Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Методика первичной обработки цифровой информации высокого разрешения с метеорологических спутников земли

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Методика первичной обработки цифровой информации высокого разрешения с метеорологических спутников земли"

РГБ Ой ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ

НО ГЛДР,ОИЕТ$)Й}ЛОГИИ и МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ .С о Ы-' *

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

На правах рукописи УДК 551.506.7

МАНАЕНКОВА Елена Борисовна

МЕТОДИКА ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ С МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

11.00.09 - метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА - 19ЭЗ

Работа выполнена в Гидрометеорологическом научно-исследовательском центре Российской Федерации

кандидат технических наук В.Д. Жупанов

доктор физико-математических наук, профессор О.Д. Сиротенко, кандидат физико-математических наук П. Ю. Романов

Научно-производственное объединение "Планета"

Защита состоится "±2." СЕНТ. 1993 г. в часов ш заседании специализированного Совета Д 024.05.01 Гидрометцент| РФ ( 123242, г. Москва, Предтеченский пер. д. 9-13 ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Гидромет центра РФ.

Автореферат разослан -А &ГГ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета,

доктор физико-математических наук ^"н. с. Сидоренк

У „ V

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тены. Метеорологические искусственные спут-(ки Земли (ИИСЗ), позволяющие определять спектральные харак-зристики уходящего - отраженного солнечного и излученного ютемой "Земля-атмосфера" - электромагнитного излучения, яв-яются мощным средством для решения многих задач мониторинга риродной среды.

В отличие от аналоговой спутниковой информации (APT, EFAX), традиционно использующейся для оценки динамики атмос-ерных процессов, цифровые данные МИСЗ позволяют рассчитать оличественные характеристики подстилающей поверхности (альбе-,о, температуру, влажность, состав почвы и растительного попова) и облачного покрова, определить вертикальные профили •емпературы и влажности в тропосфере и стратосфере, а также ¡ычислить концентрации газовых составляющих атмосферы.

При разработке методов и алгоритмов тематического анализа ¡путниковой информации предполагается, что данные дистанционных измерений прошли соответствующую (первичную) обработку, г. е. сканерные данные уже откорректированы, откалиброваны (представлены в физических величинах) и выполнена их географическая привязка.

Современные микропроцессорные вычислительные средства позволяют создать работающую в масштабе реального времени компактную систему первичной обработки и видеотерминального анализа передаваемой с ШСЗ оперативной информации, объемом в десятки и сотни мегабайт.

Доступность информации ШСЗ практически в любой точке Земного шара и возможность их эффективной обработки, на ПЭВМ существенно расширяет область практического использования цифровой спутниковой информации.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы являете? создание методики первичной обработки и математического обеспечения видеотерыинального анализа цифровой информации высокого разрешения с геостационарных и полярно орбитальных МИСЗ.

Исходя из сложившейся в Росгидромете практики информационного обеспечения спутниковыми данными исследовательских \ оперативно-прогностических работ, поставлены следующие задачи:

1) создание методики и алгоритмов первичной обработм цифровой информации с МИСЗ, включая структуризацию и декодирование бинарного цифрового потока данных, контроль качества, радиометрическую коррекцию и калибровку данных измерений МИСЗ, географическую привязку и трансформацию изображений в картографические проекции;

2) разработка математического обеспечения многофункциональной графической системы для визуализации и видеотерминального анализа спутниковых изображений;

3) реализация на 32-битной ПЭВМ оперативной технологии приема и первичной обработки в масштабе реального времени цифровых данных дистанционного зондирования МИСЗ МЕТЕОБАТ и ИОАА.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) разработан способ структуризации бинарного информационного потока, позволяющий выполнять форматное преобразование бит-ориентированного потока данных без применения специализированных аппаратных средств;

2) разработан метод калибровки измерений ИСЗ МЕТЕОБАТ е ИК канале, позволяющий определять температуру водной поверхности с точностью 1-1.5°. Оценена возможность калибровки измерений МЕТЕОЗАТ по данным радиометра АУШ ША;

3) исследована редукция величины измеренного альбедс подстилающей поверхности, обусловленная ослаблением освещен-

ности. Предложен алгоритм коррекции измерений в видимом спектре (1 канал METE0SAT и 1,2 каналы AVHRR НОЛА ) в зависимости от фактического зенитного угла Солнца в момент измерений;

4) исследован характер ошибок в потоке цифровых данных МИСЗ, вызванных работой лриемо-передающей аппаратуры и условиях внешних интенсивных помех. Предложен градиентный метод обнаружения и фильтрации импульсных помех, обеспечивающий обнаружение ошибок и' восстановление данных с заданным уровнем качества.

