Σύγχρονες τεχνολογίες τηλεπισκόπησης για την ανίχνευση, καταγραφή, αποτίμηση πυρκαγιών και προστασία των πληγέντων περιοχών

Από RemoteSensing Wiki

Σύγχρονες τεχνολογίες τηλεπισκόπησης για την ανίχνευση, καταγραφή, αποτίμηση πυρκαγιών και προστασία των πληγέντων περιοχών

Συγγραφείς: Α. Τζώτσος, Δ. Αργιαλάς

Πιλοτική υλοποίηση συστήματος διαδικτυακού GIS για την πυροπροστασία του ορεινού όγκου του Υμηττού

Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, αναπτύχθηκαν πιλοτικά δυο εφαρμογές Web GIS με σκοπό την ανάδειξη της ανάγκης για τη διάχυση της γεωγραφικής πληροφορίας μέσω διαδικτύου και την συνολική παρουσίαση των δεδομένων στα οποία βασίστηκαν οι μελέτες της ομάδας εργασίας. Οι δυο εφαρμογές είναι διαθέσιμες από τις διευθύνσεις: http://147.102.106.36/fires/ http://147.102.106.36/ymitos/ Στη συνέχεια παρουσιάζονται σε 2 σχήματα οι αρχικές σελίδες των 2 εφαρμογών.

σχήμα 1.Εφαρμογή παρουσίασης εικονιστικών δεδομένων (raster) πριν και μετά την πυρκαγιά του 2009.

σχήμα 2.Εφαρμογή παρουσίασης διανυσματικών δεδομένων αλλά και εικονιστικών σε περιβάλλον Web GIS.

Τεχνικές Προδιαγραφές Εφαρμογών

Εφαρμογή Προσδιορισμού είδους βλάστησης με μεθόδους τηλεπισκόπησης & Εφαρμογή αποτίμησης καμένων εκτάσεων με τη χρήση δορυφορικών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων Modis

Και οι δύο αυτές εφαρμογές, παρ’ ότι διαφορετικές θα διαμοιράζονται επίσης και εξειδικευμένα λογισμικά που θα εκτελούν τουλάχιστον τις ακόλουθες εργασίες:

Λογισμικό επεξεργασίας υπερφασματικών τηλεπισκοπικών δεδομένων, που να είναι σε θέση να πραγματοποιεί τις παρακάτω λειτουργίες:

• δυνατότητα ανάγνωσης εικόνων σε μορφή raster για τα παρακάτω format εικόνων (GEOTIFF, JPEG2000, IMAGINE, HDF, ERS BIL).
• δυνατότητα προβολής δισδιάστατων ιστογραμμάτων.
• δυνατότητα δημιουργίας χωρικών φίλτρων.
• δυνατότητα προβολής πολλαπλών έγχρωμων συνθέτων.
• δυνατότητα ενίσχυσης εικόνων με μεθόδους μετασχηματισμού ιστογραμμάτων, με πράξεις καναλιών και μαθηματικούς μετασχηματισμούς (πχ. PCA).
• Ενσωμάτωση αλγορίθμων επιλογής χαρακτηριστικών (πχ. Spectral Information Measure, Hidden Markov Model, Spectral Angle Mapper ή αντίστοιχο)
• Ενσωμάτωση αλγορίθμων εξαγωγής χαρακτηριστικών (πχ. Principal Component Analysis ή Minimum Noise Fraction ή Discriminant Analysis)
• Ενσωμάτωση αλγορίθμων ταξινόμησης φασματικών στόχων ανά εικονοστοιχείο (πχ. Spectral Angle Mapper ή Support Vector Machines)
• Ενσωμάτωση αλγορίθμων ανίχνευσης ανωμαλιών

Λογισμικό Αντικειμενοστραφούς Ανάλυσης Εικόνας με τις παρακάτω δυνατότητες:

