Применение технологий обработки данных ДЗЗ и ГИС в высших учебных заведениях

Н. Б. Ялдыгина

Последние годы были отмечены быстрым развитием и распространением технологий дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и геоинформационных технологий. Космические снимки активно используются в качестве источника информации для решения задач в различных сферах деятельности: картография, муниципальное управление, лесное и сельское хозяйство, водное хозяйство, инвентаризация и мониторинг состояния объектов инфраструктуры добычи и транспортировки нефти и газа, оценка экологического состояния, поиск и прогнозирование месторождений полезных ископаемых и др. Геоинформационные системы (ГИС) и геопорталы применяются для анализа данных с целью принятия управленческих решений.

Как следствие, для многих высших учебных заведений весьма актуальной стала задача активного внедрения технологий ДЗЗ и ГИС в учебный процесс и научную деятельность. Ранее использование указанных технологий требовалось, прежде всего, вузам, осуществляющим подготовку специалистов в области фотограмметрии и ГИС. Однако постепенно, по мере интеграции технологий ДЗЗ и ГИС с различными прикладными сферами деятельности, их изучение стало необходимым для значительно более широкого круга специалистов. Вузам, осуществляющим подготовку по специальностям, связанным лесным и сельским хозяйством, экологией, строительством и т. п.,  теперь также требуется обучение студентов основам ДЗЗ и ГИС, с тем, чтобы будущие выпускники были знакомы с передовыми методами решения прикладных задач в рамках своей специальности.

На начальном этапе образовательному учреждению, планирующему осуществлять обучение студентов тематике ДЗЗ и ГИС, необходимо решить ряд проблем:

  • Приобрести специализированное программное и аппаратное обеспечение.
  • Приобрести комплект данных ДЗЗ, который будет использоваться для обучения и ведения научной работы.
  • Провести переподготовку преподавателей по вопросам ДЗЗ и ГИС.
  • Разработать технологии, которые позволят решать прикладные задачи, соответствующие специализации вуза/кафедры, с использованием данных ДЗЗ.

Без продуманного и системного подхода решение данных проблем может потребовать от вуза значительных временных и материальных затрат. Наиболее простой и эффективный способ преодоления сложностей — взаимодействие с компаниями, осуществляющими поставку всего необходимого программного и аппаратного оснащения для внедрения технологий ДЗЗ и ГИС, имеющими опыт реализации проектов для различных отраслей народного хозяйства.

Комплексный подход к внедрению технологий ДЗЗ и ГИС в вузе обеспечит компания «Совзонд», предлагающая полный спектр услуг, начиная от поставки программного и аппаратного обеспечения, их установки и настройки и заканчивая поставкой данных ДЗЗ, обучением специалистов и разработкой технологических решений. Основой предлагаемого решения является Центр обработки данных дистанционного зондирования Земли (ЦОДДЗЗ).

Что такое ЦОДДЗЗ?

Это комплекс программно-аппаратных средств и технологий, предназначенных для получения, обработки и анализа данных ДЗЗ, использования геопространственной информации. ЦОДДЗЗ позволяет решать следующие основные задачи:

  • Получение данных ДЗЗ (космических снимков).
  • Первичная обработка космических снимков, подготовка к автоматизированному и интерактивному дешифрированию, а также визуальному представлению.
  • Глубокий автоматизированный анализ данных ДЗЗ для подготовки широкого спектра аналитических картографических материалов по различной тематике, определения разнообразных статистических параметров.
  • Подготовка аналитических отчетов, презентационных материалов на базе данных космической съемки.

Ключевой составляющей ЦОДДЗЗ является специализированное программное и аппаратное обеспечение, обладающее широкими функциональными возможностями по работе с данными ДЗЗ и ГИС.

Программное обеспечение ЦОДДЗЗ

Программное обеспечение в составе ЦОДДЗЗ предназначено для выполнения следующих работ:

Фотограмметрическая обработка данных ДЗЗ (геометрическая коррекция изображений, построение цифровых моделей рельефа, создание мозаик изображений и т. д.). Является необходимым этапом в общем технологическом цикле обработки и анализа данных ДЗЗ, обеспечивающим получение пользователем точной и актуальной информации.