Практическая значимость работы:

1) реализована на 32-битной ПЭВМ (ОС UNIX) технология обработки цифровой информации МИСЗ METEOSAT и N0AA. Эквивалентную схему первичной обработки планируется использовать в период проведения летных испытаний отечественного геостационарного МИСЗ (ГОМС);

2) в оперативной практике РосГМЦ используется технология подготовки комбинированных видеокарт Европы м Московского региона по цифровой информации METE0SAT и NOAA в полярной стереографической проекции;

3) программные средства видеотерминального анализа спутниковых изображений (система SATGRAF) обеспечивают расчет перемещения облачных систем, видеотерминальный анализ температуры подстилающей поверхности и подготовку твердых копий изпОра -жений.

Созданная технология внедрена в оперативную эксплуатацию в составе наземного комплекса приема и обработки спутниковых данных Гидрометцентра РФ.

На 5атиту выносится:

1) методика первичной обработки цифровой информации высокого разрешения, поступающей с геостационарных и полярно орбитальных метеорологических ИСЗ, включающая:

- градиентный метод обнаружения и фильтрации импульсных помех цифрового сигнала;

- алгоритм калибровки данных дистанционных радиометрических наблюдений МИСЗ;

- методику коррекции измеренного отраженного сигнала с учетом зенитного расстояния Солнца и способ коррекции орбитальных параметров ИСЗ;

- алгоритмы географической привязки, трансформации изоб-■ ранений и совмещения измерений МЕТЕОЭАТ и МОАА;

2) программная реализация предложенной методики, математическое обеспечение видеотерминального анализа и средства ведения оперативной базы цифровых данных дистанционного зондирования МИСЗ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Ученом Совзте, научных семинарах и конференциях РосГМЦ при обсуждении результатов НИР (Москва, 1989-1993 гг.). Всесоюзном семинаре "Системы экологического контроля вод" '(Севастополь. 1951 г.), международном научном семинаре "Космический мониторинг" (Украина, Киев, 1993 г.), международном научно-техническом семинаре "Экологический мониторинг" (С.-Петербург, 1993 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех )глав и заключения. Работа изложена на 152 страницах, включая 30 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 66 наименований, из них 42 на английском языке.

- 7 -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования. Кратко излагается содержание работы по главам.

В первой главе изложена постановка задачи первичной обработки цифровой информации МЙСЗ, обобщены требования к составу, качеству и пространственио-времзнному разрешению данных дистанционного зондирования, которые предъявляются к спутниковой информации при ее использовании в гидрометеорологии и смежных областях.

Основные задачи, решаемые на стадии первичной обработки, состоят в следующем: обработка кадра (структуризация входного потока данных, преобразование форматов данных высокого разрешения HR METEOSAT, HRPT МОАА и TIP NOAA); обработка данных радиометрических измерений (контроль качества и фильтрация ошибок, радиометрическая коррекция и калибровка); географическал привязка и трансформация изображений в картографические проекции; фрагментация изображений и оперативное ведение базы цифровых данных МЙСЗ.

Вторая глава содержит результаты работ по созданию методики первичной обработки цифровой информации высокого разрешения. поступающей с геостационарных (METEOSAT. GOES) и полярно-орбитальных (N0AA) МИСЗ. Представлены результаты апробации изложенных алгоритмов на большом объеме оперативных данных. Изложены особенности разработанных графических средств видеотерминального анализа спутниковых изображений на ПЭВМ.

Программные средства струтуразйции цифровой информации

разработаны для форматного преобразования, т.е. формирования байт-ориентированных последовательностей логических информационных блоков из исходного бинарного потока данных. Такой подход позволяет исключить аппаратуру кадровой синхронизации и существенно сокращает потери при приеме данных.

