Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні
У статті розглянуто проблемні питання географічної прив.язки об.єктів у Чорноморському басейні. Проаналізовано та запропоновано оптимальні методи їх вирішення. За результатами роботи авторами створено базу даних опорних пунктів прив.язки. Проаналізовано результати використання методики. В статье ра...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Екологічна безпека та природокористування |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/58256 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні / В.Ю. Вишняков, О.С. Можаровський // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2012. — Вип. 9. — С. 39-50. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859463454427971584 |
|---|---|
| author | Вишняков, В.Ю. Можаровський, О.С. |
| author_facet | Вишняков, В.Ю. Можаровський, О.С. |
| citation_txt | Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні / В.Ю. Вишняков, О.С. Можаровський // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2012. — Вип. 9. — С. 39-50. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Екологічна безпека та природокористування |
| description | У статті розглянуто проблемні питання географічної прив.язки об.єктів у
Чорноморському басейні. Проаналізовано та запропоновано оптимальні методи їх вирішення. За результатами роботи авторами створено базу даних опорних пунктів прив.язки. Проаналізовано результати використання методики.
В статье рассмотрено проблемные вопросы географической привязки объектов в Черноморском бассейне. Проанализированы и предложены оптимальные методы их решения. По результатам работы авторами создано базу данных опорных пунктов привязки. Проанализировано результаты использования разработанной методики.
The article deals with issues of geographic objects Bindings in the Black Sea basin. Analyzed and suggested best practices to address them. In results of this work authors created a database of reference points Bindings. Was analyzed the results of using methods.
|
| first_indexed | 2025-11-24T05:40:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
Розділ 1. Екологічна безпека
39
УДК 504.054, 528.067.6
Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних
дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в
Чорноморському басейні
В.Ю. Вишняков
(Інститут телекомунікацій і глобального
інформаційного простору НАНУ);
О.С. Можаровський
(ЦПОСІ та КНП, м. Дунаївці)
У статті розглянуто проблемні питання географічної привязки обєктів у
Чорноморському басейні. Проаналізовано та запропоновано оптимальні методи
їх вирішення. За результатами роботи авторами створено базу даних опорних
пунктів привязки. Проаналізовано результати використання методики.
В статье рассмотрено проблемные вопросы географической привязки
объектов в Черноморском бассейне. Проанализированы и предложены
оптимальные методы их решения. По результатам работы авторами создано
базу данных опорных пунктов привязки. Проанализировано результаты
использования разработанной методики.
The article deals with issues of geographic objects Bindings in the Black Sea
basin. Analyzed and suggested best practices to address them. In results of this work
authors created a database of reference points Bindings. Was analyzed the results of
using methods.
Вступ
Одним з найбільш схильних до виникнення екологічних та техногенних
катастроф є Азово-Чорноморський басейн, якому належить 1/3 континентальної
Європи, закрита екосистема з унікальністю і різноманіттям біоресурсів. В останні
десятиліття він входить у число одних із самих екологічно неблагополучних
регіонів світу, головним чином, через скидання промислових вод і нафторозливів
внаслідок високого обсягу перевезень нафтових вантажів.
Дані дистанційного зондування Землі відкрили нові можливості для
оперативного моніторингу морських акваторій.
На сьогоднішній день існує дуже велика кількість систем та програм, які зай-
© В.Ю. Вишняков, О.С. Можаровський, 2012
Екологічна безпека та природокористування____________________________________
40
маються моніторингом водної поверхні, що ще раз підкреслює важливість цього
питання.
Космічна радіолокація є найбільш ефективним засобом моніторингу
нафтових забруднень на водній поверхні завдяки всепогодності і незалежності від
сонячного освітлення. Відомо, що розлита на поверхні моря нафта утворює
нафтову плівку, яка, пригнічуючи дрібномасштабне вітрове хвилювання, формує
області випрасовування (сліки).
