Научная статья на тему 'Web-ресурс для атмосферной коррекции спутниковых данных'

Web-ресурс для атмосферной коррекции спутниковых данных Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
422
88
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
web-ресурс / атмосферная коррекция / спутниковые данные / web-resource / atmospheric correction / satellite data

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Энгель Марина Владимировна, Афонин Сергей Васильевич, Белов Владимир Васильевич

Дается описание Web-ресурса, позволяющего на основе физического подхода удаленно осуществлять атмосферную коррекцию спутниковых измерений. В качестве информационных источников для задания оптико-метеорологического состояния атмосферы используются локальные и пространственно распределенные информационные ресурсы. Web-ресурс на первом этапе ориентирован на обработку спутниковых данных EOS/MODIS и

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Энгель Марина Владимировна, Афонин Сергей Васильевич, Белов Владимир Васильевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

NOAA.Web-resource allowing fulfilling remotely atmospheric correction of satellite measurements on the basis of physical approach has been described. Local and space distributed information resources are used as information sources for assignment of optical-meteorological state of atmosphere. At the first stage the web-resource is oriented to processing satellite data of EOS/MODIS and NOAA.

Текст научной работы на тему «Web-ресурс для атмосферной коррекции спутниковых данных»

вила её построения. Автоматическая публикация позволяет поддерживать в актуальном состоянии версии онтологий на общедоступном хранилище. Таким образом, проблема коллективной поддерж-

ки онтологических моделей может быть решена с помощью предложенной системы. Её эффективность обусловлена снижением затрат времени на создание и поддержку онтологической модели.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Du W Corporate Semantic Web: Towards the Deployment of Semantic Technologies in Enterprises // Canadian Semantic Wfeb: Technologies and Applications. - Berlin: Springer, 2010. - 217 p.

2. Noy N.F., Chugh A., Liu W, Musen M.A. A framework for ontology evolution in collaborative environments // The Semantic Wfeb: Proc. 5th Intern. Conf. - Athens: Springer, 2006. - P. 544-558.

3. Sure Y., Staab S., Studer R. Ontology Engineering Methodology // Handbook on Ontologies. - Berlin: Springer, 2009. - 811 p.

4. Тузовский А.Ф., Чириков С.В., Ямпольский В.З. Системы управления знаниями (методы и технологии) / под общ. ред. В.З. Ямпольского. - Томск: Изд-во НТЛ, 2005. - 260 с.

5. RCO Fact Extractor SDK. Лингвистический анализатор текста. Общая информация // Технологии анализа и поиска текстовой информации. 2011. URL: http://www.rco.ru/product.asp? ob_no=5047 (дата обращения: 05.03.2011).

6. Horridge M., Bechhofer S. The OWL API: A Java API for Working with OWL 2 Ontologies // OWL Experiences and Directions: Proc. 6th Intern. Workshop. - Chantilly, 2009. - V. 529. - P. 53-62.

7. Motik B., Patel P.F., Parsia B. OWL 2 Web Ontology Language structural specification and functional style syntax // World Wide Web Consortium. 2009. URL: http://www.w3.org/TR/owl2-syntax/ (дата обращения: 05.03.2011).

8. Sirin E., Parsia B., Grau B.C., Kalyanpur A., Katz Y. Pellet: A practical OWL-DL reasoner // Journal of Web Semantics. - 2007. -V. 5. - № 2. - P. 51-53.

9. Orlink O. Implementing a SPARQL compliant RDF Triple Store using a SQL-ORDBMS. 2010. URL: http://virtuoso.open-linksw.com/dataspace/dav/wiki/Main/VOSRDFWP (дата обращения: 05.03.2011).

10. Torres E., Feigenbaum L., Clark K.G. SPARQL Protocol for RDF // World Wide Web Consortium. 2008. URL: http://www.w3.org/TR/rdf-sparql-protocol/ (дата обращения: 05.03.2011).

Поступила 09.03.2011 г.

УДК 004.415;551.46;551.52;553.361

web-ресурс для атмосферной коррекции спутниковых данных

М.В. Энгель1, С.В. Афонин12, В.В. Белов12

'Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, г. Томск 2Томский государственный университет E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]

Дается описание Web-ресурса, позволяющего на основе физического подхода удаленно осуществлять атмосферную коррекцию спутниковых измерений. В качестве информационных источников для задания оптико-метеорологического состояния атмосферы используются локальные и пространственно распределенные информационные ресурсы. Web-ресурс на первом этапе ориентирован на обработку спутниковых данных EOS/MODIS и NOAA.

