Современные информационный технологии/3. Программное обеспечение
К.т.н Попов
С.Е., д.т.н. Потапов В.П., Семенов А.В.
Учреждение
Российской академии наук Институт вычислительных технологий СО РАН
Веб-сервис для обработки данных интерферометрии ALOS L1.0
В последние годы все активнее для изучения
природной среды применяются радиолокационные системы с синтезируемой апертурой,
главным достоинством которых является возможность получения изображений
независимо от состояния атмосферы и условий естественной освещенности
местности.
Для решения задач угледобывающей отрасли, таких
как: высокоточный учет объемов добычи в разрезах открытого типа, а так же,
обнаружение, и наблюдение просадок грунтов в районах угледобычи, используются
методы мониторинга на базе радиолокационной интерферометрии. Преимуществами
данного вида мониторинга являются:
·
Возможность
построения высокоточных (до 1 см и точнее, в зависимости от данных) высотных
моделей рельефа земной поверхности;
·
Всепогодность,
из-за высокой устойчивости радарного сигнала к атмосферным явлениям;
·
Регулярность,
благодаря размещению радарных сенсоров на космических аппаратах;
·
Сравнительная
простота получения качественной модели рельефа и минимальные трудозатраты при
обработке;
·
Относительно
малая стоимость за квадратный километр.
Большинство коммерческих продуктов, такие как ERDAS
Imagime, Geomatica, ENVI
работают с фокусированными радарными данными (L 1.1). Они позволяют,
манипулируя значениями растровых данных и их географической позицией, обнаружить
особенности местности, определять географические координаты этих объектов, извлекать
линейные объекты, разрабатывать пространственные модели обработки данных
(spatial modeler), переводить данных из одного формата в другой (import/export),
ортотрансформировать, составлять мозаики из изображений, получать
стереоизображения и автоматически извлекать географические данные.
Несмотря на богатые функциональные возможности,
у коммерческих продуктов в области ДДЗ есть один большой минус - их стоимость.
В "топовых" версиях она может доходить до 100 тыс. $. Более того, все они не позволяют работать с
нефокусированными данными уровня 1.0 (L 1.0). А учитывая
стоимость одного L 1.1 снимка, нижняя граница цен начинается с 200
тыс. руб., ситуация для научно-исследовательских учреждений в России становится
крайне сложной. С другой стороны, необработанные
(сырые) данные дистанционного зондирования уровня 1.0 (L 1.0) стоят на порядки
дешевле. К примеру, японская служба космических данных CROSS-EX (Internet data service system dedicated to ALOS) предлагает диапазон цен
за стереопару не более 40 тыс. рублей. К тому же, создано огромное количество
свободно распространяемого ПО, позволяющих вести обработку данных L
1.0 (ROI_PAC,
GMTSAR, библиотеки GMT, GDAL
и т.п.). Но у таких продуктов также есть свои минусы. Во-первых, компиляции и
установка их в UNIX-системы, является нетривиальным
процессом, за счет подключения дополнительных библиотек и сборок. А, во-вторых,
ввод данных на обработку осуществляется
в режиме консоли, и содержит порой огромное количество параметров, конфигураций
и схем, что крайне неудобно для современного пользователя, который может
оказаться и не специалистом в области программирования и администрирования в UNIX-системах.
Поэтому, разработка интуитивно понятного
интерфейса для пре- и пост-процессорной обработки RAW-данных радиолокационной
интерферометрии, основанной на принципах WYSIWIG, инкапсулирующего от
конечного пользователя сложное взаимодействие программных функционалов,
позволяющих непосредственно сосредоточится на научной проблеме, является, по
мнению авторов, весьма актуальной задачей.
Веб-сервис представляет собой
распределенное решение, построенное на базе технологий ASP.NET
и PHP. Отличительной чертой которого является распределение не
только клиент-серверной части, но и сервер-уровня. Функционал сервера
программно разделен на две составляющие (далее модуль "ALOS
Processor" и модуль "SAR Calc"):
веб-логика и расчетная логика. Первая реализована на базе .NET
Framework 4.0, развернута на веб-сервере IIS
7.0, вторая построена на базе PHP, с применением csh-интерпретатора,
развернута на веб-сервере Apache с применением службы FTP
(ОС Ubuntu Server 10.04).