Знімки, отримані за допомогою радіолокаторів, встановлених на штучних
супутниках Землі (ШСЗ), покривають області площею до 500 кв. км. і дозволяють
визначати місце розливів та угрупувань кораблів у морських акваторіях і
припортових зонах (Рис.1).
Рис. 1. Нафтове забруднення поблизу м. Одеси та угруповання кораблів (41
судно), за даними радіолокаційної зйомки за 14 вересня 2009 року
22 березня 2011 року за даними радару бокового огляду із синтезованою
апертурою ASAR (просторове розрізнення ~ 25,150 м, довжина хвилі λ=5,6 см,
поляризація НН, VV, VH) ШСЗ ENVISAT було визначено два ймовірних нафтових
забруднення та їх потенційні джерела (Рис. 2).
Розділ 1. Екологічна безпека
41
Рис.2. Оперативна тематична карта ймовірних нафтових забруднень Азово-
Чорноморського басейну станом на 22 березня 2011 року
Відомо, що основним завданням моніторингу є максимально точне
визначення позиціювання об‘єктів. У нашому випадку - джерел техногенного
забруднення водної акваторії (судів, платформ). З метою вирішення цього
завдання авторами проведено оцінку точності географічної прив‘язки басейну та
визначення оптимального методу її покращення.
Для оцінки точності визначення позиціювання об‘єктів на космічному знімку
проводилася ректифікація даних, а саме - перетворення піксельної системи
координат зображення в географічну або картографічну проекцію. З цією метою
використовувалися методи тріангуляції, лінійної та нелінійної інтерполяції.
Ректифікація проводилася у три етапи:
- прив‘язка за орбітальними даними;
- привязка за картографічними даними (берегова смуга);
- прив‘язка по опорних точках.
З метою первинного оброблення зображення географічна прив‘язка
проводилася за орбітальними даними, що забезпечило прив‘язку з точністю від 1
до 15 км.
На наступному етапі проводилася геометрична корекція зображення
методом поліноміальної апроксимації по береговій смузі, внаслідок якої точність
прив‘язки по суші визначалася розподільчою здатністю вимірювальної апаратури.
Екологічна безпека та природокористування____________________________________
42
З метою оцінки точності привязки акваторії було використано наявні в ній
стаціонарні водні обєкти, які в подальшому запропоновано використовувати як
базу даних опорних крапок (БД ОК). Похибка їх визначення становила від 300 м до
2 км.
Привязка по опорних точках акваторії вимагала остаточного їх визначення.
Розміщення та щільність контрольних точок відіграють важливу роль у точності
ректифікації. За вимогами в якості контрольних точок можуть використовуватися
об‘єкти з відомими координатами з точністю від 0,1 до 0,5 розміру пікселя
зображення та впевнено розпізнаватися на знімкові.
Аналіз водної поверхні Чорноморського басейну дозволив виявити об‘єкти,
які можливо використовувати в якості опорних точок. Перелік цих об‘єктів
представлено в Таблиці 1. Виходячи з цього, зоною досліджень було обрано
північно-західну частину Чорноморського басейну.
Таблиця 1
№ Назва об‘єкту Пн.ш. Сх.д. Растр
1
бурова платформа №18, радіус зони
обмеження навколо платформи 2,7
кабельтових
45,67 31,66
2
бурова платформа "Голіцина-11",
радіус зони обмеження навколо
платформи 2,7 кабельтових
45,6733 31,6883
3
бурова платформа №2, радіус зони
обмеження навколо платформи 2,7
кабельтових
45,6866 31,7183
4
бурова платформа №10, радіус зони
обмеження навколо платформи 2,7
кабельтових
45,7033 31,86
5
Платформа демонтованої бурової
вежі №4, радіус зони обмеження
навколо платформи 3 кабельтових
45,7083 31,8766
6
бурова платформа №5, радіус зони
обмеження навколо платформи 2,7
кабельтових
45,7116 31,9083
Розділ 1. Екологічна безпека
43
7
бурова платформа №6, радіус зони
обмеження навколо платформи 2,7
кабельтових
45,6408 32,2066
8
бурова платформа "Каркінитська-19",
радіус зони обмеження навколо
платформи 2,7 кабельтових
45,7566 32,7033
9
бурова платформа №17 "Штормова",
радіус зони обмеження навколо
платформи 2,7 кабельтових
45,2583 31,675
10
бурова платформа №23, радіус зони
обмеження навколо платформи 2,7
кабельтових
45,25 31,715
11
бурова платформа №7
"Архангельська", радіус зони
обмеження навколо платформи 2,7
кабельтових
45,345 31,865
12
бурова платформа
радіус зони обмеження навколо
платформи 2,7 кабельтових
45,3516 32,4933
13 острів Зміїний 45.2545 30.2019
Опорні точки використовуються для розрахунку коефіцієнтів поліноміальних
рівнянь для перетворення вихідних файлових координат у координати певної
картографічної проекції за методом найменших квадратів.
