Дипломная работа: Разработка модел качества данных дистанционного зондирования земли

Содержание

Введение...................................................................................................................12
1 Особенности задачи оценки соответствия в области ДЗЗ ...............................15
1.1 Содержание и сущность задачи оценки соответствия в области ДЗЗ .........15
1.2 Основные требования к оценке соответствия в области ДЗЗ.......................24
1.3 Анализ мирового опыта оценки качества данных ДЗЗ .................................30
2 Механизм оценки качества данных ДЗЗ ............................................................37
2.1 Принципы описания качества данных ДЗЗ ....................................................37
2.2 Механизм оценки качества данных ДЗЗ .........................................................42
2.2.1 Определение количественной информации о качестве .............................42
2.2.2 Определение неколичественной информации о качестве .........................47
3 Особенности объектов оценки соответствия в области ДЗЗ ...........................53
3.1 Основные объекты оценки соответствия в области ДЗЗ ..............................53
и их характеристики................................................................................................53
3.2 Показатели качества основных продуктов ДЗЗ .............................................59
3.2.1 Основные показатели качества первичных данных ДЗЗ ...........................59
3.2.2 Основные показатели качества данных ДЗЗ предварительной и первичной
обработки .................................................................................................................63
4 Методика оценки качества данных ДЗЗ ............................................................64
4.1 Основные принципы оценки качества данных ДЗЗ ......................................64
4.2 Определение комплекса проверок и процедур установления соответствия68
4.3 Определение методов проверки на соответствие ..........................................73
4.4 Процесс проверки на соответствие данных ДЗЗ............................................77
4.4.1 Общая схема процесса проверки на соответствие данных ДЗЗ ................77
4.4.2 Процедуры оценки показателей качества данных ДЗЗ ..............................82
4.4.3 Анализ результатов и принятие решения о соответствии .........................85
5. Безопасность жизнедеятельности......................................................................88
5.1 Анализ условий труда .......................................................................................88
5.2 Технические решения обеспечения безопасности жизнедеятельности. .....90
6 Технико-экономическое обоснование ...............................................................97
6.1 Цели и задачи дипломного проекта ................................................................97
6.2 Расчет на разработку программного продукта ..............................................99
6.3 Калькуляция сметной стоимости...................................................................101
Заключение ............................................................................................................103
Список литературы ...............................................................................................
1 Особенности задачи оценки соответствия в области ДЗЗ
1.1 Содержание и сущность задачи оценки соответствия в области
ДЗЗ
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ)—наблюдение
поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными
различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон длин волн,
принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от долей микрометра
(видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы
зондирования могут быть пассивные, то есть использовать естественное
отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли,
обусловленное солнечной активностью, и активные —использующие
вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником
направленного действия. Данные ДЗЗ, полученные с космического
аппарата (КА), характеризуются большой степенью зависимости от прозрачностиатмосферы.
Поэтому на КА используется многоканальное
оборудование пассивного и активного типов, регистрирующие
электромагнитное излучение в различных диапазонах.
Аппаратура ДЗЗ первых КА, запущенных в 1960-70-х гг. была трассового
типа — проекция области измерений на поверхность Земли представляла собой
линию. Позднее появилась и широко распространилась аппаратура ДЗЗ
панорамного типа — сканеры, проекция области измерений на поверхность
Земли которых представляет собой полосу.
Космические аппараты дистанционного зондирования Земли
используются для изучения природных ресурсов Земли и решения задач
метеорологии. КА для исследования природных ресурсов оснащаются в
основном оптической или радиолокационной аппаратурой. Преимущества
последней заключаются в том, что она позволяет наблюдать поверхность Земли
в любое время суток, независимо от состояния атмосферы.
Данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) являются
эффективным инструментом, позволяющим оперативно и детально исследовать
состояние окружающей среды, использование природных ресурсов и получать
объективную картину мира.
Дистанционное зондирование — это получение информации о земной
поверхности (включая расположенные на ней объекты) без непосредственного
контакта с ней путем регистрации приходящего от нее электромагнитного
излучения.