В качестве расчетного ядра выбран opensource
пакет GMTSAR, который построен на основе библиотек GMT
и NetCDF, отличительной особенностью обработки является наличие
возможности "preprocess" - фокусировка
радарных данных ALOS уровня L 1.0. GMTSAR
содержит
набор csh-скриптов, которые составляют исполняемую среду обработки
переданных на вход, как пары SAR-снимков, так и пакетных
картриджей из 3 и более файлов, синхронизированных по времени, в порядке возрастания
временных отметок.
Рис. 1. Принципиальная
схема 2-шаговой обработки радарных снимков.
Контроль и управление GMTSAR-процессами
пользователей осуществляется посредством UNIX-утилиты (ps+top).
Так как каждый пользователь запускает процесс обработки SAR-данных
от своего имени, то процесс мониторинга и управления сводится к командному
интерпретатору UNIX.
Модуль "ALOS Processor"
содержит веб-форму (рис. 2.) для задания параметров конфигурационного файла GMTSAR,
в виде интуитивно понятного GUI-интерфейса. Веб-форма
разделена на секции, каждая из которых соответствует параметрам задаваемых для
этапов принципиальной схемы 2-шаговой обработки радарных снимков (рис. 1.). Форма позволяет
выбрать главную и зависимую радарную сцену, предварительно загруженную на FTP-сервер
(файл формата RAW SAR Data, *.0__A), а также подготовить топографическую сетку согласно
географическим координатам сцен. Топографическая основа генерируется при помощи
online веб-сервиса GMTSAR (рис. 3). Функционал модуля построен на базе метода WebRequest,
позволяющего получать сетевой поток ввода/вывода PHP-скриптов
модуля "SAR Calc".
Рис. 2. Веб-форма для
подготовки параметров обработки радарных данных ALOS L 1.0 пакетом
GMTSAR (фрагмент)
Рис. 3. Веб-сервис GMTSAR для генерации topo-основ
для радарных снимков
(http://topex.ucsd.edu/gmtsar/demgen/)
Модуль
"ALOS Processor" содержит
веб-форму (рис. 4.) для просмотра результатов работы модуля "SAR
Calc". Модуль SAR Calc
для каждого файла может генерировать трансформированный файл в географических
координатах (файлы с суффиксом "_ll", например, phase_ll.grd),
файл формата postscript и PNG (расширение .ps и .png) и файлы изображений Google
Earth
(расширение .kml).
Веб-форма модуля "ALOS Processor"
позволяет просматривать эскизы результатов процесса интерферометрии (.png
файлы) и их отображения в Google Earth
(.kml файлы), которое реализовано на базе Google
API с применением JavaScript.
Рис. 4. Веб-форма отображения результатов модуля "ALOS
Processor", с возможностью представления результатов
на 3D-картах Google Earth.
Разработанный веб-сервис является
инструментом научно-практического применения интерферометрической технологии
обработки радарных изображений ALOS L
1.0, позволяющий в интерактивном online-режиме формировать расчетные
процессы GMTSAR и просматривать результаты в графическом виде, что
значительно сокращает трудоемкость и повышает качество анализа данных на базе
ДДЗ, сокращая тем самым время и стоимость научно-исследовательских работ.
Литература:
1. Филатов
А. В. Обнаружение
подвижек земной поверхности в зоне интенсивной нефтедобычи методами радарной
интерферометрии // Вестник Югорского государственного университета. 2006. № 4.
С. 103–109.
2. Евтюшкин А.В., Филатов А.В. Технология построения
цифровых моделей рельефа местности и оценки смещений методом радарной
интерферометрии // Вестник НГУ (Серия: Информационные технологии).
2009. Том 7. Выпуск 1. С. 66-72.