Методика создания гис-проекта на основе данных дистанционного зондирования Земли с целью оценки пожароопасности территории Квалификационная работа (стр. 4 из 9)

Рис. 2.1.1. Общая схема системы приема и обработки данных дистанционного зондирования Земли

Космический сегмент – это собственно спутник с системой управления, пространственного ориентирования, получения информации и передачи данных. Наземный сегмент – в данном случае это центр приема данных дистанционного зондирования Земли на базе «АПК ЕОСкан».

2.2 Предварительная обработка данных в приложениях ScanViewer и IMAPP

Предварительная обработка данных имеет целью подготовку получаемых данных дистанционного зондирования к последующему анализу и тематической интерпретации.

2.2.1 Назначение и основные функции приложения ScanViewer

Приложение ScanViewer (рис. 2.2.1) предназначено для просмотра, общей предварительной оценки и фрагментации файлов изображений Земли из космоса, принятых с помощью станций ЕОСкан. Приложение предназначено для работы в среде MS Windows 98/NT и позволяет осуществлять следующие основные операции с изображениями:

- просмотр изображений на дисплее ПЭВМ в произвольном черно-белом, псевдоцветном или синтезированном цветном представлении с произвольным выбором размера и целочисленного масштаба фрагмента изображения;

- географическую привязку изображения по орбитальным элементам спутника с наложением на изображение координатной сетки, географической карты и возможностью коррекции привязки непосредственно по изображению;

- выбор произвольного фрагмента изображения для сохранения его в новом файле того же формата или экспорта в формат Windows BMP;

- вывод на печать отдельного изображения или группы изображений с наложением географической привязки.

В соответствии с назначением приложения (анализ качества изображений и пригодности их для дальнейшего тематического анализа, подготовка фрагментов для такого анализа) основной акцент при его построении делают на функциях загрузки и визуального восприятия. Приложение позволяет выбирать данные для загрузки, как по имени файла, так и по основным его атрибутам (имени спутника, времени записи и другим, в зависимости от типа данных).

Для работы с изображениями больших размеров предоставляется возможность «последовательного» выбора фрагментов – «одного из другого» с последовательным увеличением масштаба. Никаких ограничений на размер исходного файла изображения не накладывается. Число одновременно загруженных в память и отображаемых на дисплее фрагментов одного и того же или разных изображений ограничено только объемом памяти ПЭВМ и ресурсами Windows.

Рис. 2.2.1. Интерфейс приложения предварительного просмотра изображений ScanViewer

2.2.2 Специальные функции приложения ScanViewer для работы с данными спектрорадиометра MODIS

В состав приложения ScanViewer для работы с данными спектрорадиометра MODIS входит группа модулей, которая является частью приложения ScanViewer 4.0 и обеспечивает возможность просмотра и географической привязки данных спектрорадиометра MODIS в форматах Level0 (называемом также PDS), Level1A (продукт MOD01) и Level1B (продукты MOD021KM, MOD02HKM, MOD02QKM).

При просмотре возможен выбор любого фрагмента изображения и любой комбинации спектральных каналов для загрузки в собственные окна или RGB-синтеза. Предоставляется возможность управления преобразованием разрядности из 16 в 8 бит при загрузке.

Возможность создания новых файлов для записи фрагментов исходных данных предоставляется только для формата PDS. Фрагмент для сохранения в новом файле можно выбирать только по времени начала и окончания, селекция спектральных каналов и ограничение полосы обзора не допустимы. Привязку выполняют по независимым орбитальным данным формата NORAD/TLE.

В файлах формата Level0 (PDS) поток данных записан так, как он формируется спектрорадиометром на борту спутника. Он представляет собой последовательность пакетов данных. Размеры пакетов могут быть различными и указываются непосредственно в пакетах. Каждый из них содержит либо некоторый объем выходных данных спектрорадиометра, либо вспомогательную информацию (в том числе необходимую для калибровки и географической привязки данных в процессе преобразования в форматы более высоких уровней), а также служебные и контрольные параметры, включая время съемки.

Данные формата Level0 (PDS) создает станция ЕОСкан непосредственно при приеме. Для их преобразования в форматы Level1A/1B используют пакет IMAPP (International MODIS/AIRS Processing Package), который разработан в Висконсинском университете (США) при поддержке NASA, адаптирован специалистами ИТЦ «СканЭкс» для MS Windows, распространяется бесплатно и поставляется в составе станций ЕОСкан.

Данные формата Level1A (продукт MOD01 по номенклатуре продуктов EOS) представляют собой результат распаковки данных формата Level0. В файлах MOD01 изображения записаны в растровом виде, и поэтому они считываются гораздо быстрее. Данные в файлах MOD01 не подвергнуты никакой обработке по сравнению с PDS. Один файл PDS преобразуется в один файл MOD01, который содержит всю исходную научную и служебную информацию.