Доступ к данным дистанционного зондирования регулируется политикой
«открытого неба» (Open Sky Policy), в соответствии с которой каждому
потребителю гарантируется свободный доступ ко всем имеющимся данным
на недискриминационной основе. Основным международным консультативным
органом, созданным в 1984 году для обмена информацией, координации
и обсуждения политики в области ДЗЗ, служит Комитет по спутникам
дистанционного зондирования Земли CEOS (Committee on Earth Observation
Satellites).
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) осуществляется с
применением морских судов, самолетов, космических летательных аппаратов и
наземных телескопов. Данные ДЗЗ служат основным источником информации
при подготовке карт землепользования и топографических карт, так как
обладают очень высоким разрешением.
Системы получения и распространения данных оперативного
мониторинга держатся на «четырех китах»:
носителях съемочной аппаратуры, в данном случае ИСЗ;
собственно аппаратуре дистанционного зондирования;
бортовых средствах передачи данных на Землю по радиоканалу.
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) —наблюдение
поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными
различными видами съемочной аппаратуры. Аппаратура ДЗЗ первых КА,
запущенных в 1960 -70-х гг. была трассового типа — проекция области
измерений на поверхность Земли представляла собой линию. Позднее
появилась и широко распространилась аппаратура ДЗЗ панорамного типа —
сканеры, проекция области измерений на поверхность Земли которых
представляет собой полосу.
Дистанционное зондирование (ДЗ) можно представить как процесс,
посредством которого собирается информация об объекте, территории или
явлении без непосредственного контакта с ним. Методы ДЗ основаны на
регистрации в аналоговой или цифровой форме отраженного или собственного
электромагнитного излучения участков поверхности в широком спектральном
диапазоне (от оптического и инфракрасного до коротковолнового).
Космическое зондирование, интенсивно развивающиеся в последние
десятилетия, предоставило наукам о Земле новые возможности для
исследования земной поверхности. За этот период существенно возросли
объем, разнообразие и качество материалов ДЗ. К настоящему времени
накоплен огромный фонд (более 100 миллионов) аэрокосмических снимков,
полностью покрывающих всю поверхность Земли, а для значительной части
районов с многократным перекрытием. [5]
Один из последних выведенных на орбиту спутников – ALOS помимо
сенсоров видимого и ИК-диапазона оборудован РСА PALSAR с разрешением
от 10 до 100 м (L-диапазон). В 2007 году готовится к запуску спутник SMOS,
имеющий на борту усовершенствованный радиометр L-диапазона для изучения
влажности почв и солености океанов. [13]
Однако обработка результатов радиолокационных и радиометрических
исследований является более сложной по сравнению с оптическими системами
наблюдения и требует особенного подхода, адаптированных к физическому и
техническому алгоритму формирования данных. Также, важной задачей
является повышение оперативности получения физических данных
наблюдаемого объекта. Необходимы новые методы экспресс-анализа и быстрой
обработки данных ДЗ в режиме реального времени.
Данные ДЗЗ - набор данных (идентифицированная совокупность данных),
полученный с космического аппарата ДЗЗ, а также в результате обработки
первичных данных, которые описывает объекты реального мира, и содержат в
явном или неявном виде указание на их местоположение относительно Земли.
Данные ДЗЗ входят в состав пространственных данных (географической
информации, геопространственной информации) и занимают одно из ведущих
мест среди различных источников актуальных пространственных данных [2].
Для эффективного применения данных ДЗЗ в различных сферах,
необходимо, чтобы космические снимки и технологии их обработки обладали
определенными свойствами и характеристиками, которые характеризуют
качество данных и степень применимости для решения конкретных целевых
задач.
В соответствии с международной практикой в области обеспечения
качества, любая организация, предоставляющая товары и услуги, должна
обеспечивать предоставление объективных доказательств того, что конечный
продукт отвечает предъявляемым требованиям качества и может быть
использован в соответствии со своим целевым назначением. Соответственно в
области ДЗЗ любой поставщик данных ДЗЗ и услуг на их основе должен
подтвердить соответствие и обеспечить конечный продукт необходимыми
сертификационными документами по основным параметрам их качества.
