Н5Н=Д

Pyastunovich O.

EXPERIENCE OF THE DECISION OF MOUNTAIN-TECHNOLOGICAL PROBLEMS ABOUT USE OF DATA OF REMOTE SOUNDING OF THE EARTH

In article experience of application of data of remote sounding of the Earth is considered at the decision concrete mountain-technological problems. Results of the decision are resulted.

Key words: Data of remote sounding, mountain-technological problems.

Коротко об авторе ____________________________________________

Пястунович Ольга Леоновна - младший научный сотрудник, Учреждение Российской академии наук Институт угля и углехимии СО РАН, E-mail: [email protected]

І2І