Основные результаты работы ИОА СО РАН по данному направлению сводятся следующему.

В рамках бюджетного финансирования в ИОА с применением ГИС-технологий разрабатывались алгоритмы тематического дешифрирования аэрокосмической информации. В частности, в 1998 г. разработаны два новых и настроен на особенности территории Томской области (тайга и болота) традиционный алгоритм обнаружения тепловых аномалий по данным прибора AVHRR спутников NOAA 12, 14, 15.

Адаптивный регрессионный алгоритм основан на восстановлении уравнения регрессии, с помощью которого по космическим снимкам NOAA оценивается температура подстилающей поверхности Земли. Для улучшения точностных характеристик восстановления температуры предусмотрена возможность использования данных метеослужб о температуре в опорных точках. Регрессионные зависимости построены на непараметрических оценках функций плотности, рассчитываемых по выборочным данным обучающей последовательности. Неизвестные параметры сглаживания непараметрических распределений оцениваются методом скользящего контроля. Байесово решающее правило для проверки гипотез о наличии и отсутствии пожаров, тепловых аномалий основано на распределениях Джонсона. Параметры распределений оцениваются из условий минимума квадратичного функционала невязки между регистрируемой гистограммой температур и смесью распределений Джонсона. Для оценивания минимума критерия используется адаптивный поиск с градиентным спуском Я.З. Цыпкина.

Алгоритм фиксированных пороговых значений. Данный алгоритм обнаружения очагов лесных пожаров базируется на традиционном использовании фиксированных пороговых значений для измеряемых в каналах спутниковых приборов характеристик интенсивности потоков восходящего излучения. В случае пятиканального радиометра AVHRR при таком подходе в качестве основных информативных характеристик для обнаружения пожаров, как правило, выбираются радиационная температура (Т3) в третьем канале и разность температур (dT34=Т3-Т4) в третьем и четвертом каналах прибора. Другие комбинации измеряемых радиометром характеристик обычно применяются для контроля облачной ситуации и простейшего учета вариаций искажающего влияния атмосферы. При этом следует отметить тот факт, что у различных авторов величина пороговых значений для Т3 и dT34 могут заметно отличаться. Для оценки эффективности традиционного подхода нами был использованы комбинация информативных характеристик и величины пороговых значения для них, с учетом опыта Иркутского центра космомониторинга

Алгоритм реализован в виде программы на языке FORTRAN-77, которая использует в своей работе результаты выполнения программы первичной обработки, калибровки и географической привязки спутниковых данных (разработана Ю.В. Гридневым).

В алгоритме распознавания спектрального образа пожара для обнаружения "горячих" участков используется изменение соотношения радиояркостей между 3, 4 и 5 каналами.

Каждый из этих алгоритмов участвовал в выполнении хозяйственного договора "Факел" по мониторингу лесных пожаров на территории Томской области на основе тематической обработки многоспектральных данных прибора AVHRR. Договор выполнялся по заказу Управления лесами Томской области. Намечается продолжение работ в 1999 г.

На рис. 1-3 приведен пример работы одного из этих алгоритмов позволяющего с применением ГИС-технологий в автоматическом режиме обрабатывать синтезировать по данным прибора AVHRR псевдоизображение территории Томской области (рис. 1)

Рис. 1

Псевдоизображение земной поверхности территории Томской области и прилегающей к ней районов (10 августа 1998 г.)

На рис. 2 представлены результаты работы программы автоматического обнаружения тепловых аномалий.на изображении

Рис. 2

Результаты работы алгоритма обнаружения тепловых аномалий на изображении. Кружками обозначены участки с повышенной относительно окружающего фона температурой (пожары, факела, атмосферные и поверхностные блики)

На рис. 3 представлен результат координатной привязки обработанного изображения с нанесением на него координатной сетки, границ Томской области и названий крупных населенных пунктов. Результаты такой обработки изображений оформлялись официальным протоколом и направлялись ежедневно в Авиабазу охраны лесов Томской области.

Рис. 3

Результаты работ Института оптики атмосферы в этом направлении докладывались на V международном симпозиуме "Оптика атмосферы и океана".

Сотрудники Института в составе комплексных коллективов участвуют в выполнении двух грантов регионального конкурса РФФИ "Сибирь":

1. Разработка системы космического мониторинга природных комплексов районов западной Сибири на основе геоинформационных технологий
2. Разработка методов, алгоритмов и инструментальных геоинформационных средств для экологического мониторинга природно-территориальных комплексов.