Данные в файлах формата Level1B (продукты MOD02) откалиброваны и сопровождаются географической привязкой. В процессе преобразования из уровня 1А в уровень 1B данные разного пространственного разрешения разделяют на разные файлы. Всего существует четыре продукта MODIS этого уровня:

- MOD021KM (данные всех 38 каналов, приведенные к разрешению 1 км),

- MOD02HKM (данные 1 - 7го каналов, приведенные к разрешению 500 м),

- MOD02QKM (данные 1го и 2го каналов с разрешением 250 м),

- MOD02OBC (бортовые калибровочные данные) - этот продукт приложением ScanViewer не используется.

В файлах уровней 1A/1B данные записываются в 16-разрядных словах (одно слово на пиксел на канал). Максимальные значения могут соответствовать 12 битам в файлах уровня 1A и 15 битам - в файлах уровня 1B.

Все форматы продуктов MODIS, начиная с уровня 1А, являются производными формата HDF. Для чтения файлов этого формата в приложении ScanViewer используют динамическую библиотеку HDF NCSA, распространяемую свободно.

2.2.3 Назначение и основные функции программы IMAPP

Пакет программ IMAPP (International MODIS/AIRS Processing Package) предназначен для преобразования данных сканера MODIS из файлов формата Level0 (PDS) в продукты уровней Level1A и Level1B. Пакет был создан в Космическом научно-инженерном центре (SSEC) Висконсинского университета (США) на основе рабочего программного обеспечения обработки данных MODIS, используемого в NASA. Пакет IMAPP распространяется бесплатно на условиях лицензии GNU General Public License. Базовый вариант пакета и документация к нему свободно доступны в Интернет на сервере SSEC по адресу: http://cimss.ssec.wisc.edu/~gumley/IMAPP/IMAPP.html.

Пакет IMAPP используют для обработки данных MODIS уровня Level0 (PDS), полученных в режиме прямого вещания (Direct Broadcast). Эта обработка включает следующие операции:

- преобразование данных, представляющих собой последовательность CCSDS пакетов (уровня Level0), в файл формата HDF (Level1A),

- расчет географической привязки и геометрических параметров съемки для каждого пиксела километрового разрешения,

- калибровка данных MODIS в значения спектральной плотности энергетической яркости.

2.2.4 Описание программ, входящих в пакет IMAPP

Пакет IMAPP включает в себя следующие программы:

1. Программа распаковки данных - unpack.exe.

Программа предназначена для распаковки данных уровня Level0 в файлы уровня Level1a в формате HDF. Файл данных MODIS уровня Level0 содержит последовательность CCSDS пакетов, восстановленных из сигнала, принятого с борта спутника. В терминологии EOSDIS такой файл (точнее, набор файлов) называется Production Data Set (PDS). Файл данных MODIS уровня Level1a представляет собой стандартный продукт EOSDIS с кодовым названием MOD01. Он имеет формат HDF и содержит массивы данных, полученных детекторами, и данные бортовой телеметрии.

2. Программа геолокации - geolocate.exe.

Программа осуществляет географическую привязку файла данных MODIS и создает файл формата HDF, содержащий массивы значений широты и долготы, а также углы сканирования для каждого пиксела с разрешением 1 км. Выходной файл является продуктом MOD03 по номенклатуре EOS. IMAPP может вычислить поля геолокации, используя эфемериды спутника и дополнительную информацию, передаваемую непосредственно в потоке бортовой телеметрии. Это позволяет проводить привязку сразу после получения данных. К сожалению, информация, передаваемая в режиме прямого вещания (DB), может содержать погрешности, которые не позволяют гарантировать точность привязки лучше чем ~ 10 км. Пакет IMAPP позволяет также использовать точные эфемериды и данные об ориентации, получаемые и предоставляемые службами управления орбитальным сегментом. Благодаря использованию этих данных точность привязки может быть повышена до ~1 км. Недостаток использования точных данных заключается в том, что они имеют значительный объем и доступны только через несколько дней после приема.

3. Программа калибровки - calibrate.exe.

Последняя из трех основных программ пакета IMAPP предназначена для калибровки данных MODIS в абсолютные значения спектральной плотности энергетической яркости (в единицах Вт м-2 мкм-1 стер-1). В результате создается стандартный продукт MOD02. Выходной продукт содержит четыре отдельных файла:

- MOD02QKM - калиброванные данные 1-го-2-го каналов с разрешением только 250 v,

- MOD02HKM - калиброванные данные 3-го-7-го каналов с разрешением 500 м и 1-го-2-го каналов, приведенные к разрешению 500 м,

- MOD021KM - калиброванные данные каналов с разрешением 1 км, разделенных на две категории: видимые и БИК (8-19, 26) и тепловые ИК (20-36 за исключением 26). Также содержит данные каналов с разрешением 250 и 500 м, приведенные к разрешению 1 км,

- MOD02OBC - данные бортовой калибровки, содержащиеся в информации уровня Level1A.

В качестве входных программа калибровки использует файлы уровня Level1A и файлы геолокации, созданные на предыдущих этапах обработки.

2.2.5 Обработка данных спектрорадиометра MODIS средствами программ ScanViewer и IMAPP