CC BY
25
УДК 528.8.04, 528.88
ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ ШИРОКОГО КРУГА МАГИСТРОВ МЕТОДАМ ОБРАБОТКИ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ПРОДУКЦИИ ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Александр Петрович Гук
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор-консультант кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-01-59, e-mail: [email protected]
Лариса Геннадьевна Евстратова
Государственный университет по землеустройству, 105064, Россия, г. Москва, ул. Казакова, 15, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии, тел. (499)261-53-86, e-mail: [email protected]
В докладе рассматривается вопрос о необходимости создания унифицированной программы подготовки магистров по направлению «обработка аэрокосмических снимков и других данных дистанционного зондирования для решения региональных задач». Отмечается, что в последнее время активно развиваются многоспектральные космические съемочные системы высокого разрешения, а также съемки с беспилотных летательных аппаратов. В связи с этим расширился круг задач, которые возможно решать с использованием аэрокосмических снимков. В статье предлагается создать унифицированную программу подготовки магистров и приводится один из вариантов такой программы, включающей три раздела: фотограмметрию, дешифрирование и мониторинг. Приводятся примеры региональных задач, которые решаются в рамках рассмотренных методов.
Ключевые слова: программы подготовки магистров, многоспектральные снимки высокого разрешения, региональный мониторинг, этапы образовательной программы.
SPECIFIES OF THE TRAINING OF A WIDE RANGE MAGISTER TO THE METHODS OF AIRSPACE IMAGE PROCESSING TO CREATE DIFFERENT TYPES OF PRODUCTS BASED ON REMOTE SENSING DATA
Alexander P. Guk
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., D. Sc., Professor-consultant, Department of physical geodesy and remote sensing, 1е1. (383)361-01-59, e-mail: [email protected]
Larisa G. Evstratova
State University of land use planning, 105064, Russia, Moscow, 15 Kazakova St., Ph. D., ге1. (499)261-53-86, e-mail: [email protected]
The report addresses the question of the necessity to develop a unified training program of magister in the direction "processing of aerospace images and other remote sensing data to address regional challenges". It is noted that in recent years actively developing multispectral space highresolution survey systems, as well as survey with unmanned vehicles. The article proposes to create a unified training magister program and is one of the options of this program, which includes three sections: photogrammetry, interpretation, and monitoring. Examples of regional problems are solved in the framework of such methods. It is proposed to develop several programs based on the
first two sections and the third slightly different section in accordance with a narrow field of activity after graduating from the magister.
Key words: magister program, multispectral images of high resolution, regional monitoring, the stages of the educational program.
Цель настоящей работы состоит в том, что бы показать необходимость создания универсального курса для магистров, который бы позволил специалистам различных направлений профессионально работать со снимками (многоспектральными и гиперспектральными изображениями, радиолокационными снимками, результатами воздушной лазерной съемки и другими данными ДЗ) для решения региональных задач.
Наиболее общей задачей является мониторинг по аэрокосмическим снимкам, который включает в себя все основные работы со снимками и обеспечивает создание различных информационных материалов о состоянии территории и объектов.
Используя современные аэрокосмические снимки, можно создавать следующие продукты:
- определять пространственные координаты точек местности;
- создавать фотопланы, ортофотопланы, «реальные ортофотопланы», фотокарты;
- создавать топографические и специализированные карты (лесоустроительные, геологические, карты водных бассейнов и т. д.) практически любых масштабов;
- создавать цифровые модели рельефа (в том числе суперплотные ЦМР) и формировать реалистичные измерительные BD-модели;
Кроме того, путем дешифрирования различных типов снимков (начиная от визуального и автоматизированного до автоматического) можно получать различную специализированную информацию о состоянии и свойствах объекта.
При мониторинге объектов вся вышеописанная продукция может быть получена для различных моментов времени и, таким образом, можно определить изменения, произошедшие с объектами и оценить развитие процесса, если имеются снимки на достаточно длительный период времени (в частности, при решении задач мониторинга используются архивные снимки, сделанные за достаточно длительный период времени).
Таким образом, снимки являются источником чрезвычайно большого объема информации, но для их эффективного использования нужно знать свойства снимков и методы их обработки.
Кажущаяся простота применения снимков, а также комплексов программ их обработки может привести к ошибочным результатам, что имеет место достаточно часто, когда снимки используют пользователи, не знакомые с основами их получения и обработки.
Таким образом, образовательный курс должен содержать как фундаментальные основы методов обработки снимков, так и быть доступен для освоения специалистами различных направлений.
Рассмотрим некоторые из различных задач регионального уровня, в которых используются космические снимки и другие методы дистанционного зондирования для исследования «достаточно крупных участков местности или же отдельных объектов». К таким задачам относятся мониторинг сельскохозяйственных объектов, лесных массивов, водных объектов, объектов городской и региональной инфраструктуры и т. д. Заметим, что важным (и весьма не простым) этапом является выбор типа и параметров снимков, позволяющих решить поставленную задачу.
В качестве примеров рассмотрим несколько вариантов использования снимков для решения региональных задач:
1. Создание лесоустроительных карт, инвентаризация леса, определение таксационных характеристик. Для создания таксационных карт используется масштаб 1 : 25 000, причем точность положения выделов задается со средней ошибкой 20 метров на местности. С другой стороны требуется достаточно высокая детальность для дешифрирования и определения таксационных параметров леса: определение размеров крон, толщины деревьев, полноты, объем биомассы и т. д., в этом случае точность измерений на снимках может быть не более 10 см.
2. Другой пример - сельское хозяйство, которое требует более высокой точности выделения отдельных участков и соответствующих типов растительности и состояния (тип, уровень спелости злаков и т. п.) это требует обязательного использования многоспектральных (а иногда и гиперспектральных) съемочных каналов. Кроме того, требуется остаточно высокая периодичность съемок, соответствующая периодам созревания посевов.
