Software and technical complex for automatic georeferencing of space system «Sich-2» remote sensing data
This paper describes practices in development of methods and algorithms of remote sensing data georeferencing for space system "Sich-2" over the territory of Ukraine. Software was tested on the dataset of Sich-2 images, which were made over the Ukrainian territory. Also this paper presents...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
PROBLEMS IN PROGRAMMING
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/724 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Problems in programming |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Problems in programming| id |
pp_isofts_kiev_ua-article-724 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| resource_txt_mv |
ppisoftskievua/f4/8f6836645fd2b1723c7fb89624a391f4.pdf |
| spelling |
pp_isofts_kiev_ua-article-7242025-04-09T22:22:32Z Software and technical complex for automatic georeferencing of space system «Sich-2» remote sensing data Програмно-технічний комплекс автоматичної географічної прив’язки супутникових даних КС ДЗЗ "Січ-2" Kussul, N.M. Besarab, R.M. Kravchenko, O.M. Lavrenuk, M.C. Krugin, B.M. Reva, K.V. UDC 004.932 УДК 004.932 This paper describes practices in development of methods and algorithms of remote sensing data georeferencing for space system "Sich-2" over the territory of Ukraine. Software was tested on the dataset of Sich-2 images, which were made over the Ukrainian territory. Also this paper presents the relevance of application of the developed software system, based on confirmed experimental investigations.Prombles in programming 2014; 2-3: 303-311 У доповіді описаний досвід до створення методів та алгоритмів прив’язки даних космічної системи (КС) дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) «Січ-2» для території України. Програмне забезпечення протестоване на наборі тестових зображень, що розподілені по всій території України. Експериментально показане підвищення точності прив’язки даних з використанням запропонованої методики та розробленого програмного забезпечення.Prombles in programming 2014; 2-3: 303-311 PROBLEMS IN PROGRAMMING ПРОБЛЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ПРОБЛЕМИ ПРОГРАМУВАННЯ 2025-04-09 Article Article application/pdf https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/724 PROBLEMS IN PROGRAMMING; No 2-3 (2014); 303-311 ПРОБЛЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ; No 2-3 (2014); 303-311 ПРОБЛЕМИ ПРОГРАМУВАННЯ; No 2-3 (2014); 303-311 1727-4907 uk https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/724/776 Copyright (c) 2025 PROBLEMS IN PROGRAMMING |
| institution |
Problems in programming |
| baseUrl_str |
https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/oai |
| datestamp_date |
2025-04-09T22:22:32Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
UDC 004.932 |
| spellingShingle |
UDC 004.932 Kussul, N.M. Besarab, R.M. Kravchenko, O.M. Lavrenuk, M.C. Krugin, B.M. Reva, K.V. Software and technical complex for automatic georeferencing of space system «Sich-2» remote sensing data |
| topic_facet |
UDC 004.932 УДК 004.932 |
| format |
Article |
| author |
Kussul, N.M. Besarab, R.M. Kravchenko, O.M. Lavrenuk, M.C. Krugin, B.M. Reva, K.V. |
| author_facet |
Kussul, N.M. Besarab, R.M. Kravchenko, O.M. Lavrenuk, M.C. Krugin, B.M. Reva, K.V. |
| author_sort |
Kussul, N.M. |
| title |
Software and technical complex for automatic georeferencing of space system «Sich-2» remote sensing data |
| title_short |
Software and technical complex for automatic georeferencing of space system «Sich-2» remote sensing data |
| title_full |
Software and technical complex for automatic georeferencing of space system «Sich-2» remote sensing data |