Контроль качества информации производится по степени наличия в ней ложных данных, обусловленных нарушением функционирования измерительной и приемо-передающей аппаратуры или наличием внешних интенсивных помех. Как показывает опыт бработки спутниковой радиометрической информации, наиболее часто встречаются следующие ошибки: значения яркостного кода выходят за пределы динамического диапазона измеряемых величин или возникают единичные выбросы (импульсные помехи),

В первом случае используется пороговый критерий обнаружения сбоев (фильтр экстремумов). В качестве пороговых значений используются экстремумы изображения либо величины, близкие к предельным для данного вида измерений. В случае отсутствия или ненадежности предварительных оценок реального диапазона яркостей, данные кадра исследуются на экстремумы построением спект-рально-яркостных гистограмм.

Для обнаружения и фильтрации импульсных помех разработан градиентный метод поиска единичных сбоев и коррекции ошибок по ортогональным направлениям (ортогональный градиентный фильтр). Критерием обнаружения единичных выбросов служит величина ДХ0 - значение линейного градиента измерений, соответствующее пороговому значению с обеспеченностью О.(рис.1). Решение о наличии ошибки принимается в том случае, когда для текущего значения яркостного кода Хп справедливо условие:

|К - X > ДХ„ к < |Х , XI а (1-1 0.5 п ♦ 1 - п

Ошибочные значения заменяются линейной интерполяцией значений соседних элементов изображения. Определяемый условиями фильтрации цифрового сигнала линейный размер искажений в 1 элемент позволяет избежать излишнего сглаживания поля измерений.

Данные дистанционных радиометрических наблюдений передаются с ИСЗ цифровым кодом. Для их последующего использования выполняется калибровка, т.е. представление результатов измерений в физических единицах.

Калибровка измерений может быть произведена с помощью двух или более внешних эталонных (реперных) объектов с известными радиояркостными характеристиками ("внешняя" калибровка), либо путем использования эталонных источников самого радиометрического комплекса ("внутренняя" или "бортовая" калибровка). В настоящей работе в качестве основного принят метод бортовой калибровки данных МЕТЕОЗАТ и Ж)АА, алгоритм которого разрабатывался с использованием известных рекомендаций (ЬаигПБоп, 1988) для ауш ж)аа .

При калибровке используются эталонные уровни радиотепло-: вого излучения от бортовых антенн, входящих в состав радиометрического комплекса (т.н. "холодного" и "горячего" бортовых источников) и/или открытого космоса. Повышение точности оценок достигается путем осреднения исходных реализаций эталонных сигналов в окнах порядка 50 линий сканирования.

Для расчета величины уходящего излучения в инфракрасной части спектра И = вХ + I вычисляются,коэффициенты С и I:

3 - < Н.рО!,,) -Я., ) /«.

и.р<Н.»> "С Х*р<Х^>'

где N , N . и & -- соответственно величина реликтового излу-

зр С I п I

чения космоса и эталонных бортовых источников; X , X,. и X

г 3 р п t с

- средние значения показаний при сканировании космоса и борто вых источников. X - яркостной код. При калибровке по излучени космоса dX » Xap-Xct. для режима калибровки по горячему источ пику - dX - Xct-Xht.

Радиояркостная температура вычисляется на основе завися мости величины излучения тела в известном диапазоне от ег температуры (функции Планка).

Расчет интегрального альбедо (А) элемента сканировани (1. 2 канал AVHRR и 20 канал HIRS N0AA) выполняется по фикси рованным значениям параметров GV и IV с учетом деградации ра диометров видимого спектра за период их эксплуатации:

А = GV k (X - Хзр) + IV.

где К - поправочный коэффициент для конкретного радиометра.

Для калибровки измерений в тепловых каналах METE0SAT работе используются как приведенные выше соотношения, так абсолютный калибровочный коэффициент (CAL), передаваемый ESC (Европейским Центром Обработки Спутниковых Данных) одновремен но с. данными наблюдений. Экспериментальная проверка показала что результаты калибровки данных METECSAT в ИК канале двум изложенными способами практически идентичны.

Точность определения температуры Тг по данным дистанцион них измерений с ИСЗ оценивалась по величине 6 = |Tr-Ts|. Ts фактическая температура водной поверхности - выбиралась и данных судовых измерений (код КН-01с) для соответствующих тс чек на поверхности Средиземного и Красного морей для ИС METE0SAT и Каспийского и Белого морей для ИСЗ N0AA.

