Модели наблюдения за пространственно-недоопределенными объектами для автоматизированного усвоения временных рядов данных дистанционного зондирования

Говоря о системах мониторинга, подразумеваем системы оперирующий геоданными в реальном пространстве или в проекции, изменяющимися с течением времени: “3D/2D+t”-системы. Применительно к данным дистанционного зондирования (ДДЗ) - система оперирует временными рядами наборов растровых изображений области нахождения объектов наблюдения. Поскольку система мониторинга существует во времени, местоположение модели наблюдения за пространственно-недоопредленными объектом и его собственная метрика способны меняться с течением времени. Ключевым пространственно-временным идентификатором модели наблюдения, необходимым для начала мониторинга, является базовое местоположение [1] - местоположение наблюдения на момент начала мониторинга.
В ряде публикаций под пространственной недоопределенностью объектов понимается недоопределенность вычислений в ГИС [2]. В то же время в публикациях о проблемно-ориентированных системах мониторинга говорится о сложности наблюдений при неполноте исходных данных [3].
Предлагаемое решение не предполагает создания новых программных продуктов, для мониторинга достаточно комбинации существующих. Оперирование моделями наблюдения за пространственно-недоопределенными объектами позволяет, при построении научно-ориентированных систем мониторинга, осуществлять быструю проверку новых методик мониторинга и предположений о состоянии наблюдаемых объектов. Новшеством, является информационная модель наблюдения за пространственным объектом, определяющая собственную метрику объекта, лишь как возможный результат наблюдения. Вместо этого информационная модель содержит структуру для идентификации местоположения не самого объекта, а конкретного наблюдения или серии наблюдений во времени. Например, номер тайла ДДЗ, в котором может содержаться информация об объекте наблюдения в данный момент времени, или идентификатор метеостанции, или же просто область предполагаемого местонахождения объекта.
В предлагаемое концептуальное решение для систем мониторинга планируется внедрить механизмы частичного выполнения задач мониторинга на уровне архитектуры информационной системы. До получения результатов мониторинга с допустимым уровнем достоверности, который определяет техническим заданием резульатов мониторинга, входные данные сохраняются и накапливаются, их полная обработка отсрочена до появления всей необходимой информации об объекте наблюдения.
Предлагаемый подход ориентирован на автоматизированный мониторинг пространственных объектов средствами ГИС и ДЗ. Он позволяет начать мониторинг даже в ситуации, когда объем идентифицирующей их пространственной информации недостаточен для создания картографического представления объектов наблюдения. Для иллюстрации возьмем классическую задачу, решаемую при помощи данных дистанционного зондирования (ДДЗ): определение лесных пожаров. Исходные данные: на момент начала мониторинга определена область наблюдения, известны спектральные характеристики, позволяющие обнаружить объект (пожар). Неизвестны: количество объектов на подконтрольной территории и их площади. Формализуем ситуацию в виде информационной модели наблюдения «Пожар», в качестве базового местоположения наблюдения укажем подконтрольную территорию, в качестве атрибутов наблюдения - спектральные значения, создадим методы определения собственной метрики объектов по ДДЗ. При поступления в систему новых ДДЗ отслеживается наличие объектов в текущем наблюдении (если это необходимо с учетом всего временного ряда наблюдений), и фиксируются наблюдаемые параметры объекта в информационной модели наблюдения.
Преимущества предлагаемой концепции: допустима обработка и анализ ДДЗ разных источников, поступающих непоследовательно во времени, но обязательно с известным временем съемки; модели наблюдения существуют в системе координат 3D+t (пространство-время), таким образом пространственно-временной анализ подконтрольных объектов заложен на архитектурном уровне (в т.ч., возможно обнаружение объектов по серии разновременных исходных данных); картографическое представление для визуализации объектов наблюдения (в примере: пожаров на подконтрольной территории и/или их динамики) формируется по запросу в момент обращения к информационной системы на основе всех актуальных данных.
В настоящее время рабочей группой проекта начато формирование концептуального подхода к построению систем мониторинга на основе информационных моделей наблюдения за пространственно-недоопределенными объектами. Цель - обеспечить возможность тиражирования технологии другими специалистами.