Компьютерная технология обработки и анализа материалов дистанционных съемок

Современное состояние работ в области техники и технологии обработки данных характеризуется высокими темпами развития микропроцессоров с качественно новыми техническими характеристиками и созданием программных оболочек, реализующих новый стиль разработки прикладных программ "программирования без языков программирования".

Скачкообразный рост вычислительных ресурсов и функциональных возможностей персональных компьютеров, появление разнообразной периферийной техники, прогрессирующая интеграция и сверхминиатюризация, стремительное развитие прикладных, инструментальных и диалоговых средств - все это делает реальным создание специализированных интерактивных вычислительных комплексов на основе персональных компьютеров, архитектура и программное обеспечение которых будут формироваться самим пользователем, исходя из задач исследования. Рассмотрим кратко современное состояние средств обработки МДС, базирующихся на использовании персональных компьютеров.

Персональные компьютеры (ПК). Интенсивное развитие и увеличение рынка ПК связывается с появлением в 1981 г. компьютера IBM PC. Успех этого компьютера в первую очередь был обеспечен открытой архитектурой и высокой модульностью узлов, что позволило пользователям в течение длительного времени, меняя отдельные компоненты (мониторы, платы, дисководы), поддерживать компьютер на высоком техническом уровне.

Для решения задач обработки и анализа МДС большое значение имеет разрешающая способность мониторов. В настоящее время существует ряд видеостандартов от 800—600 точек до 1280-1024 и выше при 256-цветовом режиме.

Рабочие станции. Под этим понятием подразумеваются мощные компьютеры, работающие в однопользовательском режиме, спроектированные специально для работы в сети и имеющие сетевое аппаратное и программное обеспечение. Необходимыми атрибутами современной рабочей станции являются монитор высокого разрешения, манипулятор "мышь", большой объем оперативной памяти, многозадачная операционная система, дающая доступ ко всей памяти, и интерфейс пользователя, обеспечивающий мощные пиктографические среды и многооконный режим работы. В последнее время прослеживается тенденция сближения индустрии персональных компьютеров и рабочих станций.

Периферийное оборудование. Существующий рынок предлагает богатейший выбор периферийного оборудования, позволяющего создавать конфигурацию вычислительного комплекса практически по любому вопросу. Впечатляющие результаты в области средств ввода данных связаны с разработкой целого ряда сканирующих устройств, которые дают возможность вводить в автоматическом режиме полутоновые и цветные изображения различных форматов с использованием программ оптического распознавания символов и различных текстовых данных.

Для распечатки выходной информации существует огромное разнообразие печатающих устройств, использующих разные принципы печати. Лидерами среди разных классов являются лазерные принтеры, характеризующиеся высоким качеством печати, быстродействием и универсальностью. Высокое качество изображения, прежде всего карт, дают и более дешевые струйные принтеры.

Программное обеспечение. Современная тенденция развития программного обеспечения компьютеров заключается в интеграции разнородных программ. Основные пути решения этой задачи заключаются в создании семейств совместимых модулей, интегрированных пакетов и операционных оболочек. Последние являют собой средства осуществления интеграции в объеме, определяемом самим пользователем, по принципу "сделай сам". Пользователь сам решает, какой набор пакетов его устраивает, и сам собирает эти пакеты в единый комплекс на своем компьютере.

Сейчас уже трудно представить себе персональный компьютер без какой-либо операционной оболочки, настолько поразительные возможности для дружественного и эффективного общения с машиной предоставляет пользователю их операционная среда. Как правило, операционные оболочки включают средства:

- управления файлами (копирование, перемещение, переименование, стирание и др.);

- управления каталогами (отображение дерева каталогов, пересылка, удаление, сравнение и др.);

- просмотра файлов, позволяющего увидеть содержимое файлов, не загружая прикладную программу, в которой они созданы;

- создания меню пользователя, из которого можно запустить любые прикладные программы;

- редактирования текстов.

Графические пакеты. Важным направлением развития программного обеспечения для ПК при решении задач тематического картографирования являются пакеты графического отображения информации, позволяющие выводить графическую информацию: изображение, графики, диаграммы, рисунки и др. Вывод осуществляется на экран дисплея или в виде твердой копии на бумаге, пленке и т. п.

Современные графические пакеты обладают мощными средствами создания иллюстраций и управления печатью, обеспечивающими полностью всем необходимым технологический цикл от создания предварительного эскиза до получения готового изображения.

Система управления базами данных. Концепция баз данных явилась закономерным отражением очередного этапа развития вычислительной техники, когда данные выделились в самостоятельный независимый от программ объект со своими законами движения и развития. Необходимость их изучения породила новое направление теории вычислительных систем - моделирование данных. Его практическим приложением являются системы управления базами данных (СУБД).

Существующие СУБД организуют взаимодействие пользователя с информацией, реализуют ввод информации в базу, упорядочивают ее хранение, позволяют получать запрашиваемые пользователем данные в виде документов определенной формы. Иными словами, пользователь получает средство ввода, контроля, хранения и преобразования данных.

