СЪЗДАВАНЕ НА СПЕКТРАЛНА БИБЛИОТЕКА, БАЗИРАНА НА СПЪТНИКОВИ И ТЕРЕННИ ДАННИ
Доц. д-р инж. Деница Борисова, ИКИТ-БАН, София
Гл. ас. инж. Христо Николов, ИКИТ-БАН, София
SUMMARY
The satellites orbiting the Earth deliver enormous volume of data providing researchers and businesses with new opportunities. One of the steps in producing information from optical data in the visible (VIS) and near infrared (NIR) ranges is to convert spectral classes into informational classes. Several approaches such as supervised/unsupervised classifications, object-based (or object-oriented) image analysis, heuristic methods, etc. are implemented in order to complete this task. For optimal selection of the spectral bands for removing the data redundancy present in remotely sensed data that shall be used in the mentioned processes essential element is to have typical spectral signatures for the classes of interest. This is the reason to create and enrich spectral libraries where such representative data sets can be found for most of the objects present in the land cover. In this study we try to proof the need in adding more spectral data to the existing spectral libraries with open access along with metadata as well.
Keywords: satellite Earth observation, remote sensing, in-situ spectral measurements, spectral data, spectral library
РЕЗЮМЕ
Спътниците, които обикалят около Земята, осигуряват огромен обем данни, предоставящи на изследователите и бизнеса нови възможности за изследвания и развитие. Една от стъпките при получаване на информация от оптични данни във видимия (VIS) и близкия инфрачервен (NIR) обхвати е да се превърнат спектралните класове в информационни класове. За постигането на тази задача се използват различни подходи, като например класификация с/без наблюдение, обектно-ориентиран анализ на изображения, евристични методи и т.н. За оптимален избор на спектралните канали с цел намаляване на излишъка в наличната информация при данните от дистанционни изследвания, които ще се използват в споменатите процеси, от съществено значение са типичните спектрални характеристики за отделните класове, които са обект на изследване. Това е причината да предложим да се създаде специфична и да се обогатят наличните спектрални библиотеки, където такива представителни набори от данни могат да бъдат намерени за повечето обекти, които се разпознават на земната повърхност. В това изследване се опитваме да докажем необходимостта от добавяне на повече спектрални данни (включително и метаданни) към съществуващите спектрални библиотеки с отворен достъп.
Ключови думи: спътникови наблюдения на Земята, дистанционни изследвания, in-situ спектрални измервания, спектрални данни, спектрална библиотека
1. ВЪВЕДЕНИЕ
В изследването на земната повърхност изискванията за информация могат да бъдат ефективно изпълнени като се използват традиционните и модерни техники за дистанционни изследвания. Често данните от дистанционните изследвания изпълняват само част от задачата, тъй като изчерпателните продукти за крайните потребители са резултат от комбинацията от дистанционни данни, съчетани с наземно проучване и моделиране. Точността и надеждността на данните, ефективното използване на времето и разходите, създаването на специфични за клиента и специализирани продукти, са ключови в приложенията на дистанционните изследвания.
Наземните изследвания, включващи лабораторни и полеви (теренни) измервания, имат важна роля за обяснението на методите за извличане на информация. Например, геолокацията на сателитни изображения е необходима, защото само ако навигацията на Земята съвпада в достатъчна степен с целевите параметри, измерени от Космоса, данните са полезни. Освен това системите за дистанционни изследвания измерват различни спектрални характеристики на земната повърхност (отражение, излъчване) в много обхвати от дължини на вълната (оптичен, топлинен, радиообхват). Повечето от настоящите приложения на дистанционни изследвания разчитат на многоспектрални данни във видимата, близката и средната инфрачервена области от спектъра, където радиометричната чувствителност на оптичните инструменти е достатъчна за измерване на малки промени в насоченото отражение. Спектралната характеристика на земните покрития зависи и е свързана с типа на изследвания обект (растителност, почви, скали, вода) и техните био-, геофизични и химични свойства, физиологично и морфологично състояние (съдържание на хлорофил, биомаса, водно съдържание, минерален състав, органична материя и др.). За тази цел е необходимо получаване на спектрални данни за земната повърхност, които да се обработят за получаване на информация. От друга страна, данните за изображенията трябва да бъдат изразени под формата на стойности на отражение, за да могат да се сравнят с наземните (лабораторни и полеви) измервания. За да се изчисли отражението от земната повърхност, получено при дистанционните измервания, се разработват модели за радиационен трансфер за отстраняване на разсейването и газообразните абсорбционни ефекти на атмосферата. Сравнението между полученото отражение от земната повърхност и наземните (in-situ) измервания на същата повърхност е от съществено значение за извличането от дистанционните данни на точно отражение. Измерванията in-situ са необходими, за да се провери ефективността на устройствата за дистанционни изследвания чрез оценка на качеството на данните (спектрална чувствителност, точност, съотношение сигнал/шум, вариации на сигнала и т.н.) и за създаване на геометрично и радиометрично коригирани масиви от данни.
14
ГКЗ 5-6 ' 2017