Перетворення першого порядку називається лінійною трансформацією. Вона
використовується для перетворення зображення в будь-яку картографічну
проекцію, конвертації різних картографічних проекцій між собою, вибірки заданої
прямокутної області інтересу в нове зображення. Трансформаційна матриця
першого порядку складається з 6 коефіцієнтів (для кожної пари по три) (1):
321
321
bbb
aaa
. (1)
Рівняння лінійної трансформації першого порядку має вигляд (2):
Екологічна безпека та природокористування____________________________________
44
,2210
2210
II
II
YbXbbY
YaXaaX
(2)
де IX , IY - вихідні координати;
0X , 0Y - вихідні (прив‘язані) координати.
Перетворення другого порядку і вище називають нелінійною
трансформацією. Такі перетворення дозволяють коригувати нелінійні
перекручення. Матриця перетворення порядку i містить наступну кількість
коефіцієнтів:
in . (3)
Рівняння трансформації наступне:
,......22
0
Tii yyQxFyExyDxCyBxAX (4)
Мінімальна кількість точок, які необхідні для трансформації порядку T
дорівнює:
2/)2)(1( TTN . (5)
У нашому випадку кількість обраних опорних точок дозволяє використовувати
трансформацію 3 – го порядку.
Точність визначення позиціювання обєктів на знімку також залежить від
обраного методу трансформування пікселів зображення. Для ресемплінгу
аналізувалися наступні методи:
- метод найближчого сусіда – коли новому пікселю привласнюється значення
найбільш близького пікселя старого зображення (рис.3);
Рис. 3.
- метод білінійної інтерполяції – інтерполяція проводиться між 4 сусідніми пікселями
старого зображення (рис.4);
Розділ 1. Екологічна безпека
45
Рис. 4.
- метод кубічної конволюції – усереднення проводиться у вікні 4х4 з урахуванням 16
навколишніх точок і для апроксимації використовуються нелінійні (кубічні функції) з
експонентним зменшенням ваги пікселя в міру його віддалення від пікселя нового
зображення (рис.5).
-
Рис. 5.
Для оцінки точності визначення позиціювання об‘єктів на космічному знімку
застосовувалася геоінформаційна система ArcGIS, де проводилося накладання
створеної векторної бази даних на географічно прив‘язане растрове
радіолокаційне зображення (Рис.6).
Екологічна безпека та природокористування____________________________________
46
Рис. 6. Оцінка точності визначення позиціювання об‟єктів
Для аналізу точності визначення географічних координат використовувався
наступний алгоритм:
1. Визначення похибки координатного прив‘язування окремо по широті та
довготі за формулою:
,кз (6)
де з - широта або довгота контрольної точки знімка;
к - широта або довгота відповідної контрольної точки цифрової карти (Рис. 7).
Розділ 1. Екологічна безпека
47
Рис.7.
2. Розрахунок середнього значення похибки
n
n
i
i
1
, (7)
де – n кількість контрольних точок.