Ключевые слова:

Web-ресурс, атмосферная коррекция, спутниковые данные. Key words:

Web-resource, atmospheric correction, satellite data.

Введение

Наблюдения земной поверхности с помощью спутниковых систем осуществляются через атмосферу, которая является многокомпонентной средой, искажающей результаты дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Характер и степень атмосферных искажений зависит от спектрального диапазона и оптико-метеорологического состояния атмосферы в момент проведения зондирования. В этой связи атмосферная коррекция (АК) спутниковых измерений является необходимым условием успешного решения широкого спектра задач. Атмосферная коррекция используется в штатных алгоритмах тематической обработки спутниковых

изображений системы глобального мониторинга EOS/MODIS, возможность её проведения для других спутниковых систем предоставляют различные коммерческие программные продукты (ERDAS, ENVI, FLAASH, ATCOR, ATREM, ACORN). В то же время, в большинстве случаев атмосферная коррекция производится приближенно, иногда с точностью, недостаточной для решения конкретной тематической задачи. Например, в задаче спутниковых измерений температуры поверхности Земли [1] учитывается только поглощение излучения водяным паром, но нет учета искажающего влияния аэрозоля и облачности. В задаче детектирования высокотемпературных источников (обнаруже-

ния лесных пожаров) [2] совершенно не рассматривается влияние атмосферы. При восстановлении коэффициентов отражения подстилающей поверхности отсутствует учет бокового подсвета [3].

Исправить эту ситуацию можно на основе последовательного физического метода, где используется теория переноса оптического излучения земной поверхности через многокомпонентную среду совместно с оперативной информацией о параметрах оптико-метеорологического состояния атмосферы в момент проведения зондирования из космоса. Однако применение физического метода является безусловно нетривиальной задачей, и реализация соответствующего программного обеспечения в центрах приема и обработки спутниковых данных потребует определенных временных и финансовых затрат, достаточного объема специальных знаний, решения ряда организационных вопросов.

Путь решения данной проблемы видится в возможности объединения пространственно распределенных информационных и вычислительных ресурсов. Этот подход положен в основу Web-ресур-са, позволяющего удаленно осуществлять процедуру атмосферной коррекции. Такой Web-ресурс в настоящий момент разрабатывается в ИОА СО РАН и будет ориентирован на обработку данных спутниковой аппаратуры EOS/MODIS, NOAA/POES, SPOT, LANDSAT, а также в перспективе данных и других спутниковых систем. На начальном этапе развития Web-ресурса реализована возможность атмосферной коррекции данных каналов инфракрасного диапазона спутниковой системы EOS/MODIS. Методические вопросы проведения АК изложены в работах [1-9].

Web-ресурсы, сочетающие информационные

и вычислительные возможности

Крупные центры приема и обработки данных ДЗЗ уже давно интегрированы в мировую сеть и распространяют свои данные в основном с использованием Web-технологий, что, безусловно, расширяет круг потенциальных пользователей спутниковой информации. Нельзя не отметить тот факт, что уже существуют Web-ресурсы, с помощью которых можно не только получить данные ДДЗ, но и провести анализ этих данных. В качестве примера такого ресурса можно назвать портал GIOVANNI (GES-DISC - Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center - Interactive Online Visualization ANd aNalysis Infrastructure) [10], предназначенный для визуализации и статистического анализа данных различных спутниковых систем.

Примером сайта, имеющего возможности для проведения анализа представленной на нем информации, является сайт программы AERONET (AERONET - AErosol RObotic NETwork) [11]. Ресурс предоставляет доступ к результатам измерений параметров аэрозоля, полученных на станциях всемирной сети AERONET. Данные имеют три уровня обработки. Пользователь может произвести поиск информации по временным и географиче-

ским критериям, получить графическое представление данных, произвести траекторный анализ измерений. Также предоставлена возможность получить данные в формате Google Earth [12].

Функционирующий в сети Интернет Web-каль-кулятор [13] для учета молекулярного поглощения в тепловом канале прибора ETM+ спутниковой системы Landsat [14, 15] является единственным примером осуществления атмосферной коррекции с помощью пространственно удаленного ресурса. Web-ресурс для атмосферной коррекции, разрабатываемый в Институте оптики атмосферы СО РАН, г. Томск, безусловно, предназначен для решения более широкого круга задач при тематической обработке спутниковых данных.

