Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности

По наземным измерениям спектров отражения и флуоресценции листьев березы были определены информативные признаки разделения классов нефтегазоносных участков и территорий, на которых отсутствуют месторождения. В качестве информативного признака применена коррелограмма спектрограммы, рассматриваемой ка...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Якимчук, В.Г., Левчик, Е.И., Суханов, К.Ю., Порушкевич, А.Ю., Федоровский, А.Д.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2012
Schriftenreihe:	Доповіді НАН України
Schlagworte:	Науки про Землю
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48863
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности / В. Г. Якимчук, Е.И. Левчик, К.Ю. Суханов, А.Ю. Порушкевич, А.Д. Федоровский // Доп. НАН України. — 2012. — № 1. — С. 132-136. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-48863
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-488632013-09-05T03:07:09Z Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности Якимчук, В.Г. Левчик, Е.И. Суханов, К.Ю. Порушкевич, А.Ю. Федоровский, А.Д. Науки про Землю По наземным измерениям спектров отражения и флуоресценции листьев березы были определены информативные признаки разделения классов нефтегазоносных участков и территорий, на которых отсутствуют месторождения. В качестве информативного признака применена коррелограмма спектрограммы, рассматриваемой как реализация процесса вдоль оси длины волны электромагнитного излучения. Приведены требования к космической информации и выработаны рекомендации для выбора информативных спектральных параметров аппаратуры аэрокосмического зондирования земной поверхности при решении задач природопользования. За наземними вимірами спектрів відбиття і флуоресценції листя берези було визначено спектральні інформативні ознаки поділу класів нафтогазоносних ділянок і територій, на яких відсутні родовища. За інформативну ознаку застосовано корелограму спектрограми, як реалізації процесу вздовж осі довжини хвилі електромагнітного випромінювання. Визначено також вимоги до космічної інформації та розроблено рекомендації для вибору інформативних спектральних параметрів апаратури аерокосмічного зондування земної поверхні при роз'язанні задач природокористування. Informative features for the class separation of oil and gas sites and areas, where there are no deposits, are defined using the ground measurements of the reflection spectra and fluorescence of birch leaves. The correlogram spectrogram, regarded as a realization of the process along the wavelength axis of electromagnetic radiation, is used as the informative feature. The requirements for space-based information and the recommendations for the selection of informative spectral parameters of the aerospace sensing equipment are determined for solving the environmental problems. 2012 Article Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности / В. Г. Якимчук, Е.И. Левчик, К.Ю. Суханов, А.Ю. Порушкевич, А.Д. Федоровский // Доп. НАН України. — 2012. — № 1. — С. 132-136. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48863 502:519.2 ru Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Науки про Землю Науки про Землю
spellingShingle	Науки про Землю Науки про Землю Якимчук, В.Г. Левчик, Е.И. Суханов, К.Ю. Порушкевич, А.Ю. Федоровский, А.Д. Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности Доповіді НАН України
description	По наземным измерениям спектров отражения и флуоресценции листьев березы были определены информативные признаки разделения классов нефтегазоносных участков и территорий, на которых отсутствуют месторождения. В качестве информативного признака применена коррелограмма спектрограммы, рассматриваемой как реализация процесса вдоль оси длины волны электромагнитного излучения. Приведены требования к космической информации и выработаны рекомендации для выбора информативных спектральных параметров аппаратуры аэрокосмического зондирования земной поверхности при решении задач природопользования.
format	Article
author	Якимчук, В.Г. Левчик, Е.И. Суханов, К.Ю. Порушкевич, А.Ю. Федоровский, А.Д.
author_facet	Якимчук, В.Г. Левчик, Е.И. Суханов, К.Ю. Порушкевич, А.Ю. Федоровский, А.Д.
author_sort	Якимчук, В.Г.
