Применение беспилотных летательных аппаратов для получения и актуализации информации о наземных объектах

Разработка методов морфологической обработки данных аэросъемки методикой выделения и распознавания цифровых параметров наземных объектов на примере лесных территорий на основе использования морфологического анализа, сегментации и метода водораздела.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 11.03.2018
Размер файла 15,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение беспилотных летательных аппаратов для получения и актуализации информации о наземных объектах

Алешко Р.А.

Гурьев А.Т.

Шошина К.В.

Щеников В.С.

В ходе исследования была разработана методика выделения и распознавания параметров наземных объектов на примере лесных территорий. В методике используются подходы на основе морфологического анализа, сегментации, метода водораздела и другие. Содержательно методика представляет из себя последовательность шагов обработки высокодетального цифрового изображения, полученного с беспилотного летательного аппарата. Опытная научно-исследовательская работа проводилась преимущественно в интересах лесопользователя и не ставила целью актуализацию всех лесотаксационных параметров на исследуемой территории. Наибольший интерес при осуществлении хозяйственной деятельности на лесном участке представляет запас древесины из расчета на гектар. Полученные результаты научных исследований могут быть использованы для решения ряда задач в области управления территорией. В частности, разработанные методы морфологической обработки данных аэросъемки с беспилотного летательного аппарата могут успешно применяться для мониторинга и управления лесными территориями, сборе параметров отдельных деревьев и принятия решений.

В послании Губернатора Архангельской области Архангельскому областному Собранию депутатов о социально-экономическом и общественно-политическом положении в Архангельской области в числе основных задач по развитию лесного комплекса Архангельской области определено восстановление лесного потенциала Архангельской области.

Системной проблемой, сдерживающей эффективное лесопользование, является отсутствие достоверной информации о наличии лесных ресурсов в Архангельской области. Лесоустройство считается информационной основой лесного планирования и освоения лесов. Несвоевременное проведение лесоустроительных работ, инвентаризации лесов приводит к искажению сведений о количестве и качестве древесных насаждений на лесных участках, что не позволяет планировать развитие лесного комплекса Архангельской области. Материалы лесоустройства с давностью более 10 лет признаются устаревшими. В настоящее время значительная часть лесов Архангельской области имеет давность лесоустройства более 10 лет. Отсутствие проведения плановых лесоустроительных работ не позволяет актуализировать таксационные и картографические базы данных предыдущего лесоустройства и соответственно вести обновленный государственный лесной реестр, крайне необходимый для организации устойчивого управления лесами. аэросъемка цифровой лесной сегментация

Таким образом, предложенная технология актуализации данных о лесных ресурсах с применением съемки БПЛА является значимой для социально-экономического развития Архангельской области за счет повышения достоверности данных и экономической эффективности.

Исходными данными для реализации методики выступили снимки с беспилотного летательного аппарата (БПЛА) роторного типа. Снимки были привязаны к географияеским координатам и объединены в единое покрытие на исследуемую территорию.

К изображению был применен ASF-фильтр (alternatingsequentialfiltering) с размером окна равным 2 пикселям. Данный метод фильтрации изображения относится к алгоритмам морфологической обработки растра. Суть данного алгоритма заключается в использовании морфологических операций «открытие» и «закрытие» применительно к обрабатываемому изображению.

Следующим шагом определялись локальные максимумы растра.

Далее к изображению применялся метод водораздела. При использовании данного метода растр представляется в качестве трехмерной поверхности, точки которого заданы двумя пространственными координатами, а в качестве высоты выступает уровень яркости. Наиболее важным применением метода водораздела является выделение однородных по яркости объектов на изображении.

Применение алгоритма сегментации по водоразделам часто приводит к эффекту избыточной сегментации, вызванной шумом и другими локальными неровностями на изображении. Это означает огромное число областей, выделенных при сегментации. Избыточная сегментация может быть настолько значительной, что сделает результат практически бесполезным.

Подход, применяемый для управления избыточной сегментацией, основан на идее маркеров. Маркером является связная компонента, принадлежащая изображению. В нашем случае в качестве маркеров зададим выделенные ранее локальные максимумы вершин деревьев.

Результатом предложенной методики будет являться набор контуров крон деревьев в лесном массиве.

После получения изображения с выделенными контурами крон была проведена процедура векторизации полученных контуров с целью интегрирования и последующей обработки в геоинформационной системе. Далее были проанализированы полученные векторные контуры деревьев.

Параметром лесных насаждений, который можно оценить с достаточной долей достоверности, используя полученные результаты, является размер кроны. Информации о диаметре кроны может быть вполне достаточно для решения многих задач лесопользователя.

Условно диаметр кроны может быть найден по площади кроны (которая достаточно просто рассчитывается по имеющимся контурам крон в векторном слое). Исходя из того, что крона имеет округлую форму, диметр кроны рассчитаем по следующей формуле:

D_кр=v(4S/р)

Исследованиями (Кузьмичев, 1977) установлена связь крон дерева с другими таксационными показателями для разных типов леса. Для перехода от диаметра кроны к диаметрам ствола дерева на высоте 1,3 м (d1,3), предлагается формула:

d_1.3=7,86D_кр-0,09D_кр^2-5,22

где d_1,3 - диаметр ствола дерева на высоте груди, см; D_кр - диаметр кроны дерева, м; Одним из наиболее значимых показателей лесных насаждений является запас древесины (м3 на 1 га). Используя полученные ранее значения диаметра на высоте груди d1,3, вычислим объем стволов деревьев по формуле Денцина:

V=0,001•d_1,3^2

где V - объем растущего дерева, м3;

d_1,3 - диаметр ствола дерева на высоте груди, см.

