Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время интенсивно ведутся работы по методическому и аппаратному обеспечению дистанционных исследований окружающей среды. Создаются аппаратурные комплексы для обеспечения зондиоойзния земных покровов и акваторий. Разрабатываются методы и алгоритмы компьютерного анализа двумерных изображений земной поверхности. Ведется работа по построению моделей формирования этих двумерных полей и решаются задачи классификации явлений, анализа изображений на изучаемом пространстве.
Уже созданные методы и алгоритмы обладают способностью преодолевать такие трудности, как отрывочность и нестационарность информации, наличие малых статистически неоднородных выборок.
В настоящее время основной тенденцией в построении крупных проблемно-ориентированных информационных систем является использование распределенных баз данных и знаний, использование ЭВМ различных классов и производителей, использование локальных и глобальных сетей. При этом возникают сложности в использовании информации баз данных и знаний, реализованных на различных СУБД и программного обеспечения, разработанного на разных платформах.
Преодоление указанных сложностей основано на применении технологии открытых информационных систем, использующей стандартные интерфейсы между всеми программно-аппаратными компонентами среды. Важнейшим этапом является построение
профиля -набора согласованных стандартов для данной области применения.
Современный этап развития экспериментальных радиофизических методов исследования окружающей среды характеризуется переходом от пассивного сбора информации об изучаемом объекте к постановке целенаправленных экспериментов. Первостепенное значение при осуществлении таких экспериментов приобретают организации массового сбора информации об изучаемой системе, оперативность ее обработки и достоверная интерпретация данных наблюдений.
С практической точки зрения, важным является синтез комплексной системы сбора и обработки информации об окружающей среде, объединяющей дистанционные и контактные измерения, составляющие основу систем геоинформационного мониторинга.
Основной смысл концепции геоинформационного мониторинга состоит в соединении в систему средств сбора данных, методов их обработки, математических моделей природных объектов, компьютерных средств реализации алгоритмов и моделей с широким спектром сервисного обеспечения при визуализации результатов мониторинга.
Как один из важных моментов геоинформационного мониторинга, рассматривается автоматизация обработки данных дистанционных измерений с конечной целью решения задачи обнаружения и классификации того или иного явления на земной поверхности. Эффективное решение этих задач невозможно без широкого внедрения в практику исследований автоматизированных систем сбора, хранения и обработки данных на базе современных ЭВМ с применением технологии открытых систем. Таким образом,
автоматизация геоинформационного мониторинга на всех его этапах, начиная со сбора информации и кончая созданием соответствующей автоматизированной системы обработки данных, оснащенной необходимым алгоритмическим и программным обеспечением, является актуальной научной задачей, имеющей важное практическое значение.
Целью диссертационной работы является разработка автоматизированной системы обнаружения и классификации явлений на водной поверхности и ледовых полях по данным геоинформационного мониторинга с применением методов математической статистики, распознавания образов, анализа изображений, математического моделирования, используя принципы технологии открытых систем,
Научная новизна. В настоящей работе:
впервые разработана и реализована в виде программного комплекса новая автоматизированная система обнаружения и классификации явлений на изучаемом пространстве по данным геоинформационного мониторинга с применением технологии открытых систеМ;
впервые разработаны программные средства качественной интерпретации данных геоинформационного мониторинга;
показана принципиальная возможность использования математической модели «пятнистости» для обнаружения и классификации явлений на водной поверхности и ледовых полях. Разработана автоматизированная подсистема исследования и визуализации «пятнистости» акваторий и ледовых покровов на основе дистанционных измерений;
впервые получены статистические характеристики «пятнистост' акваторий ледовых покровов для конкретных районов Арктик
Северной Атлантики на основе дистанционных СВЧ - радиометрических спутниковых измерений.
Практическая ценность. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение обнаружения и классификации явлений на водной поверхности и ледовых покровов по данным геоинформационного мониторинга значительно повышает эффективность исследований природной среды за счет комплексного и рационального использования экспериментального оборудования, оптимального использования данных дистанционных измерений.
Эффективность разработанной автоматизированной системы, ее алгоритмического и программного обеспечения подтверждена результатами обработки дистанционных СВЧ -радиометрических спутниковых измерений с ИСЗ «Космос-1151», «Космос-1500» и «Интеркосмос-21» районов Арктики, Севериой Атлантики и Северной части Тихого океана.
Диссертация выполнялась в соответствии с планами ИРЭ РАН (НИР «Процесс-1», «Призма») и по проекту Миннауки РФ «Разработка программной среды открытых систем для баз знаний и данных при распознавании образов и анализе изображений в локальных гетерогенных и глобальных сетях» в рамках государственной научно-технической программы «Перспективные информационные технологии» РФ.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Созданная автоматизированная система обработки данных геоинформационного мониторинга с соответствующим алгоритмическим и программным обеспечением, построенный на принципах открытости поззопяет
реализовать функции . прогноза и принятия решений для обнаружения и классификации явлений на изучаемом пространстве.
-
Рекомендации по составу базы данных с учетом уровней их готовности для использования на различных этапах геоинформационного мониторинга, обеспечение возможности совместного использования баз знаний и данных, разработанных на разных СУБД и переносимость программных модулей между различными вычислительными платформами.
-
Проведенная на основе разработанной модели «пятнистости» обработка данных геоинформационного мониторинга, позволяет выделить вероятностные характеристики «пятнистости», являющиеся информативными признаками при обнаружении и классификации аномальных явлений на водной поверхности и ледовых покровов.
Апробация работы и публикации. Результаты, полученные в диссертации, докладывались на Lill, LV научных сессиях, посвященных Дню Радио (Москва, 1998, 2000 г.г.), на 3-м и 4-ом международных симпозиумах «Проблемы экоинформатики» (Москва 1998 2000 г.г.).
По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем диссертации. Дпг.с^ ртлиия состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы.