title	Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности
title_short	Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности
title_full	Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности
title_fullStr	Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности
title_full_unstemmed	Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности
title_sort	определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Науки про Землю
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48863
citation_txt	Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности / В. Г. Якимчук, Е.И. Левчик, К.Ю. Суханов, А.Ю. Порушкевич, А.Д. Федоровский // Доп. НАН України. — 2012. — № 1. — С. 132-136. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT âkimčukvg opredelenieinformativnyhpriznakovvspektrahotraženiâiinducirovannojlazeromfluorescenciirastitelʹnogopokrovadlâaérokosmičeskogozondirovaniâzemnojpoverhnosti AT levčikei opredelenieinformativnyhpriznakovvspektrahotraženiâiinducirovannojlazeromfluorescenciirastitelʹnogopokrovadlâaérokosmičeskogozondirovaniâzemnojpoverhnosti AT suhanovkû opredelenieinformativnyhpriznakovvspektrahotraženiâiinducirovannojlazeromfluorescenciirastitelʹnogopokrovadlâaérokosmičeskogozondirovaniâzemnojpoverhnosti AT poruškevičaû opredelenieinformativnyhpriznakovvspektrahotraženiâiinducirovannojlazeromfluorescenciirastitelʹnogopokrovadlâaérokosmičeskogozondirovaniâzemnojpoverhnosti AT fedorovskijad opredelenieinformativnyhpriznakovvspektrahotraženiâiinducirovannojlazeromfluorescenciirastitelʹnogopokrovadlâaérokosmičeskogozondirovaniâzemnojpoverhnosti
first_indexed	2025-07-04T09:37:41Z
last_indexed	2025-07-04T09:37:41Z
_version_	1836708647451754496
fulltext	УДК 502:519.2 © 2012 В.Г. Якимчук, Е.И. Левчик, К. Ю. Суханов, А. Ю. Порушкевич, член-корреспондент НАН Украины А.Д. Федоровский Определение информативных признаков в спектрах отражения и индуцированной лазером флуоресценции растительного покрова для аэрокосмического зондирования земной поверхности По наземным измерениям спектров отражения и флуоресценции листьев березы были определены информативные признаки разделения классов нефтегазоносных участков и территорий, на которых отсутствуют месторождения. В качестве информатив- ного признака применена коррелограмма спектрограммы, рассматриваемой как реали- зация процесса вдоль оси длины волны электромагнитного излучения. Приведены тре- бования к космической информации и выработаны рекомендации для выбора информа- тивных спектральных параметров аппаратуры аэрокосмического зондирования земной поверхности при решении задач природопользования. Для решения задач природопользования на основе дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) необходимо располагать информативными признаками исследуемых явлений, про- цессов и объектов, которые дешифрируются на космических снимках. Спектральные ха- рактеристики объектов аэрокосмического зондирования, моделирование объектов и новые методики в решении задач природопользования представлены в публикации [1]. Вопро- сы формализованного сопоставления различных вариантов космической аппаратуры ДЗЗ и оценки эффективности решения задач ДЗЗ в единой критериальной шкале рассмотрены в cтатье [2]. Новый способ выбора оптимальной комбинации спектральных изображений, учитывающий не только статистические распределения признаков объектов разных клас- сов на спектральных изображениях, но и пространственно-статистические свойства изобра- жения предложен в [3]. Подход к оптимизации результатов наземного спектрометрирования растительности для достижения наилучшей статистической разделимости сегментов, кото- рые соответствуют аномалии и фону, демонстрирует работа [4]. Анализ гиперспектральной космической информации на основе спектральных характе- ристик исследуемых объектов рассматривается в работе [5], в которой применяется спект- ральная функция сдвига (СФС) по длине волны электромагнитного излучения как интег- ральный показатель спектральных характеристик элементов урболандшафтов. Ранее было показано [6], что для сосны и березы, произрастающих на Новотроицком и Восточно-Ро- гинцевском месторождениях Днепровско-Донецкой впадины (ДДВ), изменение физиологи- ческого состояния растений и их флуоресцентных характеристик связано с флюидогеоди- намическими процессами в пределах зон трещиноватости и месторождений углеводородов. В качестве примера при выявлении информативных признаков в спектрах растительно- го покрова нами исследовались изменения в спектрах отражения и флуоресценции расти- тельности в зависимости от ее физиологического состояния при наличии нефтидогенных процессов. Для этого был выбран участок Восточно-Рогинцевского нефтяного месторожде- 132 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №1 ния ДДВ. Растительным объектом служили листья березы