Применение N-way анализа к исследованию спутниковых изображений
Решение задач, связанных с многомерными данными, которые встречаются в природе. Методы N–way data analysis (многомерный анализ данных). Представление спутникового изображения в виде матрицы. Динамика наводнения с использованием последовательных снимков.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.08.2020 |
| Размер файла | 53,1 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/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Применение N-way анализа к исследованию спутниковых изображений
Суханов С.И.
The subject of this thesis is multi-way analysis. The problems described mostly stem from the earth remote sensing. The nature of the data arising from these areas can be very different, which tends to complicate the data analysis. The analytical problems are often further complicated by geographic variations. Hence, in dealing with data analysis in the field it is important to have access to a diverse set of methodologies in order to be able to cope with the problems in a sensible way. The data analytical techniques covered in this thesis are also applicable in many other areas, as evidenced by many papers of applications in other areas which are emerging in the literature.
Почти все технологические и измерительные системы, используемые в науке, характеризуются многомерным набором параметров. Математическая модель почти любого явления обычно зависит от нескольких переменных. Например, модель, изучающая здоровье человека, будет зависеть от множества факторов, включая гены, социальное положение и т.д. Исключение не составляют и спутниковые изображения, которые по своей природе являются многоканальными. Очень часто их невозможно даже просмотреть, подобно обычным изображениям, так как представляют собой трехмерную матрицу размером , где - размер сканируемой области, - количество слоев (снимков). Для изучения таких моделей существует множество методов, но в основе почти всегда лежит проекционный метод Principal components analysis (PCA), основной задачей которого является перевод искомых данных в пространство меньшей размерности.
Методы, основанные на PCA, относятся к проекционным методам, но они не могут решать все задачи, связанные с многомерными данными, которые встречаются в природе, потому что главным образом предназначены для обработки «плоской» модели, т.е искомые данные должны быть представлены в виде двумерной матрицы. Существует множество ситуаций, когда исходные данные не могут быть представлены в данном виде, для таких ситуаций существуют другие методы, имеющие общее название N-way data analysis (Многомерный анализ данных). Главным представителем N - way анализа является Parallel Factor Analysis (PARAFAC).
PARAFAC - это метод, который концептуально может быть сравнен с PCA, представляет собой некоторое разложение исходной матрицы, элементы которой выглядят следующим образом:
. (1)
Его также можно переписать в матричном виде:
, (2)
где , , - матрицы, которые характеризуют исходные данные вдоль основных направлений, геометрическое представление которых показано на рисунке 1.
Рисунок 1 - Геометрическая интерпретация разложения, которое использует PARAFAC
Для нахождения искомых матриц , , , размером соответственно , , необходимо решить следующее уравнение:
, (3)
которое решается, например, методом наименьших квадратов:
. (4)
Для удобства представим исходную матрицу в виде набора слоев:
, (5)
где - диагональная матрица размером , у которой по диагонали стоят элементы -той строки матрицы . Соответственно и получены по аналогии. В результате искомые матрицы , , можно найти следующим образом:
. (6)
Доступность спутниковых данных высокого разрешения позволяет использовать картографические продукты, созданные на их основе, как надежную альтернативу ортотрансформированных фотоснимков, полученных путем традиционной обработки аэрофотоснимков. Новые области применения спутниковых данных могут быть, например, следующими:
- обновление топографических и городских карт;
- системное планирование (исследование возможностей, проектирование и мониторинг линий электропередач, линий магистральной связи, и т.д.);
- планирование строительства жилых зон и инфраструктуры;
- обновление карт для городского и земельного кадастра;
- обнаружение строительства в природоохранных зонах, нецелевое использование земель;
- мониторинг дорожной сети;
- экологический мониторинг и оценка, управление экологическими рисками;
- всепогодное обнаружение лесных пожаров и оценка их последствий;
- космический мониторинг загрязнения окружающей среды в районах добычи нефти;
- всепогодный мониторинг наводнений.
Все направления важны, но нам важен только последний, так как применительно к нему N-way анализ дает наиболее качественные результаты. Математическую модель данной задачи можно построить следующим образом: спутниковое изображение представить в виде матрицы размером , где - размер сканируемой области, - количество слоев (снимков), построить матрицу размером , состоящую из нулей и единиц. Единицы в матрице будут отвечать за область реки на исходном изображении. Применив к полученным данным многомерную регрессию (NPLS), в основе которой лежит PARAFAC разложение, получим матрицу регрессионных коэффициентов. С помощью этой матрицы можно найти области, которые в реальности отвечают за реки на любых изображениях. Применение PARAFAC разложения позволяет проводить пространственную и временную динамику наводнения с использованием последовательных снимков. Такая динамика позволяет лучше определить степень ущерба (например, загрязнение почвы), а также оценить его стоимость.
спутниковый изображение многомерный анализ
Литература
1. Smilde, A. Multi-way analysis with applications in the chemical sciences [Text] / Age Smilde, Rasmus Bro, Paul Geladi. - Wiley, Chichester, 2004. - p. 381
2. Rasmus, B. Multi-way analysis in the Food Industry [Text] / Bro Rasmus. - Amsterdam, Copenhagen, 1998. - p. 311
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Задачи, решаемые с помощью аэрокосмических снимков в целях городского кадастра. Состояние и перспективы развития аэрокосмических съемочных систем. Создание с помощью глобальных спутниковых навигационных систем позиционирования координатной основы.