Абсолютное значение величины 6 при статистической обеспе ченности около 800 синхронных пар измерений составило 0-3°.

- и -

'0% случаев для КОДА и в 90% - для МЕТЕОйАТ погрешность

определения температуры не превышала 1.5°.

Полученную точность калибровки измерений ИСЗ в ИК каналах (2 канал МЕТЕОЭАТ и 4. 5 - ЛУНИН Ж)АА) можно считать удовлетворительной, поскольку нельзя ожидать строгого совпадения данных спутниковых и судовых измерений. При интерпретации полученных оценок, необходимо иметь в виду, что Тг - есть температура тонкой поверхностной пленки воды (до десятков микрон), излучение которой частично поглощается газовыми компонентами и аэрозолями атмосферы, а Тб - температура верхнего 2-х метрового перемешанного слоя воды в точке измерения, причем на результатах контактных судовых измерений сильно (до 2°) сказывается волнение и турбулентность.

При отсутствии данных собственной бортовой калибровки радиометров спутника или изменении параметров оптической схемы радиометра видимого спектра (1 канал МЕТЕОБАТ), а также при необходимости совместного использования данных дистанционных измерений, выполненных с помощью различной аппаратуры, для расчета величин альбедо и радиояркостной температуры по данным МЕТЕОБАТ используется синхронная информация А'ЛШ КОАА.

Указанный способ состоит в следующем. Из синхронных по времени кадров выбирается фрагменты сравнительно однородных участков поверхности, по которым производится динамический расчет калибровочных коэффициентов (С) по ячейкам 32x32 точки (около 320x320 точек АУШ) с использованием соотношений:

н; - с„ (X - Хер).

V Спа-^. С1й -К4с4 +К5-с5.

сл " (.1, И*. ' <Х "ХзР >)

где сп - средние значения абсолютных коэффициентов калибровки

по п-му каналу N0AA за исключением коэффициентов менее чем 1% оог/спеченности; Rn - излучение в точке по данным МОАА в п-ом канале; X и Xsp - соответственно уровень яркости в этой же тачке и уровень космоса по данным METEOSAT; Кп • весовые коэффициенты для ИК каналов AVHRR (К, - 0.28. Кк = 0.72).

4 5

Описанный способ целесообразно использовать также при отсутствии данных о собственной бортовой калибровке радиометров спутника. Точность калибровки данных измерений METEOSAT оценивается в 1-3°.

Для повышения достоверности спектралыю-яркостных характеристик объектов в видимом спектре и возможности совмещения разновременных кадров или сопоставления со спектрозональными измерениями, проведенными с помощью другой аппаратуры, разработан алгоритм коррекции измеренного отраженного сигнала (в 1 канале METEOSAT и в 1,2 каналах AVHRR NOAA) в зависимости от фактического зенитного расстояния Солнца.

Результаты исследований, полученные Singh S.M. (1989), по оценке редукции отраженной радиации в видимом и ближнем ИК диапазонах AVHRR NOAA были дополнены соответствующими наблюдениями за поведением регистрируемого ИСЗ METEOSAT сигнала в видимом диапазоне при различной освещенности кадра для разных классов подстилающей поверхности.

Для получения зависимости величины измеренного альбедо А от зенитного расстояния Солнца г, были выбраны три участка земной поверхности с известными отражательными свойствами: поверхность песка в пустыне Сахара, поверхность, покрытая скудной растительностью и водная поверхность Средиземного моря.

Как видно из рис.2. измеренная спутником величина альбедо для разных классов подстилающей поверхности остается постоянной до некоторого начального зенитного угла Солнца (zo). Так. z песка составляет 30°. г -35°, z -60°. недостаток

о о_ра с I. отводы

- 13 -

Типичное распределение линейных градиентов яркостного кода в кадре М11СЗ МЕ'ГЕОБАТ

Зависимость измеренного с МИСЗ МЕТЕОБАТ'альбедо

подстилающей поверхности от зенитного расстояния Солнца. Д ,.0--------------------------

Рис. 2

освещенности при высоте Солнца he менее 30° (z >- 70°) практически не может быть компенсирован, поэтому измерения, выполненные в таких условиях, исключаются из рассмотрения.