| title_fullStr |
Software and technical complex for automatic georeferencing of space system «Sich-2» remote sensing data |
| title_full_unstemmed |
Software and technical complex for automatic georeferencing of space system «Sich-2» remote sensing data |
| title_sort |
software and technical complex for automatic georeferencing of space system «sich-2» remote sensing data |
| title_alt |
Програмно-технічний комплекс автоматичної географічної прив’язки супутникових даних КС ДЗЗ "Січ-2" |
| description |
This paper describes practices in development of methods and algorithms of remote sensing data georeferencing for space system "Sich-2" over the territory of Ukraine. Software was tested on the dataset of Sich-2 images, which were made over the Ukrainian territory. Also this paper presents the relevance of application of the developed software system, based on confirmed experimental investigations.Prombles in programming 2014; 2-3: 303-311 |
| publisher |
PROBLEMS IN PROGRAMMING |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/724 |
| work_keys_str_mv |
AT kussulnm softwareandtechnicalcomplexforautomaticgeoreferencingofspacesystemsich2remotesensingdata AT besarabrm softwareandtechnicalcomplexforautomaticgeoreferencingofspacesystemsich2remotesensingdata AT kravchenkoom softwareandtechnicalcomplexforautomaticgeoreferencingofspacesystemsich2remotesensingdata AT lavrenukmc softwareandtechnicalcomplexforautomaticgeoreferencingofspacesystemsich2remotesensingdata AT kruginbm softwareandtechnicalcomplexforautomaticgeoreferencingofspacesystemsich2remotesensingdata AT revakv softwareandtechnicalcomplexforautomaticgeoreferencingofspacesystemsich2remotesensingdata AT kussulnm programnotehníčnijkompleksavtomatičnoígeografíčnoíprivâzkisuputnikovihdanihksdzzsíč2 AT besarabrm programnotehníčnijkompleksavtomatičnoígeografíčnoíprivâzkisuputnikovihdanihksdzzsíč2 AT kravchenkoom programnotehníčnijkompleksavtomatičnoígeografíčnoíprivâzkisuputnikovihdanihksdzzsíč2 AT lavrenukmc programnotehníčnijkompleksavtomatičnoígeografíčnoíprivâzkisuputnikovihdanihksdzzsíč2 AT kruginbm programnotehníčnijkompleksavtomatičnoígeografíčnoíprivâzkisuputnikovihdanihksdzzsíč2 AT revakv programnotehníčnijkompleksavtomatičnoígeografíčnoíprivâzkisuputnikovihdanihksdzzsíč2 |
| first_indexed |
2025-07-17T10:08:42Z |
| last_indexed |
2025-07-17T10:08:42Z |
| _version_ |
1850411384660033536 |
| fulltext |
Прикладне програмне забезпечення
© Н.М. Куссуль, Р.М. Басараб, О.М. Кравченко, М.С. Лавренюк, В.М. Кригін, К.В. Рева, 2014
ISSN 1727-4907. Проблеми програмування. 2014. № 2–3. Спеціальний випуск 303
УДК 004.932
ПРОГРАМНО-ТЕХНІЧНИЙ КОМПЛЕКС АВТОМАТИЧНОЇ
ГЕОГРАФІЧНОЇ ПРИВ’ЯЗКИ СУПУТНИКОВИХ ДАНИХ
КС ДЗЗ «СІЧ-2»
Н.М. Куссуль, Р.М. Басараб, О.М. Кравченко, М.С. Лавренюк, В.М. Кригін, К.В. Рева
Інститут космічних досліджень НАНУ-ДКАУ,
03680, Київ, проспект Академіка Глушкова 40.
Тел.: (+380-44) 526 2553, e-mail: inform@ikd.kiev.ua
У доповіді описаний досвід до створення методів та алгоритмів прив’язки даних космічної системи (КС) дистанційного зондування
Землі (ДЗЗ) «Січ-2» для території України. Програмне забезпечення протестоване на наборі тестових зображень, що розподілені по
всій території України. Експериментально показане підвищення точності прив’язки даних з використанням запропонованої мето-
дики та розробленого програмного забезпечення.
This paper describes practices in development of methods and algorithms of remote sensing data georeferencing for space system "Sich-2"
over the territory of Ukraine. Software was tested on the dataset of Sich-2 images, which were made over the Ukrainian territory. Also this
paper presents the relevance of application of the developed software system, based on confirmed experimental investigations.