Согласно определению международного стандарта ISO/IEC 17000:2004
(СТ РК ISO/IEC 17000:2009), процесс доказательства того, что заданные
требования к продукции, процессу, системе, лицу или органу выполнены,
называется оценкой соответствия (conformity assessment) [3].
Процесс оценки соответствия включает три основные функции [3]:
- выбор (selection) – определение объектов оценки соответствия,
установление требований к ним, выбор методики оценки, правил принятия
решения о соответствии;
- определение (determination) - получение информации об объекте оценки
соответствия, необходимой для установления (доказательства) соответствия
(анализ, испытание и др.);
- проверка и подтверждение соответствия (review and attestation) –
поверка полученной информации об объекте оценки соответствия и принятие в
соответствии с заранее установленными правилами решения о соответствии его
установленным требованиям.
Объектами оценки соответствия к области ДЗЗ могут быть:
- продукция (данные ДЗЗ различного уровня обработки), услуги по
применению данных ДЗЗ;
- процессы получения, обработки и представления данных;
- система производства (технологии, приборы, оборудование, аппаратно-
программные комплексы, программные средства приема, обработки,
интерпретации, визуализации и хранения данных ДЗЗ), система менеджмента
- квалификация персонала, участвующих в реализации процессов
получения, обработки и представления данных ДЗЗ.
Традиционная классификация данных ДЗЗ предусматривает их деление
на уровни обработки – способы представления атрибутов наблюдаемых
объектов и процессов Земли, характеризуемых заданным качеством, типом и
формой описания.
Различают несколько уровней обработки данных ДЗЗ, обозначение и
перечень которых у различных компаний операторов систем ДЗЗ могут
отличаться. Чаще всего встречается следующая номенклатура уровней
предварительной обработки данных [4]:
0 — необработанные (первичные) данные съемочного прибора;
1A — данные, прошедшие радиометрическую коррекцию и калибровку;
—радиометрически скорректированные и географически привязанные данные;
2A — радиометрически и геометрически скорректированные данные,
представленные в картографической проекции.
Далее идут продукты более высоких уровней обработки, для получения
которых используется дополнительная информация (опорные точки, модели
рельефа для ортокоррекции и др.) и генерацию которых обычно относят к
последующей тематической обработке.
Поставщики радиолокационных данных - операторы космических
аппаратов на основе радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны
(РСА) ERS-1/2, Envisat, Radarsat-1, ALOS/PALSAR – и разработчики
программного обеспечения для их обработки различают:
- уровень необработанных данных (радиоголограмма, получаемая с
выхода РСА);
- уровень 0- предварительной обработки ( фильтрация помех, коррекция
сбойных участков, исключение служебной информации и хронологическое
упорядочение данных с полным разрешением и всей вспомогательной
информацией);
- уровень 1 - первичной обработки (радиометрическая и геометрическая
коррекция данных с полным или частичным пространственным разрешением и
частичной вспомогательной информацией для последующего преобразования
измеренных параметров поля в физические единицы измерения признаков);
- уровень 2 - вторичной обработки (восстановление признаков и
атрибутов объектов Земли на основе градуировочных и калибровочных
характеристик приборов и среды распространения поля для избранной
картографической проекции с полным или частичным пространственным
разрешением;
-уровень 3
-пространственное и временное преобразование
восстановленных признаков и атрибутов объектов Земли с обеспечением
дополнительной коррекции (например, усреднение на различных временных
интервалах и по площади)
- уровень 4 - комплексной обработки (формирование информационных
продуктов по запросам потребителей (например, мозаичных и
цветокодированных радиолокационных изображений)).
В рамках программы NASA Earth Observing System были приняты уровни
обработки данных ДЗЗ [5,6], представленные в таблице 1.