Расчет альбедо выполняется по откорректированным значениям X' цифрового кода X в 1-том канале (iAVHRR=1>

1 =1): METEOSAT '

X'j = Xj / t(l-Az) cos a] где Д„ - поправка, учитывающая зенитный угол Солнца, a - угол сканирования точки.

Для расчета поправки Д^ для каждого из рассматриваемых классов отражающей поверхности при различных значениях зенитного угла Солнца были получены зависимости:

Л2 - [X^V - x, (z)] / xl(zo). где zg = л/6, X (¿o) и X (z) - значения цифрового кода, полученные при зенитных углах zo и z.

Как видно из рис.2, зависимость Дг = f(z) может быть описана функцией вида

Д2 - а (z - zo)b. Коэффициенты а и b для каждого класса поверхности (табл.1) были получены в результате регрессионного анализа фактических поправок.

При расчете зенитного угла (зенитного расстояния) Солнца для определения истинного положения Солнца используется мето; с вычислением уравнения центра (П.И. Бакулин, 1977). Сопоставление результатов расчетов показало возможность использованш для вычислений положения Солнца приближенных соотношений:

cos z = sin б sin ip + cos 5 cos tp cos x, T-T + X- 12 + ii.

360°

6 - 23 27' sin - (d - D).

365.2422

где 5 - склонение Солнца, ч>. Х- географические широта и долгота точки, т - часовой угол истинного Солнца, d - текущий день, D-день весеннего равноденствия (D-82), Т - среднесолнечное время Гринвича, т\ - уравнение времени, т.е. разность между истинным и средним солнечным временем (щ < 0.3°).

Табл. 1

Коррекция измеренного МИСЗ альбедо с учетом зенитного расстояния Солнца

N Тип Координаты Альбедо а Ь ■ 1

Ф X

I Песок 32° 9° 3855 0.985 1.406

II Скудная растит. 27°27' 17°13' со 0.724 1.592

III Вода 34° 14° 5% 0.621 1.644

Для коррекции измеренного с МИСЗ альбедо в зависимости от целей исследования предложено: производить расчет по опреде-' ленным для интересующего класса поверхности коэффициентам; производить расчет по осредненным коэффициентам (так, для полного формата земного диска, исходя из значения среднего планетарного альбедо Аз=35%, используются коэффициенты, определенные для класса I); .получать среднесуточные значения альбедо подстилающей поверхности составлением композиционных изображений из участков 24 дневных кадров с максимальной освещенностью.

Географическая привязка спутниковых изображений заключается в определении положения спутника на орбите, вычислении угла сканирования точки "и определении ее местонахождения на поверхности земного эллипсоида. Ориентация на численную обработку информации, а также существенное ограничение на время

обработки данных между сеансами приема и ведение цифрового ар хива делает предпочтительной методику навигации полярно орби тальных ИСЗ по орбитальным параметрам (Brush R.J.H., 1988) Алгоритм привязки METEOSAT построен на общих принципах навига ции геостационарных спутников (И.П.Ветлов. Н.Ф.Вельтищев, 196

Реализованный в работе алгоритм географической привязи обеспечивает расчет по текущим орбитальным параметрам (N0/ APT PREDICT) с точностью 1-3 элемента изображения. В случе необходимости возможно уточнение координат по опорным точкам.

Отклонения от расчетной точности (до 5-7 точек) моп наблюдаться на границах кадра N0AA. Показано, что снижеш точности географической привязки вызвано отклонением истинно! положения орбиты спутника от используемого в расчетах прогш за. передаваемого в телеграммах TBUS (PART IV). Для минимиз; ции ошлбки привязки разработан и реализован алгоритм коррект угла наклона орбиты, времени и долготы восходящего узла.

На основании опыта предшествующих разработок и обобщ; основные требования к видеотерминальному анализу спутников: изображений разработана многофункциональная графическая сист ма SATGRAF (Satellite Graphics).

SATGRAF - относительно несложная, нересурсоемкая и гибк система, легко настраивающаяся на конкретные цели работы. 0 ладает достаточным для оперативного применения и научно-иссл довательских работ цветовым, пространственным и функциональн разрешением (рис.З).