Формула дает удовлетворительные результаты для стволов деревьев высотой около 25 метров. В остальных случаях на каждый метр высоты полученные объемы корректируются на 3-5 %.

Далее рассчитаем запас по формуле (Гусев, 1992):

M=n•V

где M - запас древостоя, м3/га;

n - количество деревьев по ступеням толщины, шт.

Полученные результаты научных исследований могут быть использованы для решения ряда задач в области управления территорией. В частности, разработанные методы морфологической обработки данных аэросъемки с беспилотного летательного аппарата (БПЛА) могут успешно применяться для мониторинга и управления лесными территориями, сборе параметров отдельных деревьев и принятия решений. Эти задачи актуальны как для особо-охраняемых территорий (какими являются Соловки), так и для территорий с активным лесопользованием.

Литература

1. Алешко Р.А., Гурьев А.Т. Методика тематического дешифрирования спутниковых снимков лесных территорий на основе структурных моделей //Известия Вузов. Приборостроение. 2013. Т.56. №7. С. 76-77.

2. Алешко Р.А., Гурьев А.Т. Структурное моделирование взаимосвязей дешифровочных признаков спутниковых снимков и таксационных параметров лесных насаждений -- Труды СПИИРАН. Вып. 29 (2013). С. 180-189.

3. Гусев И.И. Таксация древесного ствола срубленного и растущего дерева. Учебное пособие - Архангельск: Издательство АЛТИ, 1992. - 80 с.

4. Кузьмичев В.В. Закономерности роста древостоев. Новосибирск: Наука, 1977. - 160 с.

5. Сухих В.И. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. - 392 c.

6. Aleshko R.A., Guriev A.T., Shoshina K.V., Schenikov V.S. Development of methodology for visualization and processing of geospatial data // Scientific Visualization - 2015. - Volume 7, Issue 1. - pp 20-29

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Методы контроля состояния воздушной среды. Общее проектирование блоков для мониторинга загрязнения воздушной среды и аппаратно-программных средств их поддержки. Лазерное зондирование атмосферы. Анализ существующих систем беспилотных летательных аппаратов.

    курсовая работа [814,3 K], добавлен 03.04.2013

  • Рассмотрение и характеристика особенностей беспилотных мультироторных летательных аппаратов. Исследование технологии компьютерного зрения. Анализ процесса передачи данных на бортовой контроллер. Ознакомление с базовыми принципами полета квадрокоптера.

    дипломная работа [1,2 M], добавлен 25.06.2017

  • Разработка проекта объединения двух локальных сетей в корпоративную на основе цифровых технологий передачи данных. Характеристика производства и оборудования ADSL, HDSL и VDSL, их применение. Настройка сетевого соединения и безопасности ресурсов.

    курсовая работа [930,3 K], добавлен 01.04.2011

  • Обоснование, выбор типа модуляции. Кодирование информации. Определение необходимой полосы частот. Расчет основных параметров системы передачи информации с космического аппарата на сеть наземных станций. Выбор оптимального варианта построения радиосистемы.

    курсовая работа [522,8 K], добавлен 21.02.2016

  • Радиолокационная станция - система обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, определения их дальности и геометрических параметров. Классификация радаров. Частотные диапазоны РЛС американского стандарта IEEE. Трассовый радиолокационный комплекс.

    реферат [21,7 K], добавлен 24.06.2011

  • Навигационные измерения в многоканальной НАП. Структура навигационных радиосигналов в системе ГЛОНАСС и GPS. Точность глобальной навигации наземных подвижных объектов. Алгоритмы приема и измерения параметров спутниковых радионавигационных сигналов.

    курсовая работа [359,2 K], добавлен 13.12.2010

  • Направления развития бортовой электроники портативных беспилотных летательных аппаратов. Технические характеристики разрабатываемого контроллера. Схема, устройство и принципы реализации основных функциональных блоков системы управления квадрокоптера.

    дипломная работа [1,6 M], добавлен 25.06.2019

  • Высокочастотная система передачи данных. Технические характеристики HFDL. Технология выбора канала связи в сети. Использование динамического управления частотами наземных станций на основе глобальной системы зондирования. Схема обмена пакетными данными.

    курсовая работа [608,9 K], добавлен 24.05.2016

  • Описание методов измерения информации с гироскопических систем ориентации и навигации (ГСОиН). Применение эффекта Мессбауэра для измерения малых расстояний, скоростей и углов. Разработка устройства съема информации с ГСОиН на основе эффекта Мессбауэра.

    дипломная работа [7,3 M], добавлен 29.04.2011

  • Разработка и исследование системы многоканального полосового анализа речевых сигналов на основе полосовых фильтров и на базе квадратурной обработки. Принципы организации и программирования цифровых сигнальных процессоров (ЦСП), разработка программ ЦОС.

    курсовая работа [3,5 M], добавлен 27.10.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.