Архитектура Web-ресурса

Для создаваемого Web-ресурса выбрана трехуровневая архитектура, характерная для приложений баз данных (БД), применяющих Web-техноло-гии. Такая архитектура подразумевает наличие цепочки «сервер базы данных - Web-сервер - клиентский компьютер и браузер». Сервер базы данных поддерживает СУБД и выполняет всю работу с данными. В базах данных хранятся метаданные спутниковых снимков, а также служебная информация, включающая данные о пользователях и данные о работе комплекса. Web-сервер выполняет функции http-сервера, сценарного интерпретатора и обработчика представлений экземпляров баз данных. Браузер выполняет функции по представлению информации на компьютере клиента.

Для обеспечения функциональности ресурса разрабатывается оригинальное программное обеспечение, включающее модуль, реализующий функции поиска и получения необходимой априорной оптико-метеорологической информации из удаленных источников; расчетные модули; специальную программу-диспетчер, предназначенную для связи между различными блоками ресурса и управления серверными приложениями, выполняющими тематические задачи. Разработка программ, обеспечивающих работу Web-ресурса, основывается нали-цензионно-чистых, открытых (open-source) программных средствах. Разработка ведется в среде операционной системы Linux. Для создания Web-интерфейса и программ, управляющих работой ресурса, используется высокоуровневый язык Python. Web-интерфейс создается на основе свободно распространяемого фреймворка для создания Web-при-ложений Django [16], реализованного также на языке Python. Базы данных разрабатываются на основе объектно-реляционной СУБД PostgreSQL. Расчетные модули написаны преимущественно на языках C++ и Fortran и реализованы с использованием программного обеспечения GCC и Intel Fortran.

В качестве модели процесса переноса излучения предлагается использовать программу MODTRAN, хорошо зарекомендовавшую себя для решения задач атмосферной коррекции данных ДЗЗ из космоса.

Рис. 1. Архитектура \еЬ-ресурса

Источники информации

В качестве информационных источников для задания оптико-метеорологического состояния атмосферы используют локальные и пространственно распределенные информационные ресурсы, содер-

Задание условий поиска априорной оптико-метеорологической _информации_

жащие наземные и спутниковые измерения параметров атмосферы, прогностические метеоданные.

Информационной основой ресурса на первом этапе разработки являются локальные базы данных, содержащие метаданные измерений спутни-

Имя файла

Для проведения АК

Задание географических и временных параметров

Определение ключей для поиска в БД

I

Поиск в локальных БД

Контр ОЛЬ

А к

Расчет

Получение результата

Запись априорной информации в директорию для расчета

Получение данных из удаленных БД

Формирование

запроса к удаленным БД

Получение прогностической модели

Нет

Поиск в удаленных БД

Рис. 2. Алгоритм работы \еЬ-ресурса

ковой системы NOAA/POES и данные о параметрах атмосферы (метеопараметры, аэрозоль, облачность), полученные на основе измерений спектро-радиометра MODIS спутников EOS. Файлы со спутниковой информацией хранятся на дисках сервера. Первичный поиск метеоинформации о состоянии атмосферы, требуемой для проведения атмосферной коррекции, производится в локальных базах данных. Поиск может быть расширен за счет

обращения к удаленным источникам. В настоящий момент в качестве удаленного источника определен ftp-сайт [17] сервера LAADS Web (Level 1 and Atmosphere Archive and Distribution System) [18], который предоставляет доступ к огромным архивам разнообразной спутниковой информации. На данном этапе предусматривается поиск и получение атмосферных спутниковых данных MODIS второго уровня (Level 2) коллекции 51.

Рис. 3. Web-интерфейс для задания входных параметров и фрагмент обрабатываемого снимка для указанного региона

При отсутствии спутниковых данных о состоянии атмосферы в качестве априорной информации используются прогностические модели, источником которых является сайт National Weather Service [19].

Организация взаимодействия различных модулей ресурса

Организацию работы ресурса и взаимодействие различных модулей осуществляет программа-диспетчер, построенная по принципу конечного автомата. Пользователь формирует задание с помощью Web-интерфейса, параметры задания записываются в таблице базы данных. Строка таблицы с параметрами задания содержит также поля, фиксирующие признаки выполнения задания. Возможные значения признаков выполнения задания соответствуют возможным состояниям автомата, соответственно, число состояний конечного автомата равно числу возможных признаков выполнения задания. Программа-диспетчер работает в фоновом режиме и с заданной периодичностью считывает записи с признаком «не выполнено» из таблицы базы данных, содержащей параметры заданий. Далее программа диспетчер запускает модули выполнения задания в зависимости от состояния последовательности признаков выполнения задания.