Вступ
Питання автоматизації процесу географічної прив’язки супутникових зображень є актуальним для космі-
чної системи, що постійно надсилає інформацію до наземного комплексу прийому, зберігання та обробки супу-
тникових даних. Точність прив’язки зображень напряму впливає на доцільність їх використання при
розв’язанні задач класифікації супутникових зображень та оцінювання площ сільськогосподарських культур
[1–3], прогнозування врожайності [4–5] та багато інших. Це відповідним чином впливає на ліквідність даних, їх
ринковий попит, а як результат і на ціну.
Існують алгоритми географічної прив’язки супутникових зображень, що використовують орбітальні па-
раметри зйомки. А саме, інформацію про положення, орієнтацію космічного апарату (далі КА) та модель сен-
сору. Практично найкращу в світі точність прив’язки мають супутники високого просторового дозволу (0,41-
0,8 м) GeoEye-1, WorldView-1 і WorldView-2 (біля 3 м). Така точність забезпечується використанням нових сис-
тем тривісної стабілізації та астроорієнтації на основі зоряних датчиків [6]. Однак, зазначені технології практи-
чно не використовуються на цивільних чи комерційних супутниках. Та й дані надвисокого просторового дозво-
лу зазвичай є доступними виключно для військових, з ряду зрозумілих причин. Наряду з цим, отримання інфо-
рмації про аналітичну модель сенсору КА, його характеристики і т. д. не є тривіальним завданням (якщо й вза-
галі можливим).
Загальновідомо, що більшість країн світу, і Україна в їх числі, не мають настільки розвиненої космічної
галузі, як США. Так само, як і можливості регулярно виводити на орбіту Землі нові КА ДЗЗ. В такому випадку
одним з найбільш раціональних підходів до розв’язання розглядуваної задачі є реалізація прив’язки з викорис-
танням опорної мозаїки знімків, цифрової моделі рельєфу (далі ЦРМ) та наборів наземних опорних точок. Та-
кий підхід вимагає значних затрат людського потенціалу при реалізації. Часто процес уточнення прив’язки ви-
конується з безпосередньою участю оператора – експерта, що шляхом фото інтерпретації формує набір опорних
точок на зображенні та опорній карті, чи мозаїці знімків. Актуальність такої методики напряму залежить від
наданої оператором інформації. У випадку уточнення параметрів прив’язки великогабаритного зображення не-
обхідна значна кількість опорних точок. Наприклад для зображення розмірами 250 км2 потрібно як мінімум 100
опорних точок для його точної геоприв’язки. Що в свою чергу вимагає приблизних затрат у розмірі від 2 до 10
люд./год. на зображення. Такі часові та кадрові затрати не є допустимими для оперативної обробки даних в ма-
сштабних проектах.
Візьмемо до уваги космічну систему (далі КС) ДЗЗ «Січ-2». Базова точність прив’язки даних цієї системи
складала від 250 до 2000 м. Це покажчики рівня супутників 10-20 річної давності. А отже, інформація, котру
надавала дана КС практично не являлася конкурентоспроможною в порівнянні з даними ide e (точність
прив’язки 20-50 м) , d 5 (30 м) чи o 5 (30 м) . І хоч система вже офіційно визнана не функціонуючою ( з ,
12 грудня 2012 року), проте Україною планується запуск нового КА ДЗЗ «Січ-2М», котрий буде створений на
базі «Січ-2». Тому актуальною постає задача розроблення автоматизованої програмної системи, що могла б
здійснювати автоматичну геоприв’язку супутникових зображень в оперативному режимі.
В даній роботі буде розглянутий існуючий досвід в створенні алгоритмів прив’язки даних космічної сис-
теми ДЗЗ «Січ-2» для території України. А також, представлені розробки по створенню, програмного забезпе-
чення та програмно-технічного комплексу (ПТК) автоматичної географічної прив’язки даних КА «Січ-2». Опи-
сані результати чисельного експерименту та сформовані перспективні курси розвитку з підвищення точності
геоприв’язки супутникових даних.
