Пятнадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса"
XV.B.156
Применение дифференциального метода оптического потока в задачах оперативной метеорологии
Симоненко Е. В. (1,2), Давиденко А. Н. (1)
(1) Дальневосточный центр ФГБУ "НИЦ "Планета", Хабаровск, Россия
(2) Вычислительный центр ДВО РАН, Хабаровск, Россия
Эффективность оценки динамики природных объектов, подверженных на последовательных спутниковых изображениях временным и пространственным изменениям, зависит от множества параметров космической съёмки, в том числе от частоты получения изображений заданного объекта (обратная величина времени между двумя смежными съёмками).
В Дальневосточном центре ФГБУ "НИЦ "Планета" высокая частота получаемой информации о динамике различных объектов на спутниковом изображении обеспечивается регулярным приёмом и обработкой данных геостационарных метеорологических спутников. Некоторые элементы, как например, облачные образования в зонах интенсивной конвекции или пепловые шлейфы вулканических выбросов, на последовательных изображениях различаются по активности, размерам и географическому положению, что не даёт полной картины их возникновения и поведения между съёмками.
Задача восстановления динамических изменений объектов на последовательности спутниковых изображений может быть решена путём построения векторных полей перемещений элементов объектов с последующей интерполяцией, или иначе, вычисления оптического потока.
Проведённые ранее исследования показали, что большое время вычисления на центральном процессоре не позволяло получать актуальные данные требуемой заблаговременности. Поэтому была выполнена реализация модифицированного метода Брокса на графическом ускорителе с применением технологии CUDA 8.0 и видеокарты GeForce GTX 1070. Использование данной технологии позволило сократить затрачиваемое время для расчета оптического потока от 41 до 169 раз в зависимости от размера изображений и количества итераций метода Якоби.
В результате появилась возможность не только увеличить количество кадров в видеопотоке, но и применить метод оптического потока для сверхкраткосрочного прогнозирования скорости, направления движения и трансформации опасной конвективной облачной.
Проведённые эксперименты и полученные результаты создали задел для дальнейших изысканий в области регистрации перемещения других дешифрируемых по данным дистанционного зондирования Земли объектов: ледовых полей, зон с повышенным содержанием аэрозоля и т.д.
Ключевые слова: NVIDIA CUDA, расчет на видеокарте, оптический поток, облачность, Himawari-8, геостационарный спутник, метод Брокса, прогнозирование
Литература:
- Е. В. Симоненко, А. О. Чудин, А. Н. Давиденко. Дифференциальный метод вычисления векторов перемещения облачности // Метеорология и гидрология. 2017, Март, с. 29-40.
- К. Грегори, Э. Миллер. C++ AMP. Построение массивно параллельных программ с помощью Microsoft Visual C++. – ДМК Пресс, 2013 – С. 412. – ISBN 978-5-94074-896-0, 978-0-7356-6473-9.
- Д. Сандрес, Э. Кэндрот. Технология CUDA в примерах. Введение в программирование графических процессоров. – ДМК Пресс, 2011 – С. 232. – ISBN 978-5-94074-504-4, 978-0-13-138768-3.
- А. В. Боресков, В. А. Садовничий. Параллельные вычисления на GPU. Архитектура и программная модель CUDA: Учебное пособие. - Издательство Московского университета, 2012 – С. 336. – ISBN 978-5-211-06340-2.
Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга
112