1 Ассоциация Сибирских и Дальневосточных городов России Томский Государственных Университет Технологии мониторинга экологии и водных ресурсов рeгионов. - презентация

1 1 Ассоциация Сибирских и Дальневосточных городов России Томский Государственных Университет Технологии мониторинга экологии и водных ресурсов рeгионов Китайской народной республики Сырямкин Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, академик Российской Академии Естественных наук 2008, Шеньян, КНР

2 2 Программа мониторинга 1.Алгоритм анализа космических изображений. 2.Дистанционное аэрокосмическое зондирование. 3.Космическое геологическое картографирование. 4.Космическое исследование водоемов. 5.Прогнозирование объемов водоемов. 6.Ориентация в болотистой местности. 7.Измерители радиации. 8.Измерители тепла. Измерители физико- химического состава воды.

3 3 Обобщенная схема обработки изображений Формирование изображения Предварительная обработка изображения Сегментация изображения Описание изображения Анализ изображения Информативные параметры

4 4 Алгоритмы обработки космических изображений. Корелляционный алгоритм F1, F2 – функции, описывающие ТИ и ЭИ, соответственно; - оценка искомых параметров j – номер строки; i – номер пикселя в строке; m1, m2 – математические ожидания; F1, F2 – значения яркости пикселов; n – размер фрагмента.

5 5 Алгоритмы обработки космических изображений. Распознавание цвета зоны Цк =1, при Цз = Цс = Цп = Цж = Цг = Цб = 0 или JR= 1, JG = JB =0; Цз =1, при Цк = Цс = Цп = Цж = Цг = Цб = 0 или JG = 1, JR = JB =0; Цз =1, при Цк = Цс = Цп = Цж = Цг = Цб = 0 или JG = 1, JR = JB =0; Цc =1, при Цк = Цз = Цп = Цж = Цг = Цб = 0 или JB = 1, JR = JG =0; Цc =1, при Цк = Цз = Цп = Цж = Цг = Цб = 0 или JB = 1, JR = JG =0; Цп =1, при Цк = Цс = 1, Цз = Цж = Цг = Цб = 0 или JR = JB= 1, JG = 0; Цп =1, при Цк = Цс = 1, Цз = Цж = Цг = Цб = 0 или JR = JB= 1, JG = 0; Цж =1, при Цк = Цз = 1, Цс = Цп = Цг = Цб = 0 или JR = JG = 1, JB =0; Цж =1, при Цк = Цз = 1, Цс = Цп = Цг = Цб = 0 или JR = JG = 1, JB =0; Цг =1, при Цс = Цз = 1, Цк = Цп = Цж = Цб = 0 или JG = JB = 1, JR =0; Цг =1, при Цс = Цз = 1, Цк = Цп = Цж = Цб = 0 или JG = JB = 1, JR =0; Цб =1, при Цк = Цз = Цс = 1, Цп = Цж = Цг = 0 или JR= JG = JB =1, где Цк, Цз, Цс, Цп, Цж, Цг, Цб – соответственно уровни красного, зеленого, синего, пурпурного, желтого, голубого, белого цветов, JR, JG, JB – соответственно ВКФ, характеризующие красный, зеленый и синий цвета. ВКФ – Взаимно-корелляционная функция

6 6 Алгоритмы обработки космических изображений. Слагаемые ВКФ - функция, описывающая цветное ТИ (в системе координат Х, О, У);,, - функции, описывающие ЭИ (в системах координат ), пропускающие соответственно красную R, зеленную G и синюю B компоненту цвета; К – коэффициент пропорциональности.

7 7 Алгоритмы обработки космических изображений. Геометрические характеристики зон исследуемой поверхности - координаты центра «тяжести» структурного элемента зоны изображения; - элементарные моменты по направлению соответствующих осей; Nк – число точек (пиксел) в контуре; i – номер контура; Sсэ – площадь структурного элемента зоны изображения, ограниченного контуром; КФ – коэффициент формы; Р – периметр контура.

8 8 Провинция Ляонин. Снимок со спутника

9 9 Дистанционное аэрокосмическое зондирование: 1. Определение пространственного положения исследуемого объектов – калиброванные фото или телевизионные камеры. 2. Изучение физико-химических свойств – идентификация оъектов по разным снимкам, снятым в разной частотной области. 3. Радиометры ( измерение тепла поверхности).