• δυνατότητα κατάτμησης εικόνας πολλαπλών επιπέδων.
• δυνατότητα καθορισμού παραμέτρων κατάτμησης εικόνας από το χρήστη.
• δυνατότητα χρήσης πολλαπλών δορυφορικών δεδομένων διαφορετικής χωρικής και ραδιομετρικής διακριτικής ικανότητας σε ενιαίο περιβάλλον εργασίας για ταυτόχρονη επεξεργασία.
• δυνατότητα υλοποίησης αντικειμενοστραφούς μοντέλου εργασίας για την αυτόματη ταξινόμηση κατηγοριών.
• δυνατότητα κληρονομικότητας μεταξύ των κατηγοριών του αντικειμενοστραφούς μοντέλου.
• δυνατότητες ταξινόμησης αντικειμένων με χρήση τεχνικών μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης.
• δυνατότητες ταξινόμησης αντικειμένων με χρήση τεχνικών επιβλεπόμενης ταξινόμησης και λήψης δειγμάτων εκπαίδευσης.
• δυνατότητες διαχείρισης ασάφειας στην ταξινόμηση
• δυνατότητες ταξινόμησης με χρήση τεχνικών μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης.
• δυνατότητες αποθήκευσης αποτελεσμάτων σε αρχεία vector (ShapeFiles)
• δυνατότητες αποθήκευσης αποτελεσμάτων σε αρχεία raster (IMAGINE, GEOTIFF, JPEG κλπ)
• δυνατότητα αξιολόγησης αποτελεσμάτων ταξινόμησης με πίνακες σύγχυσης.
• δυνατότητα εισαγωγής μαθηματικών τύπων από το χρήστη για τον υπολογισμό αριθμητικών ιδιοτήτων των αντικειμένων την εικόνας
• δυνατότητα προβολής δισδιάστατων ιστογραμμάτων.
• δυνατότητα ταξινόμησης αντικειμένων με χωρικές σχέσεις.
• Λογισμικό Ανάλυσης Εικόνας και Επεξεργασίας Τηλεπισκοπικών Απεικονίσεων:
• δυνατότητα προβολής δισδιάστατων ιστογραμμάτων.
• δυνατότητα δημιουργίας χωρικών φίλτρων.
• δυνατότητα προβολής πολλαπλών έγχρωμων συνθέτων.
• δυνατότητα ενίσχυσης εικόνων με μεθόδους μετασχηματισμού ιστογραμμάτων, με πράξεις καναλιών και μαθηματικούς μετασχηματισμούς (πχ. PCA).
• δυνατότητα αποθήκευσης εικόνων σε μορφή raster για τα παρακάτω format εικόνων (GEOTIFF, JPEG2000, IMAGINE, HDF).

Εφαρμογή αυτόματης αναγνώρισης πυρκαγιών από δορυφορικά τηλεπισκοπικά δεδομένα χαμηλής διακριτικής ικανότητας