Прикладне програмне забезпечення
304
Підхід до розв’язання задачі геоприв’язки даних «Січ-2»
Необхідність реалізації програмного забезпечення автоматичної геопривязки даних «Січ-2» обумовлю-
ється наступними факторами:
1. занадто низька базова точність прив’язки за орбітальними параметрами;
2. необхідність впровадження програмного забезпечення геоприв’язки до наземного комплексу прийому
та обробки даних;
3. мінімізація затрат часу та людських ресурсів на обробку даних.
Традиційно процес уточнення геоприв’язки даних ДЗЗ проходить наступним чином. Оператор заванта-
жує вихідне та базове (добре прив’язане) зображення до спеціалізованого програмного забезпечення візуаліза-
ції та обробки даних ДЗЗ. Наприклад, QGIS, ENVI, E DA IMAGINE, та ін. Потім шляхом фото інтерпретації
(на основі власного досвіду) знаходить ідентичні об’єкти на зображеннях, та відмічає їх. В основному, в якості
таких об’єктів виступають перехрестя доріг, мости, будівлі та інші антропогенні об’єкти. Тобто об’єкти, які
мало піддаються впливу часу. Робиться це з метою уникнення похибок у випадку, якщо між зйомкою базового
(базових) та вхідного зображень пройшов деякий час. Цей процес достатньо трудомісткий, та вимагає ґрунтов-
них знань в використанні зазначеного програмного забезпечення. Та й саме програмне забезпечення не завжди
є загальнодоступним й безкоштовним.
В загальному випадку, підхід до розв’язання задачі геоприв’язки супутникових даних складається з
наступних етапів: автоматичне створення наборів опорних точок на вихідному зображенні та базовій мозаїці
опорних зображень, співставлення наборів опорних точок, фільтрація наборів опорних точок та побудова
моделі перетворення координат та застосування моделі для перетворення вхідного зображення у відповідну
проекцію.
В рамках даної роботи, пошук контрольних точок здійснювався в 2 етапи: апріорної прив’язки по орбі-
тальним даним з буфером 10км та безпосередньо пошуку контрольних точок на основі локальної кореляції
даних зображень в близькому інфрачервоному каналі. Обраний підхід детально описаний в [7]. В якості зні-
мків базового покриття була використана мозаїка зображень приладу ETM+, що встановлений на КА
Landsat7. Раціональність використання обраної методики експериментально підтверджена на наборі тесто-
вих супутникових зображень КА «Січ-2» (рис. 1), що були відзняті по всій території України. Діапазон зна-
чень кута крену зйомки тестового набору даних змінювався від -35 до +35 . Основна кількість зображень
була відзнята в околі надиру (кут крену 0–12 ). В порівнянні з кутом крену, діапазони зміни кутів тангажу
[-0,53 ; -0,43 ] та рискання [-4,3 ; -0,5 ] були локалізованими. Точність геоприв’язки даних «Січ-2» з викорис-
танням запропонованого алгоритму [7] була покращена приблизно у 8,15 разів (з 500–2000 м, в середньому
для зображень, прив’язаних по орбітальних даних до 50–300 м після прив’язки розробленими методами).
Рис. 1. Територіальне відображення набору тестових зображень КА «Січ-2» зі значеннями кутів крену
Прикладне програмне забезпечення
305
Програмно-технічний комплекс геоприв’язки даних «Січ-2»
Програмне забезпечення (далі ПЗ) географічної прив’язки даних КА «Січ-2» реалізовано на базі трирів-
невої клієнт-серверної архітектури та складається з наступних компонентів:
компонент обробки даних, що призначений для безпосереднього геоприв’язки даних з відповідним
програмним інтерфейсом;
бази даних опорних знімків базового покриття GEOCOVE 2000 [8–10];
інтерфейс користувача, що відповідає стандартам O e Geo patial Consortium [11].