10 Полосы обзора съемочной сканирующей аппаратуры различного типа. Многозональное сканирующее устройство МСУ-М имеет наибольшее поле обзора, 1930 км шириной и наименьшее разрешение на местности 1,7 км (по направлению полета). МСУ-С захватывает полосу шириной 1380 км, при разрешении на местности 142 м, МСУ- СК 600 км при разрешении 243 м, МСС «Фрагмент» 85 км, МСУ-Э при полосе обзора 28 км разрешение местности составляет 28 м

11 11 Крым (Украина) из космоса. Подобные снимки позволяют оценивать степень обработки почвы под сельскохозяйствен ные культуры, состояние посевов, загрязненность воды в Черном море

12 12 Космическое геологическое картографирование: 1. Изучая спектральные особенности растительности, можно достаточно точно выявить распределение горных пород в подпочвенном слое. 2. Эффективность геологического картографирования зависит не только от спектральной информации, но и от текстурных признаков, т. е. от характера расположения характерных образований на поверхности наблюдаемого объекта

13 13 Материалы космических съемок содержат предгорья Тянь-Шаня (Узбекистан).Правильно й формы прямоугольники - участки возделываемых земель. Красноватым цветом изображены участки речных долин, покрытых растительностью, а открытые водные пространства - синим цветом. Снимок сделан с борта пилотируемой станции «Салют-5» с высоты 260 км Материалы космических съемок содержат предгорья Тянь-Шаня (Узбекистан).Правильно й формы прямоугольники - участки возделываемых земель. Красноватым цветом изображены участки речных долин, покрытых растительностью, а открытые водные пространства - синим цветом. Снимок сделан с борта пилотируемой станции «Салют-5» с высоты 260 км

14 14 Использование космической информации для исследования водоемов: реки, озера, моря О температуре поверхности, цвете и прозрачности воды, о зонах апвеллинга и периметрах волнения, строении шлейфа и уровне поверхности, о характерах морского льда и загрезнении вод, о местонахождении и миграции фитопланктона. О температуре поверхности, цвете и прозрачности воды, о зонах апвеллинга и периметрах волнения, строении шлейфа и уровне поверхности, о характерах морского льда и загрезнении вод, о местонахождении и миграции фитопланктона. Наблюдения с борта спутников дают возможность одновременно следить за атмосферными фронтами и давать оценку реальной и долговременной метеорологической обстановки развивающихся опасных циклонических явлений. Наблюдения с борта спутников дают возможность одновременно следить за атмосферными фронтами и давать оценку реальной и долговременной метеорологической обстановки развивающихся опасных циклонических явлений.

15 15 Интересно отметить, что хотя циклонические вихри всегда закручиваются в одном направлении ( в южном полушарии – по часовой стрелке, в северном – против) на этом снимке наблюдается уникальное явление - разнозакрученны е вихри

16 16 Нейронные сети для прогнозирования залежей: воды, газа, нефти, пород. Нейрокомпьютеры доказали свою эффективность там, где явные алгоритмы не годятся, а нужно подобие человеческой интуиции - для распознавания образов, предсказания, оптимизации и т.д. Анализ значимости входов нейронной сети приводит к сокращению набора входных данных, что позволяет ранжировать применяемые геофизические и геохимические методы по уровню значимости, в конечном итоге сократить временные и материальные затраты на интерпретацию полевых данных.

17 17 Из теоремы Колмогорова- Арнольда-Хехт- Нильсена следует представимост ь произвольной многомерной функции нескольких переменных f(x1,...,xn) с помощью нейронной сети фиксированной размерности. Искусственная нейронная сеть

18 18 Отслеживание горизонтов

19 19 Соляной купол

20 20 Обработка растровых изображений Обработка растровых изображений

21 21 Рельеф Рельеф

22 22 Прогнозные контуры нефтеносности Прогнозные контуры нефтеносности в данном примере хорошо кореллируются между собой и с данными по скважинам, а также подтверждены последующим бурением скважин 225, 232.