Για την συγκεκριμένη εφαρμογή απαιτείται η εγκατάσταση ενός επίγειου σταθμού λήψης τηλεπισκοπικών δεδομένων METEOSAT (MSG SEVIRI - Spinning Enhanced Visible and InfraRed Imager) τα οποία θα λαμβάνονται κάθε 15 λεπτά. Ο σταθμός αυτός θα πρέπει να λαμβάνει εικόνα από το δορυφόρο και θα αποθηκεύει τα δεδομένα σε δικτυακό χώρο αποθήκευσης. Στη συνέχεια θα υλοποιηθεί ένας εξυπηρετητής εφαρμογών (application server) στον οποίο θα γίνεται η επεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνονται από το σταθμό. Θα πρέπει επίσης να υλοποιηθεί λογισμικό το οποίο θα επεξεργάζεται ραδιομετρικά και γεωμετρικά τις εικόνες με αυτόματο τρόπο ώστε να τροφοδοτεί στη συνέχεια επόμενο λογισμικό ανίχνευσης πυρκαγιάς. Τέλος, θα πρέπει να υλοποιηθεί αλγόριθμος ανίχνευσης θερμικών ανωμαλιών στο κατάλληλο φασματικό κανάλι του δέκτη (3.9 μm ~ 4 μm). Τα δεδομένα εξόδου από τον αλγόριθμο αυτό θα γεωαναφέρονται αυτόματα και θα αποθηκεύονται σε χωρική βάση δεδομένων για την ανάκτηση τους από το κεντρικό σύστημα του συστήματος γεωγραφικών πληροφοριών. Για την εφαρμογή αυτή θα χρησιμοποιηθεί ένα σύστημα λήψης δεδομένων EUMETCast που αποτελείται από έναν υπολογιστή με πρόσθετες δυνατότητες λήψης δορυφορικών δεδομένων DVB και μια δορυφορική κεραία λήψης με τον απαιτούμενο εξοπλισμό. Η κεραία λήψης πρέπει να αποτελείται από ένα δορυφορικό κάτοπτρο διαμέτρου τουλάχιστον 1,4 μέτρων για οποιοδήποτε σημείο της Ελλάδας ενώ θα πρέπει να περιλαμβάνει ένα universal V/H LNB. Για την απρόσκοπτη και πλήρη διαχείριση και επεξεργασία των δεδομένων απαιτούνται ικανά σε αριθμό συστήματα ηλεκτρονικών υπολογιστών που θα αποφασίσει να προσφέρει ο προσφέρων ώστε να μπορούν να αναλάβουν τις διαδικασίες της αποθήκευσης των ψηφιακών δεδομένων, της επεξεργασίας και της λήψης. Το σύστημα πρέπει να έχει αποθηκευτικούς χώρους ώστε να καλύπτει πλήρως μια περίοδο έξι μηνών πλήρους σετ δεδομένων. Επίσης απαιτείται μια κάρτα PCI λήψης σήματος DVB και μια διαθέσιμη θύρα τύπου USB για την τοποθέτηση του κλειδιού αποκωδικοποίησης των δεδομένων. Για την ορθή λειτουργία του συστήματος η Νομαρχία θα φροντίσει με δική της ευθύνη να προμηθευτεί και να συντηρεί την άδεια χρήσης και τον απαιτούμενο εξοπλισμό (κλειδί και λογισμικό) από την Eumetsat. Κατά την συνεχή αυτόματη λειτουργία του το σύστημα λήψης θα πρέπει να πραγματοποιεί αδιάλειπτα την λήψη των δορυφορικών δεδομένων, την αποκωδικοποίηση και αποθήκευσή τους. Η διαδικασία αυτή θα πρέπει να εκτελείται σε κύκλους 15 λεπτών παράλληλα με την καταγραφή των δεδομένων από τον δέκτη. Τα δεδομένα θα αποθηκεύονται συμπιεσμένα ώστε να καταλαμβάνουν τον ελάχιστο δυνατό χώρο αποθήκευσης ενώ παράλληλα τον μικρότερο χρόνο μετάδοσης μέσω δικτύου. Παράλληλα ο χειριστής του συστήματος επεξεργασίας:

• Θα λαμβάνει από τον σταθμό λήψης την τελευταία ομάδα δεδομένων
• Θα την αποσυμπιέζει και για συγκεκριμένη περιοχή ενδιαφέροντος την οποία ορίζει θα μπορεί να εκτελεί τον αλγόριθμο απεικόνισης “ενεργών σημείων” (hot spots) τα οποία και θα εμφανίζει ως πιθανές ή εν δυνάμει πυρκαγιές.
• Στην συνέχεια ο χειριστής και με συναξιολόγηση πρόσθετων δεδομένων πεδίου θα καταγράφει – χαρακτηρίζει τα σημεία αυτά ως πυρκαγιές ή απλά σφάλματα στον αλγόριθμο.
• Το σύστημα θα μπορεί να λαμβάνει πέραν του MSG SEVIRI σε πραγματικό χρόνο (15 λεπτά). Για τα δεδομένα αυτά θα πραγματοποιεί αυτόματα ραδιομετρική & γεωμετρική διόρθωση και οι χρόνοι εκτέλεσης των αυτόματων ραδιομετρικών μετασχηματισμών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων πρέπει να είναι κάτω των 30 sec ενώ της αυτόματης ανίχνευσης πυρκαγιάς με χρόνο εκτέλεσης ανά λήψη κάτω των 30 sec.