Компонент обробки даних складається з програмних утиліт низького рівня з інтерфейсом командного
рядку, що виконують попередню обробку даних, географічну прив’язку даних та пост-обробку даних.
Компонент здійснює автоматичний пошук контрольних точок (GCP) шляхом аналізу частин зображення
та базового покриття. При цьому створюється щільна мережа контрольних точок, що рівномірно розподілена по
усьому зображенню. Для прив’язки зображення створюється модель геометрії зйомки на основі параметрів зо-
браження і відповідної моделі рельєфу та виконується ідентифікація параметрів моделі на основі знайдених
контрольних точок. Блок-схема функціонування модулів компоненту геоприв’язки даних представлена на
рис. 2. Дані відображені паралелограмами, а програмні модулі – прямокутниками.
Попередня обробка
базового покриття
Попередня обробка
знімків
Попередня обробка
цифрової моделі рельєфу
Налаштування параметрів
автоматичного пошуку
GCP
Автоматичний
пошук GCP
Фільтрація
контрольних точок
Створення моделі геометрії
зйомки
Контроль якості
Знімок Січ-2
Базове
покриття
ЦМР
Прив'язаний
знімок Січ-2
Рис. 2. Блок-схема реалізації алгоритму геоприв’язки даних КА Січ-2
Модуль попередньої обробки базового покриття призначений для відбору мінімальної необхідної кілько-
сті зображень базового покриття для здійснення пошуку GCP. Всі модулі попередньої обробки здійснюють пе-
ретворення вхідних файлів внутрішніх даних системи.
Прикладне програмне забезпечення
306
Модуль налаштування параметрів автоматичного пошуку GCP призначений для налаштування параметрів
алгоритму автоматичного пошуку GCP. Він реалізований для мінімізації похибок прив’язки у залежності від:
- розрізнення знімку «Січ-2», базового покриття та ЦМР;
- спектральних характеристик вхідного знімку та базового покриття;
- проміжку часу, що минув між створенням базового покриття та зйомкою з КА;
- інших характеристик КА.
Модуль автоматичного пошуку контрольних точок створює репрезентативний набір контрольних точок,
квазірівномірно розподілених по всьому зображенню «Січ-2». Модуль фільтрації контрольних точок призначе-
ний для коректування набору контрольних точок, у зв’язку з можливими помилками алгоритмів пошуку конт-
рольних точок. Модуль перетворення системи координат створює моделі геометрії зйомки на основі відфільт-
рованого набору контрольних точок, та здійснює процес геоприв’язки. Модуль контролю якості забезпечує ав-
томатичний та додатковий візуальний контроль якості прив’язки оператором ПЗ.
База даних системи містить наступну інформацію:
- дані базового покриття;
- дані цифрової моделі рельєфу;
- дані КА Січ-2, для яких необхідно провести геоприв’язку;
- проміжні та кінцеві результати обробки даних;
- продукти обробки даних, придатні для візуалізації інтерфейсною частиною ПЗ
В даній системі використано базове покриття GEOCOVE 2000, що доступне на безкоштовній основі.
Детальні характеристики покриття наведено у таблиці.
Таблиця. Характеристики покриття GEOCOVE 2000
Характеристика Значення
територія, що охоплена покриттям до 90 % Земної кулі
спектральні канали VNIR, SWIR, PAN
розрізнення (м)
30 (VNIR, SWIR),
15 (PAN)
абсолютна точність прив’язки, середньоква-
дратична (м)
50 м
часовий інтервал, для якого дане покриття є
актуальним
2000-2001 рр
обсяг пам’яті, необхідний для зберігання ба-
зового покриття
1,2 Тб
супутникові дані Landsat 7 ETM+
цифрова модель рельєфу SRTM
Цифрова модель рельєфу (ЦМР) призначена для створення моделі геометрії зйомки та кінцевої точної гео-
прив’язку знімку з КА. В даній системі використовується ЦМР TM C-діапазону, що розповсюджується безкош-
товно та має розрізнення 90 м. Необхідний обсяг дискового простору для зберігання ЦМП складає 60 Гб.