23 23 Горизонтальный срез прогнозной газонасыщенной зоны (to=2240)

24 Спутниковые навигационные системы – GPS Всего типов более 30 МодельХарактеристики Внешний вид Цена $/руб. 1.Altina A760 - Размер: 100.5x79.5x19.5 и экран TFT - 3.5; - Встроенный с SiRFIII - GPS приемник высокой чувствительности (WAAS-обеспечиваются) - 20 параллельных каналов; - Samsung S3C ЦП на 400 МГц - Встроенная антенна. SD слот для карты памяти; - Встроенная антенна. SD слот для карты памяти; 350/ Altina A860 - Размер: 123x82x19.8 и экран TFT 4.3; - Встроенный с SiRFIII - GPS приемник высокой чувствительности (WAAS-обеспечиваются); - 20 параллельных каналов; - Samsung S3C ЦП на 400 МГц; - Встроенная антенна. SD слот для карты памяти; - Встроенная антенна. SD слот для карты памяти; 437.5/ Garmin E-Trex Vista - Приемник: 12 параллельных каналов. Антенна: внутренняя, щелевая. - Корпус: по стандарту IEC529 IPX7. - Экран: 5.4х2.7 см. Размеры: 11.2х5.1х3.0 см. - Интерфейс: NMEA 0183; RTCM/DGPS; GARMIN/GARMIN 484/

25 Спутниковые навигационные системы – ГЛОНАСС Всего типов более 10 МодельХарактеристики Внешний вид Цена $/руб. 1. Glospace SGK-70 - Операционная система: Windows CE 5.0; - Процессор: Samsung S3C2440 (ARM) 400 МГц; - Память: ОЗУ- SDRAM 64 Мб ROM, ПЗУ- Flash EEPROM; - Экран: Цветной TFT - 7; - Навигационные модули и поддержка технологий: GPS-приемник, SiRFStar III, ГЛОНАСС; ГЛОНАСС - 12 каналов; GPS - 20 каналов; - Поддержка карт: SD, MMC; Масса, габариты: 450 г., 188 x 120 x 30 мм 1042/ Приемник ГЛОНАСС/G PS-МНП-М3 - Навигационный ГЛОНАСС/GPS-МНП- М3 предназначен для определения текущих координат, высоты, скорости и времени по сигналам СНС ГЛОНАСС, GPS и SBAS (WAAS, EGNOS). Работают с GPRS модулями SIM300Z (SIM300D, SIM300DZ) - Количество каналов ГЛОНАСС, GPS: 16; - Рабочие частоты: ГЛОНАСС L1 (1598, ,75 МГц); GPS L1, SBAS (1575,42 МГц) - Протокол обмена приёмника: бинарный, IEC (NMEA-0183), RTCM SC-104; - Масса, грамм: 7; Размеры: 31х40х4; Договорная

26 26 Измерители радиации ТипХарактеристикиФото Цен а Радиометр СРП-88Н Вид контролируемого излучения - гамма Тип детектора - сцинтиллятор NaI(Tl) 25х10 Энергетический диапазон, МэВ 0, Диапазон плотности потока гамма-излучения, с Диапазон рабочих температур, ° С Тип индикатора - ЖКИ Питание - 4 батареи типа А343 Масса радиометра, кг - 3 Индикатор радиоакти вности РАДЭКС РД1503 Диапазон показаний мощности амбиентного эквивалента дозы мкЗв/ч от 0.05 до 9.99 амбиентного эквивалента дозы мкЗв/ч от 0.05 до 9.99 экспозиционной дозымкР/ч от 5 до 999 экспозиционной дозымкР/ч от 5 до 999 Диапазон энергий гамма-излучения МэВ от 0,1 до 1,25 Уровни звуковой сигнализации мкЗв/ч 0.30, 0.60, 1.20 Время наблюдения сек 40 ± 0.5 Габаритные размеры мм 105х60х26 Масса не более кг 0,09 Диапазон энергий регистрируемого рентгеновского излучения МэВ от 0,03 до 3,0 Диапазон энергий регистрируемого бета-излученияМэВ от 0,25 до 3,5

