Оптимизация работы с ДДЗ Марса при изучении склоновых полос

Особый интерес сегодня представляет изучение активных геоморфологических процессов наблюдаемых на поверхности Марса, связанных с формированием так называемых склоновых полос, имеющих признаки влияния водных растворов. На сегодняшний день существует несколько противоположных версий об их происхождении, однако ни одна из теорий не может пока полноценно описать все наблюдаемые особенности этого процесса. В данном исследовании используются новейшие данные дистанционного зондирования (ДДЗ) Марса высокого и сверхвысокого разрешения, позволяющие идентифицироваться новые склоновые полосы, образовавшиеся в период между различными датами съемки, а также определить их морфометрические параметры.

Для этого был выполнен анализ данных дистанционного зондирования (ДДЗ) Марса и определены регионы с высокой плотностью ДДЗ и минимальными временными интервалами между изображениями для идентификации новых склоновых полос и определения сезона их формирования. Для анализа покрытия и пересекаемости ДДЗ Марса были применены технологии реляционных баз данных (PostgreSQL и PostGIS (https://postgis.net/)). В результате на основе собранных изображений создана реляционная база ДДЗ Марса, включающая атрибутивную и пространственную информацию (границы изображений, широта и долгота центра изображений, угол отклонения от надира, высота Солнца, время формирования изображения, уровень обработки, ссылки на набор данных). Анализ данных в БД позволил выявить следующую важную информацию: плотность покрытия ДДЗ выбранных регионов, площадь взаимного перекрытия изображений, временные интервалы съемки поверхности между интересующими изображениями, углы конвергенции (засечки) пары изображений для возможности получения продуктов фотограмметрической обработки (цифровых моделей рельефа, ортофотоизображений, мозаик, выполнения стереовекторизации). Применение этой информации для выбора подходящих изображений THEMIS-VIS и CTX с сопоставимым разрешением (от 3 до 20 м/пикс), позволило быстро идентифицировать новые склоновые полосы длиной от 20 м. Обычно применяемый для поиска новых склоновых полос визуальный просмотр является трудоемкой процедурой.

Выбранные изображения для измерений геометрических параметров склоновых полос нужно нормализовать, обеспечив возможность их применения в современных фотограмметрических системах (ЦФС), то есть выполнить предварительную обработку "сырых" ДДЗ. Предварительной обработкой изображений, получаемых сканерными съемочными системами, является определение аппроксимирующей функции, описывающей процесс формирования изображения во время экспонирования светочувствительного элемента, расположенного в фокальной плоскости съемочной системы. Определяемая функция осуществляет связь между пиксельными координатами на изображении и координатами в пространственной системе координат (СК). Для реализации программных алгоритмов и выполнения предварительной обработки данных дистанционного зондирования Марса THEMIS-VIS использовались наборы программных библиотек и база навигационных данных SPICE (https://naif.jpl.nasa.gov/). Разработанные алгоритмы позволяют определять рациональную функцию, описывающую процесс формирования изображения, и записывают ее в формате GeoTIFF (http://geotiff.maptools.org/rpc_prop.html) с определяемыми коэффициентами рациональных функций (RPC - коэффициенты), необходимыми для дальнейшей фотограмметрической обработки ДДЗ. Использование такого подхода позволило производить дальнейшую фотограмметрическую обработку полного цикла отдельных изображений (или набора изображений) в ЦФС PHOTOMOD. При разработке кода программных алгоритмов использовались библиотеки и классы языка Python 3.6: OpenCV (http://opencv.org/)- для выполнения операций с растровыми файлами; библиотека OSSIM (https://trac.osgeo.org/ossim/) - для решения систем рациональных полиномиальных уравнений, PySPICE (https://github.com/rca/PySPICE)- для определения ЭВО и положения космических аппаратов на орбите Марса, SciPy (https://www.scipy.org/scipylib/index.html), NumPy (http://www.numpy.org/) - математические библиотеки общего назначения. Для выполнения радиометрической калибровки, измерения связующих точек, уравнивания блока изображений, проведения измерений в стерео режиме по имеющимся стереопарам, построения ЦМР, ортотрансформирования и создания бесшовных цветосбалансированных мозаик из набора изображений использовались методы цифровой фотограмметрии и компьютерного зрения, реализованные в ПО PHOTOMOD (http://www.racurs.ru/).

Разработанные программные алгоритмы позволяют существенно снизить трудозатраты при работе с ДДЗ Марса, и таким образом увеличить количество изучаемых объектов. Кроме того, данные о времени съемки и условиях, при которых образовались конкретные склоновые полосы, позволит сделать выводы о влиянии климатических изменений и состава атмосферы в разные сезоны Марса на процесс формирования и интенсивность появления новых полос.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта 18-35-00210 «Изучение влияния климатических условий на процесс формирования склоновых полос на Марсе»