дипломная работа [936,9 K], добавлен 15.02.2017Формулы связи координат точек местности и координат их изображений на стереопаре снимков идеального случая съемки. Условие, уравнения и элементы взаимного ориентирования снимков. Построение фотограмметрической модели и ее внешнее ориентирование.
реферат [276,9 K], добавлен 22.05.2009Методы определений координат с применением ГЛОНАСС технологий. Совместная обработка наземных и спутниковых геодезических измерений в локальных сетях. Импорт данных в проекты. Совместная обработка базовых линий. Привязка узловых пунктов ОМС сети к ITRF.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 15.05.2014Метод определения координат с помощью искусственных спутников Земли. Режим GOTO спутникового навигатора. Функции карты как информационного носителя. Плюсы векторного изображения. Методы ввода данных в геоинформационные системы, возможности их применения.
курсовая работа [44,8 K], добавлен 22.11.2009Создание карт и планов. Применение фотограмметрии для решение различных научных и прикладных задач. Использование изображения для определения форм, размеров и положения объекта. Первые воздушные съемки. Основные периоды развития фотограмметрии.
презентация [2,1 M], добавлен 21.05.2015Физические особенности радиолокационной съёмки, современные системы. Передовые направления в обработке и применении радиолокационных данных. Создание и обновление топографических и тематических карт различных масштабов. Решение задач в гляциологии.
курсовая работа [4,6 M], добавлен 10.04.2012Подготовка данных для математического моделирования. Представление данных в виде трехмерных объемных (ЗД) сеток. Основные этапы построения геологической модели месторождения. Накопление, систематизация, обработка и передача геологической информации.
презентация [1,6 M], добавлен 17.07.2014Методы изучения океанов и морей из космоса. Необходимость дистанционного зондирования: спутники и датчики. Характеристики океана, исследуемые из космоса: температура и соленость; морские течения; рельеф дна; биопродуктивность. Архивы спутниковых данных.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 06.06.2014Разработка методики анализа результатов наблюдений за осадками и смещениями крупных электроэнергетических объектов, расположенных в Мексике. Применение спутниковых методов измерений. Научное ее обоснование и определение путей практической реализации.
автореферат [205,2 K], добавлен 04.01.2009Статистическая совокупность наблюдений по среднесуточной добыче угля, представление данных в виде дискретного и интервального вариационного ряда. основные виды оборудования для бурения скважин, технические характеристики, назначение и принцип работы.
контрольная работа [24,7 K], добавлен 17.02.2009Причины использования метода дешифрирования снимков. Влияние ледников на природу планеты. Оценка снежно-ледовых ресурсов Земли из космоса. Значение космических снимков. Этапы программы "космической помощи". Необходимость применения рекреационных карт.
реферат [20,2 K], добавлен 17.11.2011Преимущества методов дистанционного зондирования Земли из космоса. Виды съемок, методы обработки снимков. Виды эрозионных процессов и их проявление на космических изображениях. Мониторинг процессов фильтрации и подтопления от промышленных отстойников.
курсовая работа [8,4 M], добавлен 07.05.2015Скоростной анализ как надежный способ оценки скоростей суммирования. Применение спектра скоростей для нахождения кинематических поправок и получения временного разреза. Расчёт многоканальных сейсмоакустических данных с помощью программы RadEx Pro.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 28.06.2009Построение и уравнивание фотограмметрической сети. Создание проекта, проведение внутреннего и взаимного ориентирования снимков. Цифровое моделирование рельефа. Расчет блочной фототриангуляции. Выполнение рисовка орографических линий в стереорежиме.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 27.09.2014В каких формах встречается вода в природе. Сколько воды на Земле. Понятие круговорота воды в природе. Сколько воды содержится в организме человека. Понятие испарения и конденсации. Три агрегатных состояния воды. Применение воды в деятельности человека.
презентация [2,7 M], добавлен 19.02.2011Цифровая модель рельефа как средство цифрового представления пространственных объектов в виде трёхмерных данных. История развития моделей, виды, методы их создания. Использование данных радарной топографической съемки (SRTM) при создании геоизображений.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 10.04.2012Аэрокосмические методы исследования природной среды, представление о линеаментах и их изучение, анализ картографических материалов. Прогнозирования тектонически-опасных территорий и значение очагов землетрясений, искусственные взрывные землетрясения.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 29.05.2012Сведения о съемке. Геометрические свойства снимков. Комбинированный и стереотопографический методы аэрофототопографической съемки. Масштаб горизонтального аэрофотоснимка. Влияние рельефа на аэрофотоизображение. Измерение высот по разности параллаксов.
презентация [59,4 K], добавлен 22.08.2015Топографо-геодезические работы с применением спутниковой геодезической аппаратуры. Проектирование топографической съёмки, выполняемой посредством спутниковых определений. Сметный расчет на создание геодезической опорной сети для строительства газопровода.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 08.06.2013Виды топографических съемок: мензульная, теодолитная, нивелирование. Математическая обработка данных нивелирования поверхности по квадратам. Решение инженерных задач по топографическому плану. Построение графика заложения и линии с заданным уклоном.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 24.10.2013