27 27 Дозиметр ДКГ-02У "Арбитр- М" Высокочувствительный дозиметр с широким диапазоном измерения, герметичным дезактивируемым корпусом и большими сервисными возможностями, применимый для работы в самых жестких условиях эксплуатации. Прибор удобен и для оперативного контроля при радиационных авариях, так как измеряет не только мощность дозы, но и дозу, полученную оператором за время работы. Дозиметр ДКГ-07Д "Дрозд" Высокочувствительный недорогой дозиметр, удобный для проведения радиационных обследований. Результат измерения и его погрешность индицируются непрерывно с момента начала измерений и постоянно уточняются. Процесс измерения можно прервать при достижении необходимой погрешности. Благодаря звуковым сигналам с частотой, пропорциональной мощности дозы, прибор также удобен для оценки радиационной обстановки. Высокочувствительный недорогой дозиметр, удобный для проведения радиационных обследований. Результат измерения и его погрешность индицируются непрерывно с момента начала измерений и постоянно уточняются. Процесс измерения можно прервать при достижении необходимой погрешности. Благодаря звуковым сигналам с частотой, пропорциональной мощности дозы, прибор также удобен для оценки радиационной обстановки. Индивидуа льный дозиметр гамма- излучения ДКГ-05Д Надежный прибор для контроля и оптимизации дозовой нагрузки на персонал. Широкий диапазон измеряемых доз и мощностей дозы обеспечивают применение дозиметра для оперативного, текущего и аварийного индивидуального дозиметрического контроля (ИДК). Достоверность результатов ИДК обеспечивается: применением двух энергокомпенсированных кремниевых детекторов для измерений в широком диапазоне доз и мощностей дозы невозможностью вмешательства в работу дозиметра персонала без права доступа наличием энергонезависимой памяти большого объема, хранящей до 2000 историй накопления дозы. Надежный прибор для контроля и оптимизации дозовой нагрузки на персонал. Широкий диапазон измеряемых доз и мощностей дозы обеспечивают применение дозиметра для оперативного, текущего и аварийного индивидуального дозиметрического контроля (ИДК). Достоверность результатов ИДК обеспечивается: применением двух энергокомпенсированных кремниевых детекторов для измерений в широком диапазоне доз и мощностей дозы невозможностью вмешательства в работу дозиметра персонала без права доступа наличием энергонезависимой памяти большого объема, хранящей до 2000 историй накопления дозы.

28 28 Измерители тепла. ТипХарактеристикиФото Тепловизор testo-880 Высококачественный широкоугольный 32° объектив с оптикой F1, опционный сменный телеобъектив, запатентованный фильтр для защиты объектива, частота обновления кадров на дисплее 9 Hz, 33 Hz, детектор 160 x 120, интерполяция изображения до 320 x 240 пикселей, устройство хранения данных SD-1 GB (прибл снимков), минимальное фокусное расстояние 10 см., Тепловизор SAT S-120 (160х120 точек) Дисплей 1 – основной, 2.5 цветной. Изменяемый наклон Дисплей 2 – черно-белый, на внешней стороне, для отображения температуры в центральной точке (режим «пирометр») и служебной информации Неохлаждаемая матрица 160 х 120 точек. Лазерный целеуказатель. Коррекция по окружающей температуре Эргономичная рукоятка под правую или левую руку. Автономность. Работает до 2,5 часов от аккумулятора. Ударопрочный. Влагозащищенный. Работает от –15° С. FLASH память для хранения 1000 термограмм USB 2.0 выход на компьютер. Прилагается специальная программа для обработки и создания отчетов. Возможность крепления на штативе

29 29 Измерители физико-химический свойств воды ТипХарактеристикиФото АХВ-М2 Назначение: Измерение и регистрация: суммарного содержания активного остаточного хлора; содержания свободного остаточного хлора в питьевой воде в процессе хлорирования CONEX 350 Анализато воды электрохим ический Предназначен для измерения показателя активности ионов водорода рН.Область применения: контроль технологических процессов и качества продукции в химической, пищевой промышленности, экологический мониторинг питьевых и сточных вод. -

30 30 Спасибо за внимание! Адрес: Россия, Томск, , ул. Красноармейская 99а, оф. 506 тел. +7 (3822) ,