CC BY
11
© В.П. Потапов, Л.С. Миков, 2013
УДК 528.85
В.П. Потапов, Л.С. Миков
РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ РАДАРНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ЗАДАЧ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО РЕГИОНА
Представлена геоинформационная система по обработке данных радиолокационной интерферометрии, построенная на основе свободно распространяемого программного комплекса ОМТЗАН. Приведено описание компонентов системы и этапов обработки радарных снимков. Показан интерфейс геоинформационной системы.
Ключевые слова: интерферометрия, радарные данные, геоинформационная система, ОМТЗАН.
Актуальность
В настоящее время одной из главных проблем горнопромышленных регионов являются нарушения природных ландшафтов вследствие интенсивной добычи полезных ископаемых. Происходит образование специфического горнотехнического рельефа, характерными элементами которого являются выемки карьеров и траншей, насыпи отвалов и т.п. Просадки поверхности, затрагивающие нередко территории городов и поселков, вызывают серьезные осложнения в эксплуатации жилищного фонда, промышленных зданий и сооружений. Кроме того, большая часть шахт находится в сейсмо-опасной зоне, в непосредственной близости от крупных угольных разрезов, где происходят массовые взрывы. Поэтому есть реальная опасность того, что рано или поздно, начнутся обширные подвижки пород, которые могут привести к образованию обширных зон оползневых явлений, что в свою очередь может привести к разрушениям близко находящихся жилых массивов и путей сообщения. Такая ситуация требует оперативного мониторинга состояния земной поверхности в этих регионах.
Рис. 1. Сравнение стоимости исходных данных
Системы геоинформационного мониторинга в современном мире широко используются в различных отраслях жизнедеятельности. Геоинформационные системы позволяют интегрировать разнородную пространственную информацию, открывая новые возможности для ее анализа и принятия решений.
Для организации мониторинга необходимы следующие компоненты геоинформационной системы:
- источник данных;
- методы и алгоритмы обработки данных;
- подсистема хранения данных;
- методы и алгоритмы анализа данных;
- подсистема визуализации результатов.
В качестве основного источника данных, для современной геоинформационной системы, лучше всего подходят данные дистанционного зондирования. Их основное преимущество заключается в широком охвате территории при сравнительно невысокой стоимости за квадратный километр (рис. 1). Особенно в этом отношении выделяются радарные данные.
В качестве основного метода обработки данных для геоинформационной системы, наиболее подходящим является ме-
тод радиолокационной интерферометрии. Интерферометрия комбинирует комплексные изображения, зафиксированные антеннами под различными углами наблюдения или в разное время. По результатам сравнения двух снимков одного и того же участка местности получают интерферограмму, представляющую собой карту разности фаз, а благодаря высокой частоте излучения подвижки регистрируются с точностью от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров [1].
Следует отметить следующие преимущества метода радарной интерферометрии: независимость от погодных условий; высокая точность при сравнительно низкой стоимости данных; возможность построения цифровых моделей рельефа близких к реальным высотам местности.
Создание сервиса, объединяющего картографическую информацию, модели рельефа и расчётные модели смещений земной поверхности в рамках одной геоинформационной системы, может помочь в мониторинге антропогенного воздействия на окружающую среду. Кроме того, такая система может стать очень важным инструментом поддержки принятия решений, связанных с обеспечением безопасности горнопромышленных регионов.
Таким образом, разработка геоинформационной системы с использованием радарной интерферометрии для горнопромышленных регионов является актуальной научно-практической задачей.
Описание системы и ее элементов
Современные геоинформационные системы решают широкий спектр задач и обычно состоят из следующих элементов: хранилище данных; ПО для обработки и визуализации данных; алгоритмы, используемые для преобразования данных. Исходя из этого, нами была предложена структура разрабатываемой геоинформационной системы, которая представлена на рис. 2. Такая структура обусловлена задачами, возникающими в процессе обработки данных.
Прежде всего, возникает задача хранения данных. В системе необходимо хранить исходные данные, промежуточные данные по каждому процессу обработки, варианты промежуточных данных и привязанные к ним значения параметров обработки.