3. Розрахунок незміщеної оцінки похибки, що становить:
1
)(
1
2
n
D
n
i
i
. (8)
4. Розрахунок середньоквадратичного відхилення дисперсії. При
збільшенні n закон розподілу суми похибок наближається до нормального. Таким
чином, середньоквадратичне відхилення дисперсії дорівнює:
1
2
n
D
D
. (9)
5. Розрахунок верхньої межі довірчого інтервалу:
D
tDI , (10)
Екологічна безпека та природокористування____________________________________
48
де коефіцієнт t визначає для нормального закону розподілу число середніх
квадратичних відхилень, які треба відкласти вправо від центру розсіяння для того,
щоб вірогідність влучення випадкової величини в отриманому інтервалі
дорівнювала .
При визначенні похибки координатного прив‘язування приймалося, що =
0,95.
Розрахунки проводилися по шістьох різночасових космічних знімках.
Результати наведено в таблиці 2 та на графіках (рис.8).
Таблиця 2
Метод Найближ. сусіда Білінійна Конволюція
№ОК
Похибка
по
широті
Похибка
по
довготі
Похибка
по
широті
Похибка
по
довготі
Похибка
по
широті
Похибка
по
довготі
1 105 35 -70 0 -35 0
2 -70 0 -210 0 -175 0
3 70 0 -35 -35 -35 -35
4 -140 35 -140 35 -140 35
5 -140 210 -105 175 -105 175
6 -105 0 -35 0 -35 0
7 140 0 350 0 350 0
8 -1295 -140 -140 0 -105 0
9 105 -35 175 0 175 0
10 0 0 0 0 0 0
11 0 0 -175 0 -175 0
Середне значення
похибки -133 10.5 -38.5 17.5 -28 17.5
Незміщена оцінка
похибка 179497.9 7296.917 25818.92 3300.694 24276.78 3300.694
Середньоквадратичне
відхилення дисперсії 19944.21 810.7685 2868.769 366.7438 2697.42 366.7438
У результаті досліджень найкращим методом трансформації визначено
метод конволюції.
В якості контрольних точок було використано джерела забруднення – судно 1
та судно 2 (рис.2). Похибка між привязкою за балістичними даними та базою
даних опорних крапок на контрольних обєктах становить по широті 600-2000 м, по
довготі 450 –1200 м відповідно.
Розділ 1. Екологічна безпека
49
Рис.8. Результати розрахунків по шістьох різночасових космічних знімках
Висновок
Дослідження показало доцільність використання БД ОК для уточнення
географічної привязки радіолокаційних даних. Уточнення привязки з
використанням радіолокаційних даних дозволяє покращити точність розрізнення
знімку.
* * *
1. Общесистемное обеспечение отраслевой системы мониторинга
Госкомрыболовства / А.А. Нестеренко, А.А. Романов, М.В. Андреев и др. //
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса:
Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды,
потенциально опасных объектов и явлений. Сборник научных статей Москва
Полиграф сервис, 2004 – С. 204-212.
2. Лаврова О.Ю. Возможности спутниковой радиолокации для решения задачи
обнаружения судов / О.Ю.Лаврова, М.И. Митягина, С.В. Щербак // Современные
проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы,
Екологічна безпека та природокористування____________________________________
50
методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных
объектов и явлений. Азбука. 2006 сборник научных статей.
3. Аковецкий В.И. Дешифрирование снимков / В.И. Аковецкий. - М.: «Недра», 1983.
4. Нефтяные загрязнения восточной части Черного моря: космический мониторинг
и подспутниковая верификация / К.Ц. Литовченко, О.Ю. Лаврова, М.И. Митягина и
др. // Исследование Земли из космоса. 2007. №1. - C.81-94.
5. Espedal, H. Detection of oil spill and natural film in the marine environment by
spaceborne SAR / H. Espedal //Proc. IGARSS‘99. 1999. V.3. - P.1478– 1480.
6. Иванов А.Ю. Картографирование пленочных загрязнений морской поверхности
по данным космической радиолокации / А.Ю. Иванов, И.С. Ермошкин //
Технологии ТЭК. 2004. № 3. - С. 64–69.