бородавчатой (Betula verrucosa), повсеместно распространенной в зоне исследований. На участке с однородной растительностью была проложена трасса, вдоль которой в 35 ее точках (10 первых — на нефтегазоносных участках) для листьев березы записывали спектры флуоресценции (СФ), индуцированные лазером, и спектры отражения в диа- пазоне от 400 до 750 нм. Для регистрации СФ использовали спектральный комплекс КСВУ-23, модифицированный для работы с импульсными сигналами при возбуждении их облучением импульсного азотного лазера ЛГИ-21 с длиной волны 337,1 нм и мощно- стью в импульсе 48 кВт. Спекрофотометрирование листьев выполнялось спектрофотомет- ром СФ-18. Для обоих видов спектров были выявлены информативные признаки, алгоритмы полу- чения которых представлены ниже. 1. Анализируемые спектры излучения флуоресценции заданы конечным набором ве- щественных значений fm = f(λm) на равномерной сетке λm = ∆λ ·m, m = 0, 1, . . . ,M − 1, где постоянная величина ∆λ является шагом выборки. В k-й точке (k = 0, 1, . . . ,K) имеем три измерения: fk1 m , fk2 m , fk3 m . Для получения признаков исследовали взаимосвязь нескольких измерений спектро- грамм в каждой из точек измерения СФ. С целью учета этой взаимосвязи в разных диа- пазонах спектра применялась матрица выборочных коэффициентов парной корреляции Q, используемая обычно в многомерной модели корреляционного анализа для вычисления час- тичных и множественных коэффициентов корреляции [7]. Матрица применялась для трех измерений спектральной функции в k-й точке окном по N отсчетов и шагом L отсчетов: Qk NL(m) =   1 r12 r13 r21 1 r23 r31 r32 1   , (1) где r12, r13, . . . — коэффициенты корреляции между fk1 m и fk2 m , fk1 m и fk3 m , . . .. Окно является скользящим, вследствие чего получается последовательность значений Qk NL(m) как функция аргумента m вдоль оси λ. Значения определителя Dk NL(m) матрицы Qk NL(m) для k-й точки дают дискретные зна- чения с шагом L отсчетов. Если построить такие функции для всех точек измерений, то получим семейство кривых, которое можно представить графически в координатах длин волн λ номеров точки K (рис. 1). Оптимальной для выделения участков с месторождением углеводородов и без место- рождений оказалась синяя область спектра с максимумом λ = 448 нм, что легко просма- тривается на графике значений определителя Dk NL(m) (см. рис. 1). 2. По спектрам отражения листьев березы также были определены информативные признаки разделения классов нефтегазоносных участков и территории, на которой отсутст- вуют месторождения, принятой за фон. Если рассматривать спектрограмму как реализацию процесса с неизвестными характе- ристиками вдоль оси длины волны электромагнитного излучения, целесообразно применить коррелограмму, которая в практическом анализе из-за неполноты имеющейся информации используется вместо строгой характеристики — корреляционной функции. Анализируемая спектрограмма Φ(λ) задана конечным набором вещественных значений Φm = Φ(λm) на равномерной сетке λm = ∆λ · m, m = 0, 1, . . . ,M − 1. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №1 133 Рис. 1. График значений определителя D k NL при N = 128, L = 16 как функция зависимости по длине волны и номеру точки измерений K Коррелограмма Rn (n = 0, 1, . . . , N) этой последовательности определяется в соответст- вии с выражением [8]: Rn ≡ R(∆λ · n) = 1 M −N M−1−N ∑ m=0 Φm · Φm+n. (2) Функцию R(∆λ · n) будем называть СФС. Коррелограммы были вычислены для спектрограмм на нефтегазоносных участках и на территориях без залежей углеводородов, на первых — они обозначены RS n , на вторых — RF n . Введем пороговую коррелограмму RP n в соответствии с выражением RP n = 1 2 (RS n +RP n ). (3) Для оценки принадлежности коррелограммы к нефтегазоносному участку определяли суммарное отклонение анализируемой коррелограммы от пороговой: G = N ∑ n=0 (Rn −RP n ). (4) Классификация производится по правилу: если S < 0, то участок нефтегазоносный, если S > 0, то без углеводородов. Метод классификации был проверен также на спектрограммах, снятых на участке Вос- точно-Рогинцевского нефтяного месторождения ДДВ (рис. 2). Таким образом, СФС может быть использована в качестве информативного признака нефтегазоносности. После установления в спектрах растительности, полученных наземным спектрометриро- ванием, информативных признаков разделения классов следующей задачей будет определе- ние характеристик (спектрального и пространственного разрешения) космического сканера, по информации с которого можно вычислить СФС. Минимальное спектральное разрешение сканера, при котором СФС еще может быть использована для классификации, определяется моделированием снижения спектрально- го разрешения путем сглаживания спектрограмм скользящими окнами величиной от 4 до 16 нм. В результате установлено, что при спектральном разрешении 10 нм сохраняется