Інтерфейс користувача веб-інтегрований. Такий спосіб реалізації був обраний з ряду причин. Зокрема з
необхідності використання програмної системи кількома користувачами одночасно та необхідності віддаленого
доступу до системи. При створенні веб-інтерфейсу програмної системи використовувалися мови програмуван-
ня J v (реалізація клієнтської частини) та P ho (програмний інтерфейс системи). Також був використаний
фреймворк Dj go, бібліотеки jQuer та Celer . Користувачу надається можливість візуального перегляду «си-
рих» (неприв’язаних) даних «Січ-2», та результатів їх доприв’язки. Супутникова інформація відображається у
вигляді ГІС проектів за допомогою серверної геоінформаційної системи M erver. Зручне для користувача,
перемикання видимих / невидимих шарів проекту, а також можливість зміни їх порядку розроблено з викорис-
танням бібліотеки jQuer . Для відображення в браузері карт використовується бібліотека O e er [12]. При-
чому, якщо апаратне забезпечення, де встановлена програмна система має доступ до мережі «Інтернет», то ни-
жнім шаром проекту буде підкладка Google M .
Інтерфейс користувача програмно-технічного комплексу геоприв’язки даних «Січ-2»
Створена програмна система розгорнута та встановлена на спеціалізованому апаратному забезпеченні –
високо потужному персональному комп’ютері (ПК) з можливістю віддаленого локального доступу. Для конт-
ролю доступу до роботи з програмним забезпеченням додатково реалізований модуль реєстрації користувачів
системи. Після успішної авторизації, для користувача відкривається головна сторінка системи (рис. 3).
Прикладне програмне забезпечення
307
Рис. 3. Головна сторінка системи геоприв’язки даних ДЗЗ «Січ-2»
На головній сторінці розміщена вся інформація щодо можливостей та функціональності системи. Для
здійснення процесу геоприв’язки користувач повинен перейти до пункту меню «Відкрити знімок (Прив’язка)»,
та вказати шлях до вхідних даних – папку, локальний диск, чи зовнішній носій інфомації, де знаходяться дані,
що потребують обробки. Система автоматично дослідить вхідну директорію на наявність файлів та каталогів:
перевірка здійснюється за допомогою скриптів P ho з використанням регулярних виразів. Якщо файли, що
задовольняють встановленим умовам будуть знайдені, то їх список відобразиться на сторінці обробки (рис. 4).
Рис. 4. Сторінка системи геоприв’язки даних ДЗЗ «Січ-2» зі вказаним переліком знайдених необроблених даних
Прикладне програмне забезпечення
308
Після натиснення кнопки «Відкрити», обрана директорія автоматично допишеться в базу даних системи.
Дані, що знаходитимуться за цією директорією буде видно на сторінці обробки (рис. 5). Для конкретного знім-
ку, що є в списку обраних, користувач може обрати метод інтерполяції (найближчого сусіда, білінійний, кубіч-
ний) для зміни розмірів пікселів вхідного зображення до покажчиків базового покриття. При натисненні кнопки
«Виконати» на сервер додатків буде відправлено запит з іменами всіх обраних вхідних файлів.
Рис. 5. Сторінка налаштувань параметрів обробки даних «Січ-2»
Коли сервер отримує запит на обробку проекту, здійснюється перевірка на наявність прав користувача
виконувати дії над даними знімкам. Провіряється, чи не пошкоджена папка (присутність файлів), чи не знахо-
диться інформація в процесі обробки даний момент. Також система ставить відмітку, про те, що обрані файли
обробляються. Далі зчитуються параметри прив’язки і заявка ставиться в чергу. У разі провалу перевірки сис-
темна мітка про зайнятість файлів скидається. У випадку проходження заявки всіх перевірок, додається нова
задача. Звіт про помилки, що виникають при обробці задачі виводиться в клієнті та log – файлі. Для останнього
реалізована можливість інтерактивного відображення в браузері (рис. 6), щоб користувач мав можливість спо-
стерігати процес прив’язки.
