Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время для автоматизации пространственного мониторинга применяются постоянно развивающиеся интерактивные средства и человеко-машинные интерфейсы, обеспечивающие процессы моделирования объектов по разновременным сериям данных дистанционного зондирования (ДДЗ). Для построения трехмерных моделей местности (ТММ) и выявления пространственных изменений по сравнению с предшествующими моментами времени могут использоваться данные аэрокосмической съемки и лазерного сканирования.
Существенный вклад в исследование возможностей по обработке изображений внесли как отечественные, так и зарубежные ученые. Базовые результаты теории распознавания образов были получены У. Преттом, Р. Дудой, П. Хартом, а также отечественными учеными Ю.И. Журавлевым, А.Л. Гореликом и др. Разработкой методов обработки данных лазерного сканирования занимались как отдельные ученые (Е.М. Медведев, И.М. Данилин, И.Г. Журкин), так и целые организации («Оптен», «Terrasolid», «Inpho»).
В рамках использования данных аэрокосмической съемки представляет интерес разработка методов распределенной адаптивной обработки изображений для выделения полей облачности, позволяющих оценивать различимость объектов на снимках сквозь полупрозрачную дымку. При этом распределенный характер обработки позволит ускорить проведение вычислений для большого объема разновременных данных.
Другой важной задачей анализа серий разновременных ДДЗ является автоматизация обработки данных лазерного сканирования. Представляет интерес разработка методов, позволяющих получать цифровые модели местности (ЦММ) с использованием, в том числе, человеко-машинных интерфейсов. При этом необходимо ускорить обработку данных, сохраняя требуемую точность моделирования.
Таким образом, актуальность темы диссертационного исследования продиктована необходимостью построения системы распределенной обработки данных дистанционного зондирования, применяемой для пространственного мониторинга по сериям разновременных данных.
Тематика диссертационной работы соответствует научному направлению ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления».
Цель работы состоит в создании специальных методов распределенной обработки временных серий данных дистанционного зондирования для их оперативной визуализации в рамках человеко-машинных интерфейсов адаптивной распределенной программной инфраструктуры.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
-
Провести анализ математического и программного обеспечения систем распределенной обработки данных, получаемых в результате накопления аэрокосмических снимков и точек лазерного сканирования.
-
Разработать распределенные методы обработки аэрокосмических снимков сверхвысокого разрешения на основе модифицированных методов определения полей облачности.
-
Разработать метод и технологию автоматизированной ускоренной обработки данных дистанционного зондирования для построения цифровых моделей местности.
-
Разработать специальное программное обеспечение распределенной адаптивной обработки временных серий данных дистанционного зондирования.
Методы исследования. В работе использовались методы теории распознавания образов, обработки изображений, теории вероятностей, математической статистики, а также методы пространственного моделирования и объектно-ориентированного программирования.
Тематика работы соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.13.11: п. 7 «Человеко-машинные интерфейсы; модели, методы, алгоритмы и программные средства машинной графики, визуализации, обработки изображений, систем виртуальной реальности, мультимедийного общения» и п. 9 «Модели, методы, алгоритмы и программная инфраструктура для организации глобально распределенной обработки данных».
Научная новизна работы. В работе получены следующие результаты, отличающиеся научной новизной:
-
Решение задачи пространственного мониторинга на основе визуализации серий разновременных данных дистанционного зондирования, отличающееся использованием априорной информации об объектах на снимках, что позволяет повысить точность определения полей облачности на изображениях.
-
Метод повышения скорости распределенной обработки данных дистанционного зондирования, отличающийся дополнительным использованием номера отражения и интенсивности отраженного импульса для классификации точек лазерного сканирования, сохраняющий требуемую точность обработки.
-
Специальное математическое обеспечение реализации необходимой точности визуализации, отличающееся учетом отклонений от средней плотности лазерного зондирования при планировании и проведении активного вычислительного эксперимента.
-
Программная инфраструктура адаптивной распределенной обработки изображений, отличающаяся принятием решения о выполнении вычислений на клиентской стороне по признаку наличия пересечения бинарных масок статических объектов и поля облачности, полученного методом К.Т. Протасова, позволяющая снизить нагрузку на сервер и повысить скорость обработки.
Практическая значимость. Практическая значимость диссертации заключается в реализации на базе предложенных методов программного обеспечения, позволяющего ускорить проведение пространственного мониторинга в ситуационных центрах.
Реализованный адаптивный механизм планирования распределенных вычислений, использующий признак наличия пересечения бинарных масок статических объектов и поля облачности, полученного с использованием метода К.Т. Протасова, позволяет автоматически принимать решение о переносе обработки данных дистанционного зондирования на сторону клиента, что снижает нагрузку на сервер обработки пространственных данных.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты внедрены в практическую деятельность Юго-Восточной железной дороги (филиал ОАО «РЖД»), реализованы в рамках НИР Федерального автономного учреждения «Государственный научно-исследовательский испытательный институт проблем технической защиты информации Федеральной службы по техническому и экспортному контролю» (ФАУ «ГНИИИПТЗИ ФСТЭК России») и использованы в ходе выполнения ОКР Таганрогского технологического института Южного федерального университета (ТТИ ЮФУ).
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях: II Всероссийской научной конференции ученых, специалистов и профессорско-преподавательского состава «Территориально распределенные системы охраны» (Калининград, 2009); IX Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Управление большими системами» (Липецк, 2012); X Международной научно-технической конференции «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации. Распознавание - 2012» (Курск, 2012); Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2012).
Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 13 научных работ, в том числе 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работе [11], выполненной в соавторстве, лично автором получен следующий результат: предложена параметрическая модель имитации облачности на изображениях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 157 наименований и двух приложений. Основная часть работы изложена на 137 страницах, содержит 12 таблиц и 44 рисунка.
Похожие диссертации на Специальное программное обеспечение распределенной адаптивной обработки временных серий данных дистанционного зондирования