Таблица 1 - уровни обработки данных ДЗЗ, принятые НАСА
С позиции потребителя данных ДЗЗ представляется целесообразным
выделение следующих уровней продуктов ДЗЗ [7]:
- первичные данные (необработанные данные, полученные с помощью
аппаратуры дистанционного зондирования, установленной на борту
космического аппарата ДЗЗ);
- обработанные данные (результаты обработки первичных данных,
необходимой для обеспечения возможности пользоваться этими данными);
- информационные продукты с добавленной стоимостью, являющиеся
производными обработанных данных и включающие значительную часть
другой информации, такие как цифровые модели местности и поверхности
Земли, цифровые модели рельефа, векторные тематические карты и т.п.
Данные дистанционного зондирования – данные о поверхности Земли,
объектах, расположенных на ней или в ее недрах, полученные в процессе
съемок любыми неконтактными, т.е. дистанционными методами. По
сложившейся традиции, к ДДЗ относят данные, полученные с помощью
съемочной аппаратуры наземного, воздушного или космического базирования,
позволяющей получать изображения в одном или нескольких участках
электромагнитного спектра. Характеристики такого изображения зависят от
многих природных условий и технических факторов. К природным условиям
относятся сезон съемки, освещенность снимаемой поверхности, состояние
атмосферы и т.д. К основным техническим факторам - тип платформы, несущей
съемочную аппаратуру, тип сенсора; метод управления процессом съемки;
ориентация оптической оси съемочного аппарата; метод получения
изображения. Главные характеристики ДДЗ определяются числом и градациями
спектральных диапазонов; геометрическими особенностями получаемого
изображения (вид проекции, распределение искажений), его разрешением.
Большую часть данных дистанционного зондирования составляют
снимки, которые дают возможность получения сведений об объекте в виде
изображений в цифровой (данные, передаваемые на наземную станцию по
радиоканалам или фиксируемые на борту на магнитных носителях) или
аналоговой (фотографии) формах. Цифровые данные представляют
интегральное излучение площадки на земной поверхности, соответствующей
элементу изображения – пикселу. Результаты измерения переводятся в
дискретные безразмерные цифровые значения, соответствующие
характеристикам отражательной способности. Записанные посредством
регистрирующего устройства цифровые значения изменяются в пределах
радиометрического битового диапазона, ширина которого зависит от
характеристик датчика – обычно это интервал 0 – 255. На изображении эти
значения соответствуют оттенкам серой шкалы: 0 представляет абсолютно
черный объект, 255 – абсолютно белый объект, а промежуточные значения
соответствуют различным оттенкам серого цвета. Всё многообразие объектов
ландшафта Е.Л. Кринов разделил на четыре класса, каждый из которых
отличается своеобразной кривой спектральной яркости ( например, 1 класс –
горные породы и почвы, характеризуется увеличением спектральной яркости
по мере приближения к красной области спектра). Изображения, полученные
сканированием. Фотографические снимки необходимо для обработки
переводить в цифровую форму. Для этого используют сканеры. В большинстве
случаев для обработки аэрокосмических снимков используют растровые ГИС-
пакеты, зональные изображения рассматривают в них как слои информации
наряду с другими слоями БД.
ДДЗ – важнейший источник оперативной и современной информации о
природной среде для тематических слоёв в ГИС, для поддержания данных в
актуальном состоянии.
Подробно: виды орбит искусственных спутников Земли. Параметры
орбит. Для каких целей та или иная орбита ИСЗ будет давать преимущества.
Траектория движения искусственного спутника Земли называется его
орбитой. Эллиптическая орбита, по которой вращается спутник (в точке S
находится спутник, а в точке G— Земля), характеризуется следующими
параметрами: а = АО и b = ОС — большая и малая полуоси эллипса; е= (1 -
b2/а2)1/2 — эксцентриситет орбиты; угол HGS — угловая координата ν
радиуса-вектора (так называемая истинная аномалия); фокальный параметр р =
b2/а; р = К2/ут2М, где К— момент количества движения спутника; т — массаспутника; М=5,976*1027 г — масса Земли, у = 6,67-10 -14 м3/гс3 —
гравитационная постоянная. К параметрам орбиты спутника относится также период обращения Т
время между двумя последовательными
прохождениями одной и той же точки орбиты.....