рабо- тоспособность алгоритма (4). Кроме того, была сделана оценка эффективности алгоритма при наличии шумов — присутствия в изображениях высокого спектрального разрешения 134 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №1 Рис. 2. Результаты классификации на нефтегазоносность. Ниже нулевого уровня обозначены нефтегазонос- ные участки, выше — фоновые березовых массивов неоднородной растительности. Для этого применялась смесь исходных спектрограмм березы и травяного покрова [9]. Нами установлено, что при уменьшении до- ли берез до 70% и увеличении травы до 30% качество классификации по спектральной функции сдвига снижается на 13%. В результате проведенных исследований СФ и спектрограмм отражения листьев бере- зы, полученных при наземных измерениях, были определены спектральные информатив- ные признаки наличия углеводородов на ряде участков территории с березовыми масси- вами. Исходя из указанных признаков определены требования к космической информации и выработаны рекомендации для выбора информативных спектральных параметров при проведении аэрокосмического зондирования земной поверхности в интересах решения за- дач природопользования. 1. Багатоспектральнi методи дистанцiйного зондування Землi в задачах природокористування // За ред. В. I. Лялько, М. О. Попова. – Київ: Наук. думка, 2006. – 360 с. 2. Боднар Е.Н., Якимчук В.Г., Федоровский А.Д. Оценка и выбор варианта космической системы ДЗЗ на основе метода анализа иерархий // Доп. НАН України. – 2005. – № 8. – С. 106–111. 3. Попов М.А., Станкевич С.А. Методы оптимизации числа спектральных каналов в задачах обработ- ки и анализа данных дистанционного зондирования Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – Т. 1. – Вып. 3. – Москва: Ин-т косм. исследований РАН, 2006. – С. 106–112. 4. Станкевич С.А., Титаренко О.В. Оптимiзацiя даних наземного спектрометрування при картуваннi меж фiтоiндикацiйних аномалiй // Наук. вiсн. Нац. аграр. ун-ту України. – 2008. – Вип. 128. – С. 312–319. 5. Якимчук В.Г., Суханов К.Ю., Козлов З. В., Лiщенко Л.П. Дешифрування гiперспектральної кос- мiчної iнформацiї на основi текстурних i спектральних характеристик дослiджуваних об’єктiв // Доп. НАН України. – 2008. – № 2. – С. 129–134. 6. Левчик Е.И., Товстюк З.М. О возможной связи флуоресцентных параметров растительности с флюидогеодинамическими процессами (на примере Ново-Троицкого месторождения углеводородов: Сб. науч. тр. – Днепропетровск: Нац. горн. академия Украины, 2000. – Т. 1, № 9. – С. 74–78. 7. Кендал М., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды. – Москва: Наука, 1976. – 736 с. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №1 135 8. Федоровский А.Д., Якимчук В.Г., Архипов А.И. и др. Прогнозирование и поиск месторождений неф- ти и газа на основе спектрофотометрирования растительного покрова // Геоiнформатика. – 2010. – № 3. – С. 44–47. 9. http://speclab.cr.usgs.gov/spectral.lib06/. Поступило в редакцию 14.07.2011Научный центр аэрокосмических исследований Земли Института геологических наук НАН Украины, Киев В. Г. Якимчук, О. I. Левчик, К.Ю. Суханов, А. Ю. Порушкевич, член-кореспондент НАН України О.Д. Федоровський Визначення iнформативних ознак у спектрах вiдбиття та iндукованої лазером флуоресценцiї рослинного покриву для аерокосмiчного зондування земної поверхнi За наземними вимiрами спектрiв вiдбиття i флуоресценцiї листя берези було визначено спектральнi iнформативнi ознаки подiлу класiв нафтогазоносних дiлянок i територiй, на яких вiдсутнi родовища. За iнформативну ознаку застосовано корелограму спектрограми, як реалiзацiї процесу вздовж осi довжини хвилi електромагнiтного випромiнювання. Визна- чено також вимоги до космiчної iнформацiї та розроблено рекомендацiї для вибору iнфор- мативних спектральних параметрiв апаратури аерокосмiчного зондування земної поверхнi при роз’язаннi задач природокористування. V.G. Yakimtchuk, E. I. Levchik, K.Yu. Sukhanov, A.Yu. Porushkevich, Corresponding Member of the NAS of Ukraine A.D. Fedorovsky Determination of the informative features in the reflection spectra and laser-induced fluorescence of the vegetation for the aerospace sensing of Earth’s surface Informative features for the class separation of oil and gas sites and areas, where there are no depo- sits, are defined using the ground measurements of the reflection spectra and fluorescence of birch leaves. The correlogram spectrogram, regarded as a realization of the process along the wavelength axis of electromagnetic radiation, is used as the informative feature. The requirements for space- based information and the recommendations for the selection of informative spectral parameters of the aerospace sensing equipment are determined for solving the environmental problems. 136 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №1

Institution

Ähnliche Einträge