7. Использование космической радиолокации широкого обзора для
картографирования нефтяных загрязнений моря / А.Ю. Иванов, И.С. Ермошкин, М.
Фанг и др. // Исслед. Земли из космоса. 2005. № 4. - С. 78–95.
8. Иванов А., Островский А. Применение средств космической радиолокации для
мониторинга морской добычи и транспортировки нефти / А. Иванов, А. Островский
// Технологии ТЭК. 2003. № 6. - С. 58–64.
9. Fingas M.F. Review of oil spill remote sensing / M.F. Fingas, C.E. Brown // Proc. of
the 5th Internat. Conf. on Remote Sensing for Marine and Coastal Environments.
Environmental Research Institute of Michigan, Ann Arbor, Michigan, 2000. - Р. 211–
218.
10. Иванов А.Ю. Нефтяные загрязнения моря на радиолокационных изображениях
КА ―Космос-1870‖ и ―Алмаз-1‖ / А. Ю. Иванов // Исслед. Земли из космоса. 1997. №
6. - С. 73–86.
11. Иванов А.Ю. Наблюдение нефтяных загрязнений моря радиолокаторами с
синтезированной апертурой КА ―Алмаз-1‖ и ERS-1 / А. Ю. Иванов, К.Ц.
Литовченко, С.А. Ермаков // Электромагнитные волны и электронные системы.
2001. Т. 6. № 5. - С. 49–57.
12. Лурье И.К. Теория и практика цифровой обработки изображений : Учебное
пособие по программе 510825 "Дистанционное зондирование и географические
информационные системы" для магистрантов университетов / И.К. Лурье, А.Г.
Косиков / гос. ун-т им. М.В. Ломоносова (МГУ) . – М. : Научный мир, 2003 . – 168 с.
Отримано: 1.11.2011 р.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-58256 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0062 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-24T05:40:49Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вишняков, В.Ю. Можаровський, О.С. 2014-03-21T14:16:01Z 2014-03-21T14:16:01Z 2012 Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні / В.Ю. Вишняков, О.С. Можаровський // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2012. — Вип. 9. — С. 39-50. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. XXXX-0062 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/58256 504.054, 528.067.6 У статті розглянуто проблемні питання географічної прив.язки об.єктів у Чорноморському басейні. Проаналізовано та запропоновано оптимальні методи їх вирішення. За результатами роботи авторами створено базу даних опорних пунктів прив.язки. Проаналізовано результати використання методики. В статье рассмотрено проблемные вопросы географической привязки объектов в Черноморском бассейне. Проанализированы и предложены оптимальные методы их решения. По результатам работы авторами создано базу данных опорных пунктов привязки. Проанализировано результаты использования разработанной методики. The article deals with issues of geographic objects Bindings in the Black Sea basin. Analyzed and suggested best practices to address them. In results of this work authors created a database of reference points Bindings. Was analyzed the results of using methods. uk Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України Екологічна безпека та природокористування Екологічна безпека Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні Article published earlier |
| spellingShingle | Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні Вишняков, В.Ю. Можаровський, О.С. Екологічна безпека |
| title | Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні |
| title_full | Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні |
| title_fullStr | Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні |
| title_full_unstemmed | Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні |
| title_short | Методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування Землі на територію економічної зони України в Чорноморському басейні |
| title_sort | методика покращення географічної прив’язки радіолокаційних даних дистанційного зондування землі на територію економічної зони україни в чорноморському басейні |
| topic | Екологічна безпека |
| topic_facet | Екологічна безпека |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/58256 |
| work_keys_str_mv | AT višnâkovvû metodikapokraŝennâgeografíčnoíprivâzkiradíolokacíinihdanihdistancíinogozonduvannâzemlínateritoríûekonomíčnoízoniukraínivčornomorsʹkomubaseiní AT možarovsʹkiios metodikapokraŝennâgeografíčnoíprivâzkiradíolokacíinihdanihdistancíinogozonduvannâzemlínateritoríûekonomíčnoízoniukraínivčornomorsʹkomubaseiní |