Технологии работы с гиперспектральными данными ДЗЗ на основе современных подходов и методов построения геопорталов для мониторинга и контроля антропогенных энергоактивных объектов

Гиперспектральные данные наряду с большими объемами имеют и высокую размерность. Поэтому методы обработки изображений, эффективно применяемые при работе с мультиспектральными данными, напрямую не подходят для их использования при работе с гиперспектральными данными. В частности, они не эффективны при использовании традиционных методов статистической классификации применительно к гиперспектральным данным с ограниченным размером обучающей выборки. Это обусловлено тем, что при увеличении размерности гиперспектрального изображения с увеличением числа спектральных каналов для сохранения эффективности классификации число семплов обучающей выборки (фактически, число независимо полученных семплов изображений) должно расти экспоненциально. Поэтому для преодоления этого существенного затруднения используются методы уменьшения (редукции) размерности представлений гиперспектральных изображений. Однако, применение этих методов приводит к большим затратам времени, финансов и энергии, поскольку традиционно эти методы базируются на вычислении собственных векторов плотных матриц большой размерности. Поэтому в настоящее время остается актуальной проблема разработки эффективных (ресурсосберегающих) вычислительных методов уменьшения размерности.

Указанные трудности привели к возникновению многих новых, а также адаптации известных ранее методов. Важно отметить, что процедура снижения размерности является предметно ориентированной, поскольку, как указано выше, набор гиперспектральных каналов, оптимальный для данного класса исследуемых объектов, является в общем случае уникальным. Вместе с тем она чрезвычайно полезна в контексте задач быстрого и эффективного обмена научными данными. Поэтому при исполнении заказа на гиперспектральные данные и/или продукты их обработки необходимо указать области их дальнейшего применения, чтобы передавать пользователю только тот объем данных, который реально необходим для решения соответствующих тематических задач. Это способно ускорить и сделать более эффективным весь процесс получения данных из распределенных архивов. В частности, это открывает возможность для дополнительной подготовки (препроцессинга) данных на стороне сервера и передачи пользователю результатов такой предварительной обработки в компактном виде.

Современные средства удаленного доступа к данным и сопровождающим сервисам позволяют наряду с априорно известными необходимыми для снижения размерности, параметрами анализируемых наборов гиперспектрометрических данных, формировать эти наборы и в динамическом режиме по удаленным запросам пользователей, которые имеют возможность задавать обучающие выборки (или иную признаковую информацию для выбора искомых параметров) в режиме он-лайн. Существенной предпосылкой для развития такого подхода являются появившиеся в настоящее время эффективные высокопроизводительные методы определения главных факторов, используемые в процедурах снижения размерности массивов гиперспектральных. Именно они дают возможность включить используемые при этом программные процедуры и алгоритмы в состав сервисного программного обеспечения, инициируемого и конфигурируемого удаленным пользователем через пользовательский интерфейс, обеспечивающий доступ к гиперспектральным данным и результатам их обработки.

Ввод в состав сервисов удаленного доступа к ресурсам информационной системы процедур, предоставляющих пользователям эффективные инструменты для работы с данными гиперспектральных наблюдений, является основной целью работы. Прототипом такой системы в работе выбран сервис ВЕГА, созданный и постоянно развиваемый в ИКИ РАН. Поэтому развитие технологии работы с гиперспектральными данными ДЗЗ в рамках представленной работы было сформулировано в виде следующей основной задачи – моделирование инфраструктуры программных средств дооснащения информационного сервиса ВЕГА для удаленной работы с гиперспектральными данными применительно к мониторингу и контролю антропогенных энергоактивных объектов.

В докладе представлены
1) развернутый обзор, содержащий результаты анализа существующих подходов к решению проблем работы с гиперспектральными данными ДЗЗ,
2) описания технологии работы со сверхбольшими массивами гиперспектральных данных;
3) архитектурный облик распределенной информационной системы, оптимизированной на работу с гиперспектральными данными ДЗЗ;
4) макета специализированного геопортала, ориентированного на дистанционный мониторинг и исследование антропогенных энергоактивных объектов
Работа поддержана грантами РФФИ 13-07-12116 офи_м. и 13-07-00513 А