Вычислительные модули реализуются на основе программ для решения задач переноса оптического излучения через атмосферу (MODTRAN, 6S).

Использование Web-ресурса

Принцип использования Web-ресурса достаточно прост. Пользователь делает запрос на проведение атмосферной коррекции, указывая ключевые атрибуты (временные и пространственные) файла телеметрической информации (снимка) и требуемые спектральные каналы. В соответствии с заданными атрибутами производится поиск необходимой априорной оптико-метеорологической информации. Если требуемых данных в определенных информационных источниках нет, используются оптические модели атмосферы. Затем для заданного снимка осуществляется расчет требуемых характе-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Wan Z. MODIS Land-Surface Temperature Algorithm Theoretical Background Document (LST ATBD), version 3.3 // MODIS Wfeb. 1999. URL: http://modis.gsfc.nasa.gov/data/atbd/atbd_mod11.pdf (дата обращения: 01.12.2010).

2. Giglio L., Descloitres J., Justice C., Kaufman Y. An Enhanced Contextual Fire Detection Algorithm for MODIS // Remote Sens. Environ. - 2003. - V.87. - P. 273-282.

3. Vermote E.F., Vermeulen A. Atmospheric correction algorithm: spectral reflectances (MOD09). Algorithm Theoretical Background Document, version 4.0 // MODIS Web. 1999. URL: http://mo-dis.gsfc.nasa.gov/data/atbd/atbd_mod08.pdf (дата обращения: 01.12.2010).

4. Афонин С.В., Белов В.В., Соломатов Д.В. Разработка программного обеспечения для атмосферной коррекции аэрокосмических ИК-измерений температуры подстилающей поверхности. // Оптика атмосферы и океана. - 2006. - Т. 19. - № 1. -C. 69-76.

ристик искажающего влияния атмосферы. Результаты расчета пользователь получает по сети Интернет вместе со специально разработанной утилитой для атмосферной коррекции спутниковых изображений, полученных в инфракрасном диапазоне. Схема работы Web-ресурса приведена на рис. 2.

На рис. 3 приведен пример Web-интерфейса, используемого при задании входных параметров для проведения атмосферной коррекции в 31 канале MODIS. Определен регион 74...90° в.д., 54...62° с.ш. Время измерений 23 июня 2009 г., 05:00 GMT. В качестве априорной информации выбраны спутниковые метеоданные MODIS. Снизу приведен фрагмент обрабатываемого снимка для указанного региона. Изображение синтезировано как композиция измерений трех каналов (длины волн 0,646, 0,553, 0,466 мкм).

Заключение

Разработано и проходит тестирование программное обеспечение Web-ресурса для проведения атмосферной коррекции спутниковых изображений земной поверхности. Первая версия позволяет производить обработку спутниковых данных EOS/MODIS с использованием априорной информации о состоянии атмосферы из локальных баз данных и удаленных источников. В дальнейшем предполагается развитие Web-ресурса в следующих направлениях:

• Разработка «быстрой» модели процесса переноса излучения поверхности через атмосферу. Разработка методики и программных средств контроля качества атмосферной коррекции спутниковых данных.

• Разработка и апробация программных средств для решения посредством Web-ресурса задачи атмосферной коррекции (и контроля её качества) для спутниковых данных в видимом спектральном диапазоне.

• Расширение возможностей проведения посредством Web-ресурса для атмосферной коррекции данных систем высокого пространственного разрешения Landsat, SPOT и др.

5. Афонин С.В., Соломатов Д.В. Методика учета оптико-метеорологического состояния атмосферы для решения задач атмосферной коррекции спутниковых ИК-измерений // Оптика атмосферы и океана. - 2008. - Т. 21. - № 2. - С. 147-153.

6. Афонин С.В., Белов В.В., Соломатов Д.В. Решение задач температурного мониторинга земной поверхности из космоса на основе RTM-метода // Оптика атмосферы и океана. -2008. - Т. 21. - № 12. - C. 1056-1063.

7. Соломатов Д.В. Алгоритмы и программные средства атмосферной коррекции спутниковых ИК-измерений на основе RTM-метода: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. - Томск, 2010. -21 с.

8. Афонин С.В. Результаты тестирования двух методов атмосферной коррекции спутниковых ИК-измерений температуры земной поверхности // Оптика атмосферы и океана. - 2010. -Т. 23. - № 4. - С. 308-310.

9. Афонин С.В. К вопросу о применимости восстановленных из космоса метеоданных MODIS для атмосферной коррекции

спутниковых ИК измерений // Оптика атмосферы и океана. -2010. -Т. 23. -№8. -C. 684-690.