3. Мониторинг городов - должен быть обеспечен снимками достаточно высокого разрешения, и весьма важным являются вопросы стереообработки снимков, а в отдельных случаях и съемки отдельных объектов с помощью съемочных систем сверхвысокого разрешения. Это очень быстро развивающая область, особенно в связи с появлением съемок с беспилотных летательных аппаратов.
Отметим, что решая любые задачи необходимо постоянно следить за точностью полученного результата как в метрическом (пространственное положение элементов объекта), так и в качественном плане (точность дешифрирования). Таким образом, решая конкретные задачи регионального мониторинга необходимо точно определить параметры и характеристики задачи, выбрать соответствующую технологию решения задачи, оценить точность и надежность решения задач.
Как было показано ранее, в настоящее время методы обработки снимков интенсивно развиваются и расширяются методы их использования в различных сферах хозяйственной деятельности. Соответственно в связи с этим требуется провести изменения в курсе подготовки специалистов в этой области. Кроме стандартных программ подготовки бакалавров по направлению «Геодезия и дистанционное зондирование» нужно разработать новые программы, которые могут быть построены не только на основе базового курса бакалавриата
в области «Геодезия и дистанционное зондирование», но и могли бы быть использованы бакалаврами, окончившим родственные специальности, которые после предлагаемого курса магистратуры могли бы профессионально работать со снимками.
Для решения задач регионального мониторинга по аэрокосмическим снимкам и другим данным дистанционного зондирования требуются специально подготовленные специалисты, имеющие фундаментальное базовое образование и в первую очередь в области математических дисциплин, программирования на достаточно хорошем уровне и, естественно, в области дисциплин по основной специальности технического или природоведческого характера. Анализ программ подготовки бакалавров различных специальностей и университетов показал, что в той или иной мере бакалавры получают подготовку в области классической математики, в частности линейной алгебры и основ компьютерных вычислений с элементами программирования на уровне, достаточном для выполнения работ по собственно выбранной специальности.
При разработке программ по дистанционному зондированию необходимо учитывать следующее: в настоящее время многоспектральные космические снимки различного разрешения, особенно высокого, используют различные организации, цель которых определить состояние объектов различного типа, которые для пользователя являются целевыми объектами. Поэтому общий курс магистра должен позволять получить фундаментальные знания о свойствах снимков, современных съемочных систем и методов обработки изображений. Учитывая большой поток информации, требующейся для детального изучения необходимо затратить слишком большой объем учебного времени. Однако для формирования реалистического курса обучения необходимо организовать материал, содержащий в себе фундаментальную подготовку в области обработки аэрокосмических изображений в ограниченном объеме часов, отведенных для обучения.
Таким образом, предлагается для магистрантов, которые будут работать в дальнейшем с космическими снимками и материалами дистанционного зондирования ввести следующие лекционные и практические курсы. В связи с этим магистерский курс «обработка аэрокосмических снимков и других данных дистанционного зондирования для решения региональных задач» по нашему мнению должен включать, по крайней мере, три раздела:
Фотограмметрия. Изучение метрических (геометрических) свойств снимков - собственно методы фотограмметрической обработки измерений координат с предельно возможной точностью и определения пространственных координат точек модели, построения суперплотных цифровых моделей рельефа (ЦМР) и цифровых моделей местности (ЦММ), а также формирования измерительных 3D-моделей местности;
Дешифрирование - изучение методов дешифрирования снимков, основанных на использовании многоспектральных яркостных признаков, структурных признаках изображения объектов, пространственных и топологических признаков. Знание основных признаков распознавания изображений позволит пра-
вильно сформировать векторы признаков для распознавания конкретных типов объектов при этом необходимо знать основные подходы к распознаванию объектов на снимках, а также соответствующей точности распознавания объектов на каждом этапе.
Мониторинг по аэрокосмическим снимкам. Третий этап магистерской подготовки должен быть ориентирован на практическую деятельность специалистов, использующих изображения:
- специалисты сельского хозяйства;
- специалисты лесного хозяйства;
- специалисты по региональному мониторингу городов;
- специалисты водного хозяйства;
- специалисты по чрезвычайным ситуациям;
- специалисты в области геологии и геофизики;
- специалисты в области городского планирования.
Два первых курса должны быть основными при подготовке магистров, которые должны входить в магистерские программы любых направлений, связанных с обработкой изображений, фотограмметрической обработкой снимков и третий этап подготовки должен более специализированным в зависимости от задач, которые магистрант будет решать после окончания магистратуры.
Выводы. Быстрое развитие различных видов съемок, начиная от космических многоспектральных съемок (особенно съемок крупных масштабов) вплоть до съемок с беспилотных летательных аппаратов дало возможность использовать снимки для решения различных региональных задач. В связи с этим требуется большое количество специалистов владеющих знаниями, кроме своей основной специальности, в области квалифицированной обработке изображений, использования снимков и информации получаемой по ним. Новый подход в обучении, предложенный Министерством образования, включающий три уровня подготовки: бакалавр, магистр, аспирант, как раз и позволяет так организовать обучение, чтобы решить вышеуказанную задачу. Нами предложены основы программы по обработке аэрокосмических снимков и других данных дистанционного зондирования. Кроме того, по нашему мнению, целесообразно ввести предлагаемую программу в университетах, где используются снимки и другие данные дистанционного зондирования. Более углубленное изучение целесообразно проводить по программе, построенной по предложенному выше принципу, в рамках аспирантуры.
© А. П. Гук, Л. Г. Евстратова, 2017