Тематическая обработка данных ДЗЗ (тематическое дешифрирование, спектральный анализ и т. д.). Предусматривает дешифрирование и анализ материалов космической съемки для целей создания тематических карт и планов, принятия управленческих решений.

ГИС-анализ и картографирование (пространственный и статистический анализ данных, подготовка карт и т. д.). Обеспечивает выявление закономерностей, взаимоотношений, тенденций в событиях и явлениях окружающего мира, а также создание карт для представления результатов в удобном для пользователя виде.

Предоставление доступа к геопространственной информации через сети Интернет и Интранет (организация хранения данных, создание web-сервисов с функциями ГИС-анализа для пользователей внутренних и внешних сетей). Предусматривает организацию доступа пользователей из внутренней сети и сети Интернет к информации по заданной тематике на определенную территорию (космическим снимкам, векторным картам, атрибутивной информации).

В табл. 1 приведена предлагаемая компанией «Совзонд» схема использования программного обеспечения, позволяющая в полной мере реализовать все перечисленные виды работ.

Таблица 1. Схема использования программного обеспечения

Вид работ

Программные продукты

Основные функциональные возможности

Фотограмметрическая обработка данных ДЗЗ Линейка INPHO от компании Trimble INPHO Автоматизированная аэротриангуляция для всех типов кадровой съемки, полученной как с аналоговых, так и с цифровых камер

Построение высокоточных цифровых моделей рельефа (ЦМР) по аэро- или космической съемке, контроль качества и редактирование ЦМР

Ортотрансформирование данных ДЗЗ

Создание цветосинтезированных мозаичных покрытий с использованием изображений, полученных с различных спутников

Векторизация объектов местности по стереопарам аэро- и космических снимков

Линейка ENVI от компании ITT VIS Визуализация данных ДЗЗ

Геометрическая и радиометрическая коррекция

Создание ЦМР на основе стереоизображений

Создание мозаик

Тематическая обработка данных ДЗЗ Линейка ENVI от компании ITT VIS Интерактивное дешифрирование и классификация

Интерактивное спектральное и пространственное улучшение изображений

Калибровка и атмосферная коррекция

Анализ растительности с использованием вегетационных индексов (NDVI)

Получение векторных данных для экспорта в ГИС

ГИС-анализ и картографирование Линейка ArcGIS Desktop (компания ESRI Inc.) Создание и редактирование пространственных данных на основе объектно-ориентированного подхода

Создание и оформление карт

Пространственный и статистический анализ геоданных

Анализ карты, создание визуальных отчетов

Предоставление доступа к геопространственной информации через сеть Интернет Линейка ArcGIS Server
(компания ESRI Inc.)
ЦЦентрализованное управление всеми пространственными данными и картографическими службами

Создание веб-приложений, обладающих функциональностью настольных ГИС

Для высших учебных заведений компания «Совзонд» предлагает выгодные условия поставки программного обеспечения. Стоимость отдельных лицензий для вуза в два и более раза снижены в сравнении с коммерческими лицензиями. Кроме того, поставляются специальные комплекты лицензий для оборудования учебных классов (табл. 2). Стоимость пакета лицензий для обучения на 10 и более мест в основном сопоставима со стоимостью одной коммерческой лицензии. Ниже в таблице приведено описание пакетов лицензий, поставляемых различными поставщиками программного обеспечения.

Таблица 2. Лицензии на программное обеспечение

Производитель

Описание пакета лицензий

Программное обеспечение

ITT VIS Teaching License — сетевая лицензия на 10 рабочих мест Любой из продуктов линейки ENVI
ESRI Inc. Lab Pak — пакет лицензий на 30 рабочих мест + 1 лицензия преподавателя Любой из продуктов линейки ArcGIS
Trimble INPHO Educational Package — лицензия на 10 рабочих мест Комплект продуктов MATCH-AT, MATCH-AT Stereo, DTMaster Stereo (неполная версия), MATCH-T DSM и OrthoBox (демо-версии)

Немало российских вузов уже имеют положительный опыт использования программных продуктов от компаний ITT VIS, ESRI Inc., Trimble INPHO в рамках образовательной и научной деятельности. Среди них – Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК), Московский государственный университет леса (МГУЛ), Марийский государственный технический университет (МарГТУ), Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА) и т. д.

