Программный комплекс ENVI для обработки данных ДЗЗ

№1(2), 2009 г.

О. Н. Колесникова

Компания «Совзонд» наряду с поставкой данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) предлагает специализированное программное обеспечение (ПО) для обработки космических снимков, позволяющее решать тематические задачи в различных отраслях: картографии, экологии, геологии, сельском и лесном хозяйствах, телекоммуникации, муниципальном и городском управлении, строительстве, энергетике, нефтегазовой отрасли. Одним из таких ПО является программный комплекс ENVI (рис. 1), включающий наиболее полный набор функций для обработки данных ДЗЗ и их интеграции с данными ГИС.

Рис. 1. Программный комплекс ENVI 4.5
Рис. 1. Программный комплекс ENVI 4.5

 

ПК ENVI признан во всем мире как лидер в анализе мультиспектральных и гиперспектральных изображений. Комплекс содержит спектральные библиотеки и средства для выполнения спектрального и топографического анализа, анализа растительности и классификации изображений по следующим алгоритмам:

  • алгоритм k-средних (K-means);
  • итерационная самоорганизующаяся методика анализа данных (Isodata);
  • способ параллелепипедов (Parallelepiped);
  • алгоритм минимального спектрального расстояния (Евклидова метрика, Minimum Distance);
  • алгоритм расстояния Махаланобиса (Mahalanobis Distance);
  • способ максимального правдоподобия (Maximum likeli-hood);
  • классификация с помощью метода спектрального угла (Spectral Angle Mapper);
  • отклонение спектральной информации (Spectral Information Divergence);
  • двоичное кодирование (Binary Encoding);
  • дерево принятия решений (Decision Tree);
  • нейронная сеть (Neural Net).

Например, с помощью алгоритма «Дерево принятия решений» возможен совместный анализ различных данных (цифровая модель рельефа (ЦМР, DEM) – высота, угол и направлении уклона; гидрогеологические особенности – глубина залегания подземных вод, характер грунтов; особенности растительного покрова) для выделения районов, подверженных эрозионным процессам, пожароопасных участков.

Достоинством программы является наличие удобных алгоритмов автоматической векторизации результатов классификации, что особенно важно при оперативном анализе результатов в современных геоинформационных программах.

Отличительной особенностью программного комплекса ENVI является открытая архитектура и наличие языка программирования IDL (Interactive Data Language), с помощью которого можно существенно расширить функциональные возможности программы для решения специализированных задач, создавать собственные и автоматизировать существующие алгоритмы обработки данных, выполнять «пакетную» обработку данных.

Программный комплекс ENVI 4.5 лицензирован ведущими операторами космических данных, поэтому он обеспечивает поддержку данных ДЗЗ, получаемых со спутников WorldView-1, QuickBird, ALOS, IKONOS, OrbView, CARTOSAT-1, FORMOSAT-2, RESOURCESAT, SPOT, IRS, Landsat и др. Кроме того, программный комплекс поддерживает широкий диапазон растровых и векторных форматов наиболее распространенных геоинформационных систем, таких как ArcView, ArcInfo, MapInfo и многих др.

В ПК ENVI включена поддержка некоторых дополнительных модулей: создания цифровых моделей рельефа DEM, атмосферной коррекции FLAASH, объектно-ориентированной классификации Fx, а также ряда специализированных модулей обработки материалов радиолокационных съемок ПО SARscape.

Модуль DEM предоставляет пользователям возможность создавать высокоточные ЦМР (рис. 2) для ортотрансформирования, топографического анализа, трехмерной визуализации и создания векторных карт с использованием стереоизображений, полученных с КА WorldView-1, IKONOS, OrbView-3, CARTOSAT-1, FORMOSAT-2, ALOS, Тerra (Aster), SPOT 1-5.

Рис. 2. Построение ЦМР в модуле DEM
Рис. 2. Построение ЦМР в модуле DEM

 

С помощью модуля FLAASH (Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes) можно создать более точную информацию (рис. 3) по изображениям, полученным с любых мультиспектральных или гиперспектральных комплексов, регистрирующих электромагнитное излучение в ближнем инфракрасном диапазоне, включая системы вертикального или наклонного визирования.

Рис. 3. Результат обработки данных в модуле FLAASH
Рис. 3. Результат обработки данных в модуле FLAASH

 

Модуль Fx (рис. 4) позволяет автоматически выделять линейные и площадные объекты на панхроматических и мультиспектральных изображениях на основе спектральной информации, текстурного рисунка и особенности пространственного положения. Результаты обработки могут быть сохранены в векторном формате.

Рис. 4. Классификация изображений в модуле Fx
Рис. 4. Классификация изображений в модуле Fx

 

SARscape (текущая версия 4.1) позволяет проводить обработку материалов радиолокационных съемок, выполненных радиолокаторами с синтезированной апертурой (SAR) и обеспечивает максимальную поддержку существующих радиолокационных систем: ERS-1/2, JERS-1, RADARSAT-1/2, ENVISAT (ASAR), ALOS (PALSAR), TerraSAR-X, COSMO-SkyMed и др. Среди основных возможностей SARscape можно отметить различные виды фильтрации, совместную обработку изображений, выполнение высокоточного ортотрансформирования с использованием опорных точек, создание мозаик и др., относящиеся к базовым методикам обработки данных, и специализированные методики обработки данных, такие как интерферометрическая обработка пар изображений с целью получения ЦММ (рис. 5), дифференциальная интерферометрия с целью определения подвижек и просадок, а также обработка поляриметрических наборов данных для целей классификации объектов и др.