Рис. 6. Сторінка відображення log-файлу процесу обробки зображення
Прикладне програмне забезпечення
309
У випадку успішного завершення процесу геоприв’язки зображення, користувач має можливість пере-
глянути результати обробки (рис. 7). Як вже було описано в попередньому розділі, у випадку доступу ПТК
до мережі «Інтернет» проекти даних відображатимуться поверх підкладки Google M . Весь пакет обробле-
них даних, а саме, частина мозаїки базового покриття, набір контрольних точок та векторів їх зміщень (при
перепроектуванні), вхідне та оброблене зображення будуть представлені у вигляді геоінформаційного (ГІС)
проекту, та відображені в браузері за допомогою геоінформаційної системи M erver. Відповідні файли
проекту, тобто результати обробки будуть збережені у вказаній вихідній директорії. Окрім перерахованих
продуктів обробки, система представляє мозаїки зображень, базового та початкового, базового та
прив’язаного у вигляді «шахівниць» (рис. 8). Це дає можливість користувачеві системи візуально оцінити
результати прив’язки зображення.
Рис. 7. Сторінка відображення log-файлу процесу обробки зображення. Рис. 6
Рис. 8. Візуалізація результатів географічної прив’язки зображення «Січ-2»
Напрямки подальшого розвитку
В результаті проведення чисельного експерименту показано, що використання ПТК автоматичної гео-
прив’язки дозволяє покращити точність прив’язки даних «Січ-2» в середньому в 8.15 разів. Розроблений
Прикладне програмне забезпечення
310
ПТК впроваджений в дію в Центрі прийому та обробки спеціальної інформації та контролю навігаційного
поля (м. Дунаївці).
Для подолання проблем розробленого алгоритму авторами розроблено алгоритм автоматичної іденти-
фікації контрольних точок шляхом оцінки зміщення фрагментів супутникового знімку відносно базового зо-
браження, що вважається еталоном. Задача оцінки зміщення зображення в роботі поставлена на сучасному
рівні як задача оцінки фазового зсуву двовимірної функції інтенсивності та розв’язується шляхом максиміза-
ції фазової кореляції на основі ефективних методів швидкого перетворення Фур’є [13]. На відміну від тради-
ційних кореляційних методів, даний підхід є менш чутливим до відмінностей, зумовлених сезонною та бага-
торічною динамікою підстилаючої поверхні, що дозволяє збільшити кількість контрольних точок у
10–100 разів.
Компенсація похибок координат об’єктів на знімках здійснюється шляхом моделювання оберненого
перетворення координат з географічної системи координат у систему координат знімку. Для цього викорис-
товуються лінійні, поліноміальні та раціонально-поліноміальні моделі. Новизною роботи є використання по-
ряд з традиційними моделями нежорстких моделей на основі нейронних мереж радіальних базисних функцій,
що дозволяють моделювати суттєві нелінійності перетворень координат.
Отримані наукові результати забезпечили підґрунтя для включення ІКД НАНУ–ДКАУ до кооперації ро-
зробників нового вітчизняного супутника Січ-2-1, який планується до запуску в 2015 році. Загальна архітектура
запланованого ПТК показана на рис. 9. Розроблений алгоритм географічної прив’язки та відповідний ПТК ввій-
де до складу наземного інформаційного комплексу космічної системи Січ-2-1.