Аппаратное обеспечение ЦОДДЗЗ

Аппаратное обеспечение ЦОДДЗЗ включает передовые технические средства, позволяющие высшему учебному заведению организовывать научно-исследовательский, образовательный процесс, реализовывать различные методы работы как с информацией, так и с обучаемой аудиторией. Аппаратное обеспечение подбирается с учетом масштаба планируемых работ, количества обучаемых студентов и ряда других факторов. ЦОДДЗЗ может быть развернут на базе одного или нескольких помещений и включать в себя, например, учебную аудиторию, лабораторию ДЗЗ и зал для проведения совещаний.

В составе ЦОДДЗЗ может использоваться следующее оборудование:

  • Рабочие станции для установки специализированного программного обеспечения (в учебных аудиториях и на кафедрах).
  • Серверы для организации хранения и управления геопространственными данными.
  • Видеостены для отображения и коллективного просмотра информации (рис. 1).
  • Системы видеоконференцсвязи для обмена аудио- и видеоинформацией в реальном режиме времени между удаленными пользователями (находящихся в разных помещениях).
ris_1_web
Рис. 1. Учебный класс с видеостеной

 

Данные средства не только составляют производительную аппаратную платформу для выполнения процессов обработки данных ДЗЗ, но также позволяют наладить эффективное взаимодействие между группами пользователей. Например, с помощью системы видеоконференцсвязи и программно-аппаратного комплекса TTS может обеспечиваться передача в режиме реального времени данных, подготовленных специалистами лаборатории, и видеоизображения непосредственно на экран в зале для проведения совещаний.

Поставка данных ДЗЗ

При развертывании ЦОДДЗЗ одним из немаловажных вопросов становится приобретение набора данных ДЗЗ с различных спутников, которые будут использоваться для обучения студентов и выполнения различных тематических проектов. Компания «Совзонд» взаимодействует с ведущими компаниями-операторами спутников ДЗЗ и осуществляет поставку цифровых данных, получаемых с космических аппаратовWorldView-1, WorldView-2, GeoEye-1, QuickBird, IKONOS, «Ресурс-ДК1», RapidEye, ALOS, SPOT, TerraSAR-X, RADARSAT-1,2 и др.

Также возможно развертывание в вузе наземного приемного комплекса, созданного при участии Федерального космического агентства (Роскосмоса), обеспечивающего непосредственный прием данных со спутников «Ресурс-ДК1», AQUA, TERRA, IRS-1C, IRS-1D, CARTOSAT-1 (IRS-P5), RESOURCESAT-1 (IRS-P6), NOAA, RADARSAT-1,2, COSMO-SkyMed 1–3 и др. Кроме того, в случае развертывания ЦОДДЗЗ компания «Совзонд» предоставляет образовательному учреждению комплект бесплатных данных ДЗЗ с нескольких спутников, обладающих различными характеристиками (пространственное разрешение, спектральный диапазон и др.), которые могут использоваться в качестве тестовых образцов для обучения студентов.

Развертывание Центра дистанционного зондирования Земли в высшем учебном заведении позволяет решить задачу внедрения технологий ДЗЗ и ГИС в научную и образовательную деятельность вуза и обеспечить подготовку специалистов по сравнительно новому и актуальному направлению.

ЦОДДЗЗ является гибкой и масштабируемой системой. На начальном этапе создания ЦОДДЗЗ может представлять собой небольшую лабораторию либо даже отдельные рабочие станции с функционалом обработки данных ДЗЗ. В дальнейшем возможно расширение ЦОДДЗЗ до размера крупных лабораторий и учебных центров, деятельность которых не ограничивается обучением студентов, но предполагает также выполнение коммерческих проектов на основе данных ДЗЗ и предоставление информационных услуг пользователям сети Интернет.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