10. Giovanni - The Bridge Between Science and Data. 2007. URL: http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/giovanni (дата обращения: 01.12.2010).

11. AERONET Data Synergy Tool - Access Earth Science data sets for AERONET sites. 2007. URL: http://aeronet.gsfc.nasa.gov (дата обращения: 01.12.2010).

12. Google Планета Земля. 2010. URL: http://www.goo-gle.com/intl/ru/earth/index.html (дата обращения: 01.12.2010).

13. Atmospheric Correction Parameter Calculator. 2009. URL: http://atmcorr.gsfc.nasa.gov (дата обращения: 01.12.2010).

14. Barsi J.A., Barker J.L., Schott J.R. An Atmospheric Correction Parameter Calculator for a Single Thermal Band Earth-Sensing Instrument // Atmospheric Correction Parameter Calculator. 2009. URL: http://atmcorr.gsfc.nasa.gov/Barsi_IGARSS03.pdf (дата обращения: 01.12.2010).

15. Barsi J.A., Schott J.R., Palluconi F.D., Hook S.J. Validation of a Web-Based Atmospheric Correction Tool for Single Thermal Band Instruments // Atmospheric Correction Parameter Calculator. 2009. URL: http://atmcorr.gsfc.nasa.gov/Barsi_AtmCorr_SPIE05.pdf (дата обращения: 01.12.2010).

16. Django Software Foundation. 2005. URL: http://www.djangoproj-ect.com (дата обращения: 01.12.2010).

17. LAADS FTP site. 2007. URL: ftp://ladsweb.nascom.nasa.gov (дата обращения: 01.12.2010).

18. LAADS Web - Level 1 and Atmosphere Archive and Distributiuon System. 2007. URL: http://ladsweb.nascom.nasa.gov/index.html (дата обращения: 01.12.2010).

19. National Weather Service. 2005. URL: http://www.weather.gov (дата обращения: 01.12.2010).

Поступила 17.12.2010 г.

УДК 002.53:004.89

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

обеспечение содержательного многоязычного доступа к лингвистическим информационным ресурсам на основе технологии порталов знаний

Ю.А. Загорулько, О.И. Боровикова, И.С. Кононенко

Институт систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН, г. Новосибирск Новосибирский государственный университет E-mail: [email protected]

Рассматривается интернет-портал знаний, обеспечивающий систематизацию и интеграцию знаний и информационных ресурсов по компьютерной лингвистике на основе онтологии, а также содержательный многоязычный доступ к ним: управляемую онтологией навигацию и поиск информации в терминах предметной области портала знаний.

Ключевые слова:

Портал знаний, компьютерная лингвистика, информационные ресурсы, онтология, содержательный доступ, управляемая онтологией навигация. Key words:

Knowledge portal, computational linguistics, Information resources, ontology, content-based access, ontology-driven navigation.

Введение

В настоящее время наблюдается бурный рост потребности в средствах автоматической обработки документов и естественно-языковых, в том числе речевых, интерфейсах. Это ставит на повестку дня проблему организации эффективного доступа не только к публикациям, описывающим методы и подходы к пониманию текста и речи, но и разного рода словарям, программным компонентам и алгоритмам, обеспечивающим решение различных задач по их обработке. И хотя в Интернете представлен большой объем информационных ресурсов по этой тематике, доступ к ним весьма затруднен, т. к. они плохо систематизированы и рассредоточены по различным Интернет-сайтам, каталогам и электронным архивам.

Для решения этой проблемы разрабатываются различные интернет-ресурсы. Самым известным из них является англоязычный каталог LINGUIST List [1], созданный для обмена знаниями между лингвистами и содержащий информацию о публи-

кациях, персоналиях, научных учреждениях, грантах, конкурсах, проектах, фондах, конференциях и семинарах лингвистической тематики.

Российским аналогом LINGUIST List является портал «Лингвистика в России: ресурсы для исследователей» [2], организованный в виде иерархического каталога ссылок, тематические категории которого представлены разделами по компьютерной, теоретической и прикладной лингвистике и их приложениям.

Из других разработок стоит отметить созданный в Германском Исследовательском Центре Искусственного Интеллекта информационный портал «Language Technology World» [3]. Тематические разделы этого портала содержат информацию о лингвистических технологиях, продуктах и информационных системах в области обработки естественного языка, а также о проектах, организациях и персонах. В основу портала положена онтология [4, 5], благодаря чему возможно установление связей между его разделами. К сожалению, на этом

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.