Создание и использование БД коэффициентов спектральной яркости наземных экосистем на базе геоинформационных систем

Актуальными задачами успешной обработки много- и гиперспектральных изображений являются вопросы создания и пополнения спектральных библиотек объектов подстилающей поверхности Земли. Информация, содержащаяся в подобных базах данных должна быть достоверной и обширной, позволяющей решать не только задачи обнаружения объектов, но и классификации изображений, поскольку результаты последних необходимо интерпретировать по заранее известным спектральным образам всего набора присутствующих на изображении объектов.
К сожалению, в настоящее время отечественные спектральные библиотеки классов разрознены, не систематизированы и представлены в основном в виде книжных каталогов на бумажных носителях. Существенным упущением будет не отметить интернет ресурсы, развиваемые в этом направлении за рубежом: ASTER Spectral Library, USGS Digital Spectral Library 06 и Vegetation Spectral Library, хотя часть из них содержит лишь лабораторные спектры образцов поверхностей, не позволяющих использовать их в полной мере в методах обработки аэрокосмических изображений.
В задаче обобщения и систематизации данных коэффициентов спектральной яркости (КСЯ) для различных объектов наземных и водных экосистем была разработана соответствующая реляционная база данных (БД), включающая следующую информацию: класс объекта, номер класса, тип объекта, наименование объекта, идентификационный номер объекта, номер модели индикатрисы яркости, значение длины волны, значение КСЯ для указанной длины волны. База данных оптимизирована для спектрального диапазона 400 – 2500 нм с минимальным разрешением 5 нм.
Однако использование простых БД не позволяет решить проблему сезонных изменений КСЯ и пространственного распределения идентичных объектов наземных экосистем: так, например, береза повислая (Betula pendula) имеет достаточно широкий ареал произрастания, но в зависимости от географического положения и соответствующих климатических условий имеет различные фенологические периоды (ФП). Для решения этой проблемы на базе геоинформационной системы (ГИС) разработана модель фенологических событий. В нее включены слои, содержащие пространственную и атрибутивную информацию по различным объектам наземных экосистем, сгруппированным в классы. При этом для таких классов как леса, кустарники, сельскохозяйственные (с/х) земли и т.п., в состав атрибутивной информации кроме типичных полей (идентификатор, класс, тип, наименование объекта и т.п.) включены поля фенологических периодов (всего выделено 8). Это позволило для одного и того же объекта растительного покрова получать КСЯ, характерные для фенологического периода в указанной пользователем физико-географической зоне.
Для поиска КСЯ ГИС была связана программными запросами с БД следующим образом:
- определение области анализа, для которой пользователем устанавливается дата, время и угол визирования;
- анализ выделенных слоев на предмет соответствия указанной даты одному из фенологических периодов;
- выборка КСЯ из БД при условии совпадения определенного фенологического периода и классов анализируемых объектов экосистемы.
Таким образом, разработанная БД является мощным инструментом для обеспечения поддержки дешифровщика в процессе обработки аэрокосмических изображений.