Рис. 9 Архітектура ПТК обробки даних до рівня 2 (L2)
Висновки
Таким чином, авторами розроблено метод геоприв‘язки даних апарата «Січ-2» з використанням базо-
вого покриття GeoCover на основі автоматичного пошуку контрольних точок, фазових перетворень зобра-
ження, а також його лінійної та нелінійної інтерполяції. Середньоквадратична похибка геоприв‘язки даних з
використанням розроблених методів складає 40 м, що у 40 разів підвищує точність прив’язки даних існую-
чими методами. Розроблені методи реалізовано у вигляді інформаційної технології та програмного забезпе-
чення. Створене програмне забезпечення являє собою розподілену систему з Web-інтерфейсом, ґрунтується
на використанні стандартів OGC і програмних компонентів з відкритим кодом та забезпечує високоефектив-
ну паралельну пакетну обробку супутникових зображень, що відповідає завданням розвитку інформаційної
Прикладне програмне забезпечення
311
системи спостереження Землі з космосу [14]. ПТК ввійде до складу наземного інформаційного комплексу
космічної системи Січ-2-1.
1. Kussul N., Shelestov A., Skakun S., Kravchenko O., Moloshnii B. Crop state and area estimation in Ukraine based on remote and in-situ
observations // Int. J. on Information Models and Analyses. – 2012. – Vol. 1, N 3, P. 251–259.
2. Kussul N., Skakun S., Shelestov A., Kravchenko O., Kussul O. Crop clasification in Ukraine using satellite optical and SAR images // Mod-
els&Analyses. – 2013. – N 2. – P. 118–128.
3. Kussul N., Skakun S., Kravchenko O., Shelestov A., Gallego J.F., Kussul O. Application of satellite optical and SAR images for crop
mapping and area estimation in Ukraine // International Journal "Information Tecnologies & Knowledge". – 2013. – Vol. 7, N 3. –
P. 203–210.
4. Kussul O., Kussul N., Skakun S., Kravchenko O., Shelestov A., Kolotii A. Assessment of relative efficiency of using MODIS data to winter wheat
yield forecasting in Ukraine // 2013 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS 2013), 21-26 July, 2013, Mel-
bourne, Australia.
5. Kogan F., Kussul N., Adamenko T., Skakun S., Kravchenko O., Kryvobok O., Shelestov A., Kolotii A., Kussul O. & Lavrenyuk A. Winter wheat
yield forecasting in Ukraine based on Earth observation, meteorological data and biophysical models // International Journal of Applied Earth
Observation and Geoinformation. – 2013. – Vol. 23. – P. 192–203.
6. «GeoE e elli e : e-of-the-Ar Me Accur e Im ger ». http://www.geoeye.com/CorpSite/products/earth-imagery/geoeye-
satellites.aspx;
7. Федоров О.П., Куссуль Н.М., Кравченко О.М. и др. Інформаційна технологія географічної прив’язки даних космічної системи ДЗЗ
«Січ-2» для території України // Космічна наука і технологія. – 2013. – № 1, Том 13. – С. 3–12.
8. Специфікація сервісу Web Map Service. – http://www.opengeospatial.org/standards/wms.
9. Специфікація сервісу Web Cover ge ervice. – http://www.opengeospatial.org/standards/wcs.
10. Специфікація сервісу Web Fe ure ervice. – http://www.opengeospatial.org/standards/wfs.
11. MDA Federal (2004), Landsat GeoCover ETM+ 2000 Edition Mosaics Tile N-03-05.ETM-EarthSat-MrSID, 1.0, USGS, Sioux Falls, South
Dakota, 2000.
12. OpenLayers: Free Maps for the Web. http://www.openlayers.org/.
13. Кравченко О.М., Лавренюк М.С., Куссуль Н.М. Алгоритм географічної прив’язки знімків супутника «Січ-2» // Наукові праці ДонНТУ
Серія «Інформатика, кібернетика та обчислювальна техніка» – 2013 –№ 2 (18). – С. 71–79.
14. Федоров О.П., Куссуль Н.Н., Шелестов А.Ю. Задачи и перспективы развития в Украине информационной системы наблюдения Земли
из космоса // Проблемы управления и информатики. – 2005. – № 6. – С. 116–120.
http://www.geoeye.com/CorpSite/products/earth-imagery/geoeye-satellites.aspx
http://www.geoeye.com/CorpSite/products/earth-imagery/geoeye-satellites.aspx
http://www.opengeospatial.org/standards/wfs
http://www.openlayers.org/
|