В соответствии с планом работ на 1998 г. выполнялись исследования в других направлениях и получен ряд следующих конкретных результатов:

1. Построен алгоритм распознавания образов в проблеме классификации и сегментации облачных полей при многоспектральном аэрокосмическом обзоре земной поверхности в видимом и ИК-диапазонах длин волн. Осуществлена опытная эксплуатация алгоритма.

2. Установлены корреляционные связи интенсивности восходящих световых потоков в системе "земная поверхность-атмосфера" с температурой поверхности, прозрачностью и влагосодержанием атмосферы.

3. Выполнен анализ чуствительности ИК-каналов аэрокосмических средств наблюдения земной поверхности к малоразмерным температурным аномалиям.

В соответствии с планами НИР разработаны усовершенствованная комплексная методика и алгоритмы пространственной экстраполяции мезо-метеорологических полей на неосвещенную данными наблюдений территорию, которые основаны на оптимальном комплексировании модифицированного метода группового учета аргументов, позволяющего в условиях минимума исходной информации выбрать и построить наилучшую прогнозирующую модель, и метода оптимальной экстраполяции, базирующегося на использовании впервые найденных оригинальных аналитических функций, аппроксимирующих наилучшим образом пространственную корреляцию температуры, зонального и меридионального ветра до расстояний 200-250 км. Осуществлена программная реализация алгоритма комплексного пространственного прогнозирования мезо-метеорологических полей. Он апробирован на примере экстраполяции полей температуры, зональной и меридиональной составляющих вектора ветра на расстояние до 250 км. Моделирование проведено по результатам высотного зондирования пяти аэрологических станций типичного мезо-масштабного полигона и показало существенно лучшее качество (на 25-30%) восстановления указанных полей выбранным методом, чем при использовании наиболее часто распространенного в численном анализе метода оптимальной экстраполяции.

Поддержка Сибирским отделением ГИС-направления исследований позволила Институту в 1998 г. привлечь на его развитие дополнительное финансирование из Управления лесами Томской области.

Список публикаций

1. Протасов К.Т. Выделение полей облачности на космических снимках алгоритмом сегментации, основанным на классификации и распознавании образов. //Оптика атмосферы и океана. Т. 11, № 1, 1998. С. 79-85.
2. Протасов К.Т. Выделение полей однородности на космических снимках непараметрическим алгоритмом сегментации в пространствах информативных признаков. // Оптика атмосферы и океана. Т. 11, № 7, 1998. С. 787-795.
3. Гриднев Ю.В. Выделение облачных полей на космических снимках алгоритмом сегментации, основанным на свойствах локальной однородности данных.// Оптика атмосферы и океана. 1998. Т.11. №4. С. 430-432.
4. Глава в монографии "Региональный мониторинг атмосферы" (Под ред. М.В. Кабанова). Изд-во "Спектр" ИОА СО РАН, Томск, 1998, С.
5. Гл. 4.Информационно-измерительный комплекс для космомониторинга атмосферы и подстилающей поверхности. (В.В. Белов, С.В. Афонин, Ю.В. Гриднев).

Направлены в печать

1. Протасов К.Т. Обнаружение аномалий подстилающей поверхности Земли на космических снимках алгоритмом разладки для ГИС. (сборник по геоинформационным технологиям в ТГУ-1998, 10 стр.)

2. Протасов К.Т. Обнаружение тепловых аномалий (пожаров) по данным приборов AVHRR и метеослужб в условиях влияния атмосферы. //Оптика атмосферы и океана.

3 . Афонин С.В., Быков А.Д., Гриднев Ю.В., Зуев В.В., Катаев М.Ю., Комаров В.С., Мицель А.А., Науменко О.В., Фирсов К.М., Чеснокова Т.Ю., Чурсин А.А. Зондирование атмосферы с помощью спутникового ИК радиометра HIRS2.// Оптика атмосферы и океана. 1998, т.11, №10, с.1969-1978

Финансовый отчет

Статья расходов	Сумма в тыс. руб.
1. Заработная плата	14.5
2. Отчисления на соц./страх.	5.5
3. Расходуемые материалы	-
4. Командировочные расходы	-
5. Оборудование (компьютеры и комплектующие к ним)	-
6. Накладные расходы	-
7. Прочие (связь, транспорт, канц.)	-
Итого затрат	20

На средства хозяйственного договора приобретено программное обеспечение ArcView 3.0 for Windows