Рис. 2. Структура разрабатываемой геоинформационной системы
Для того чтобы, разнородные по структуре исходные радарные данные могли быть интегрированы в геоинформационную систему необходимо наличие модуля импорта метаданных. Модуль предварительного анализа данных, необходим для оценки пригодности пар снимков для обработки.
Подсистема хранения радарных данных развернута на основе системы управления базами данных Рс^дгеБРЬ с расширением Рс^вК. Рс^дгеБРЬ - свободная, объектно-реляционная СУБД, а расширение Рс^вК обеспечивает поддержку пространственных данных.
Подсистема обработки радарных данных отвечает за основные этапы вычисления ЦМР, от совмещения исходных снимков до получения результирующей ЦМР [1]. Данная подсистема на основе свободно распространяемого программного комплекса вМТЭДИ [2].
Геоинформационная система
Пользователь: User
Выйти, Личный кабинет
Поиск исходных данных
Хранилище данных.
Поиск промежуточных данных
Спутник |alos d
Сенсор: 1PALSAR d
Диапазон времени: 101.01.2008-31. 2 2010 d
Режим: |FBS d
Разрешение: |10 -|30
Уровень обработки: |ш d
Добавитьусловие
Подсистема предварительного анализа <- J
Все фильтры
Проверка на сезонам г
Проверка временной базы г
Проверка пространственной базы г
огжинсши район Тс pkirijgij' rayon
кая область ibirsk
Тисульский f Tisul'skly га
Ленииск-Кузнёцкий район Leninsk-Kuznetskiy rayon
В
лй району-га yon
Заринский район Zarinskiy rayon
гмановский район tmanovskly rayon
;ий район
UyNftà^iJieA, USGS, GADM
Крапивинский район * Krapivinskiy rayon
Кемеровская область Крщегоуо
Междуречена Mezhdurechen
Novokuznetsk.
Тогульский-рэЙ.о.н
Tegul'skiy rayon - Ельцовский район
Mezhdurechensk
• О'- -Осинники Oslnniki Но&окуэнецкий
( 54°40'19"N, S5C10"35"E) km
Результаты
|Номер снимка |Спутник Дата Разрешение ЦРежим II- 1
|alpsrp100011080 |aios 10.12.2007 15 ||fbs
(alpsrpi 06721080 |alos j25.01.2008 15 ||fbs
|alpsrp2 3421108 0 |[aios ] 17.06.2010 15 ~~||ebs
|alpsrp240921080 ||alos ~lj08.02.2010 15 ~~||fbs II" 1
Сформировать проект
Рис. 3. Интерфейс геоинформационной системы
Рис. 4. Схема обработки данных в ОМТБАМ
Программный комплекс вМТЭДИ представлен в виде скриптов, использующих библиотеки, написанные на С++. Исходный код библиотек открыт, поэтому и библиотеки, и скрипты обработки могут быть легко модифицированы, что является одной из главных причин выбора этого программного комплекса. Схема обработки данных в данном программном комплексе представлена на рис. 4.
И наконец, подсистема анализа и визуализации цифровых моделей рельефа представляет собой графический интерфейс, представленный на рис. 3. Подсистема визуализации делится на формы ввода данных, сервисные формы по работе с данными в системе и компоненты по отображению данных.
Заключение
Разрабатываемая геоинформационная система является инструментом научно-практического применения интерферо-метрической технологии обработки радарных изображений, позволяет формировать расчетные процессы GMTSAR и просматривать результаты в графическом виде, что значительно сокращает трудоемкость и повышает качество анализа данных на базе ДДЗ, сокращая тем самым время и стоимость научно-исследовательских работ.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Hariharan P. Basics of interferometry. Sydney: Academic Press, 2007. 225 с.
2. David Sandwell, Rob Mellors, Xiaopeng Tong, Matt Wei, and Paul Wessel. GMTSAR: An InSAR Processing System Based on Generic Mapping Tools [электронный ресурс] // (http://topex.ucsd.edu/gmtsar/tar/GMTSAR.pdf), 2010.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Потапов Вадим Петрович - доктор технических наук, профессор, заместитель директора-директор филиала, vadimptpv@qmail.com Миков Леонид Сергеевич - аспирант, mikov@ict.sbras.ru
Институт вычислительных технологий СО РАН (Кемеровский филиал).
А