Рис. 5. Пример обработки пары TerraSARX1 (слева – интерферограмма, справа – цифровая модель местности)
Рис. 5. Пример обработки пары TerraSARX1 (слева – интерферограмма, справа – цифровая модель местности)

 

Последняя версия программы ENVI 4.5 вышла в середине 2008 г. В числе новых возможностей данной версии можно отметить:

  1. Интеграцию с ПО ArcGIS (ESRI). ENVI 4.5 позволяет осуществлять обмен файлами данных с ArcGIS через геоинформационную базу данных. Кроме того, возможен прямой доступ из ENVI к инструментам создания карт программы ArcMap.
  2. Создание векторов в ENVI Zoom. Программа поддерживает возможность оцифровки или создания векторов оператором в одном из интерфейсов ENVI – ENVI Zoom. Создание и редактирование векторов теперь может осуществляться в одном приложении.
  3. Поддержку данных с КА WorldView-1 в любых форматах, включая GeoTIFF, NITF и стереопары.
  4. Расширение возможностей ENVI Fx. В новой версии ENVI Fx реализованы:
  • программируемая «пакетная» обработка (возможность выделять объекты одновременно на нескольких изображениях);
  • сглаживание векторов (извлеченные объекты теперь по умолчанию сглаживаются); подготовка сводки статистических данных и результатов после окончания процесса обработки;
  • сохранение и восстановление данных, использующихся в процессе обучения;
  • возможность экспорта результатов классификации, представленных в векторном виде, в shape-файл.

  • Новую среду разработки IDL. В ENVI 4.5 среда разработчика основывается на версии 7.0 языка IDL и использует новую среду IDL-приложений IDL Workbench. IDLWorkbench базируется на популярной платформе Eclipse и позволяет получить следующие преимущества:

 

  • кроссплатформенный графический интерфейс;
  • проектную схему организации приложений;
  • усовершенствованные средства редактирования программного кода;
  • усовершенствованные средства отладки программного кода;
  • встроенную справочную систему;
  • возможность добавления Plug-in модулей;
  • многоязыковую поддержку.
  1. Поддержку сертифицированного модуля NITF для 32-битных и 64-битных Linux-систем.

Функциональный набор инструментов, заложенных в ENVI и его дополнительные модули, весьма широк и позволяет решать задачи разного уровня сложности по обработке данных ДЗЗ – от ортотрансформирования и пространственной привязки изображения до тематической обработки, получения необходимой информации и ее интеграции с данными ГИС.

Сферы применения программного комплекса ENVI также достаточно разнообразны: лесное и сельское хозяйства, природопользование, экологические исследования, нефтегазовый комплекс, добыча полезных ископаемых и т. д.

Обращаясь к геологии и нефтегазовой отрасли, хочется отметить, что ENVI может использоваться для решения следующих задач:

  • поиск и обоснование перспективных участков под поисковые работы на рудные и нерудные полезные ископаемые;
  • создание современной топографической основы на базе космических снимков высокого разрешения для проведения поисково-разведочных работ и размещения инфраструктуры нефтегазовой отрасли;
  • оценка перспектив нефтегазоносности прогнозируемых, выявленных и подготовленных к глубокому бурению ловушек нефти и газа (рис. 6);
  • мониторинг экологического состояния территорий в районах добычи, переработки, транспортировки нефти и газа;
  • мониторинг природных и техногенных смещений земной поверхности на территориях нефтегазовых месторождений методом космической радиолокационной интерферометрии и т. д.
Рис. 6. Применение ENVI при ведении комплексных исследований прогнозируемых структур
Рис. 6. Применение ENVI при ведении комплексных исследований прогнозируемых структур

 

В число организаций, уже использующих ENVI для решения различных задач, входят:

  • ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – ВНИИГАЗ»;
  • ГП ХМАО «Научно-аналитический центр рационального недропользования им. В.И. Шпильмана»;
  • ОАО «Газпром космические системы»;
  • ОАО «Сургутнефтегаз»;
  • ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург»;
  • Автономное учреждение Ханты-Мансийского автономного округа – Югры «Югорский научно-исследовательский институт информационных технологий»;
  • Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина;
  • Научно-исследовательский институт экологии и рационального использования природных ресурсов (в структуре Тюменского государственного университета).

Для организаций, только начинающих внедрять в свою деятельность технологии обработки и анализа данных ДЗЗ, компания «Совзонд» предлагает услуги по обучению и консалтингу. Специалисты компании имеют значительный опыт разработки комплексных технологических решений на базе программного комплекса ENVI, позволяющих осуществлять полный цикл обработки данных от подбора, получения и первичной обработки снимков до глубокого автоматизированного тематического анализа для различных областей народного хозяйства.

Комментарии