Геоинформационные системы (ГИС). ГИС является ярким примером воплощения идеи интеграции разнородного программного обеспечения для решения прикладных задач, в частности таких, как картографирование состояния окружающей среды.

Количество действующих ГИС разного назначения сейчас исчисляется сотнями. В целом ГИС можно охарактеризовать как программно-технический комплекс, обеспечивающий:

- ввод данных, полученных с карт, материалов дистанционных съемок и др.;

- хранение и поиск данных, позволяющие оперативно вызывать, обновлять и корректировать их;

- обработку и анализ данных, позволяющие оценивать параметры, выполнять пространственно-временное и имитационное моделирование;

- документирование данных и их вывод в различных видах.
Программное обеспечение позволяет выполнять на базе ГИС

различные операции по обработке и анализу МДС в процессе тематического картографирования: оконтуривание объектов, определение количественных характеристик, редактирование, составление диаграмм, интерполяцию данных и проведение горизонталей, трансформирование снимков и построение картографических проекций, трехмерное представление пространственных данных и т. п. Ключевой операцией при комплекси-ровании разнородного материала является оверлей - совмещение изображений и других пространственно распределенных характеристик.

Процесс обработки МДС состоит из следующих основных этапов: постановка задачи, ввод исходных данных, нормализация исходных данных, интерактивное дешифрирование, графическое оформление карты, вывод картографической продукции.

На этапе постановки задачи формулируется ее основное содержание: определяются цели и объекты картографирования, исходные материалы съемок. Намечается легенда. Вся эта информация в совокупности составляет паспорт задачи. В дальнейшем паспортные данные могут уточняться и дополняться, поскольку постановка и решение содержательных задач на практике носит циклический характер.

Важнейшей характеристикой человеко-машинной обработки МДС является дружественность общения. Этой цели отвечает многооконный графический интерфейс с иерархическим вложением окон; страничным меню, соответствующим определенной операции технологического процесса. Интерфейс пользователя определяется двумя основными компонентами: совокупностью процессов ввода - вывода и собственно процессом диалога.

Процессы ввода - вывода служат для того, чтобы принять от пользователя и передать ему данные через различные технические устройства. Система ввода позволяет наполнить базу данных ГИС аэрокосмическими изображениями, топографическими и тематическими картами, количественными характеристиками.

Инициатором диалогового процесса при тематическом картографировании на основе МДС является пользователь, который определяет цель и способы ее достижения с помощью запросов. Диалог при обработке МДС служит методом решения слабо формализованных задач, возникающих в процессе тематического картографирования.

Интерактивное дешифрирование основывается на использовании широкого спектра функциональных преобразований МДС, обеспечивающих необходимое усиление, подчеркивание границ объектов с последующим применением различных процедур выделения требуемых границ.

Использование в практической работе МДС невысокого качества предполагает включение в перечень средств обработки исходных материалов процедуру их нормализации: геометрической и фотометрической коррекции, фрагментации, масштабирования, совмещения изображений, снятых в разных зонах спектра. Подготовленные таким образом снимки открывают новые возможности для тематического картографирования.

Обработка МДС позволяет получить ряд количественных характеристик объектов - площади контуров и их процентное соотношение, длины линий, их ориентированность, статистические поля оптических плотностей, гистограммы оптических плотностей и др.

Результирующие данные: карты, схемы, количественные характеристики объектов - выводятся на экран дисплея или выдаются в виде твердых копий. На стадии графического оформления результатов интерактивного дешифрирования построенная карта приобретает окончательный внешний вид. Для выполнения этой операции используются средства отображения на карте текстовой, символьной и цифровой информации, а также элементов графики.

На последнем этапе технологического процесса функциональная полнота диалоговой системы обеспечивается редактором изображений с определенным набором шрифтов, достаточно богатым алфавитом графических элементов, необходимых для оформления картографических материалов, и средствами заполнения контуров - штриховкой, текстурной или цветной заливкой в соответствии с требованиями легенды.

Одно из новых направлений геоинформационного картографирования - динамическое картографирование, суть которого состоит в отображении динамических картографических серий тематически и пространственно связанных кадров, воспроизводящих на экране дисплея последовательные состояния (динамические фазы, траектории) явлений и процессов, что создает эффект движения и изменения. Этот метод особенно перспективен для решения задач экологического мониторинга. Корни динамической картографии связаны с мультипликацией, основанной на известной способности системы "глаз - мозг" сохранять образы объектов при быстрой смене кадров (оптимальная скорость показа 30-33 кадр/с), на которых эти объекты изображены с незначительными изменениями, что и создает иллюзию движения.

Есть основания полагать, пишут А. М. Берлянт и Л. А. Ушаков (1993), что в недалеком будущем динамические изображения станут столь же привычным средством анализа окружающей среды, как печатные карты, аэрокосмические снимки и электронные карты.

Дата добавления: 2014-11-06