Меню-управляемая система SATGRAF работает в диалогов режиме. Графические процедуры пакета снабжены вспомогательн информацией, подсказками, сообщениями об ошибках и выполи? щихся функциях. Основные элементы экрана следующие: горизс тальное меню с заголовками вложенных меню, рабочая поверхнос (640x480 адр&суемых точек) и линия управления с ключевыми кс

Комбинированная видеокарта Европы, выполненная по синхронной цифровой информации с МИСЗ METEOSAT и NOAA, в среде графической системы SATGRAF

ISO! METEOSAT POLAR STEREOGRflPHIC PROJECTION 1110 ЯТ 60' CENT. MER.2S'

РИС. 3.

- 18 -

Гншациями клавиш текущего режима.

Пакет ориентирован на графическое представление и инте{ ретацию оригинальной цифровой информации метеорологических I МГГЕ05АТ, GOES и И0АА. однако возможна настройка на работ; информацией низкого разрешения, получаемой в форматах WEFA: APT.

На вход системы SATGRAF данные подаются в виде стандар1 оформленных файлов. Изображение визуализируется в 15 полуто Eiux градациях черно-белой или цветной палитры. Предусмотр возможность нанесения контрастной координатной сетки и бере вой линии, адресации к любому элементу изображения (курсор режим). нанесения текстовой и графической информации, маси бирования и Фрагментации изображения, подготовки графичес копий изображений, их печати и др.

Пакет может использоваться на персональных ЭВМ АТ/286-любой конфигурации с графическими адаптерами VGA и SVGA и требует специальной графической среды.

Результатом первичной обработки принятого сигнала явт ся файлы откорректированных и откалиброванных моноспектрал; данных унифицированной структуры, включающей заголовок, бинарную матрицу линий и поле данных.

Третью главу составляют материалы, обобщающие резуль практической реализации технологии первичной обработки ци вой информации МИСЗ на 32-битной ПЭВМ в многопрограммно мультипользовательской среде ОС UNIX.

Основные методологические принципы технологии nepev обработки цифровой информации МИСЗ состоят в следующем: вичной обработке должна подвергаться вся принятая информг весь цикл первичной обработки должен завершаться до ш следующего сеанса приема информации; подготовка инфор!

квитируется на численную и видеотерминальную тематическую работку; после завершения первичной обработки производится агментация откалиброванной информации, пополнение базы дон х и передача фрагментов пользователям на магнитных носителях .искетах) или по локальной компьютерной сети для дальнейшей матической обработки.

Потоковая схема обработки позволяет выполнить первичную ¡работку всего объема поступившей информации за один просмотр шных. Время выполнения цикла обработки кадра 1СЗ METfiOSAT )ставляет около 5 минут, а данных ИСЗ N0AA - 10 минут.

Для выбора требуемого набора данных для заданных районов азработаны средства Фрагментации и упаковки изображении, а акже ведения оперативной базы данных.

Упаковка позволяет сократить объем памяти хранения на 5-45% в зависимости от реального диапазона изменения архиви-уемых величин. При упаковке формируется непрерывная оинарнал оследовательносгь отклонений текущих значений от фиксирован-ого базового значения с точностью до первого десятичного зна-;а. За базовое принимается минимальное значение Фрагмента, [исло бит на элемент рассчитывается исходя из амплитуды значе-П1й фрагмента (как правило, 9-12 бит).

Для выбора фрагментов запросы пользователей оформляются в зиде расписаний, включаемых в общее расписание операционной зистемы и содержащих дату, время и параметры фрагментов: schedule: mm iih dd MM wd geo_.frarae.sli framed!). framed): S с f_ld c_lat c_.lon 1 p m, где mm, hh, dd, MM. wd, - соответственно минуты, час, день, месяц и день недели. geo_f.rame. sh - имя исполняемого модуля; frame(п) - ссылка на n-ый набор параметров фрагмента; S -спутник, с - канал, f_ld - идентификатор фрагмента. с_1at и с_1оп - географические координаты центра фрагмента, 1 и р -

число строк и элементов в строке, m - масштаб выбора данных.

Для доступа к информации в базе данных по именам фай* введен единый порядок наименования файлов:

MMddhhmm. sic,

где ММ, dd. hh, mm - месяц, день, часы и минуты проведения и мереьий, s - идентификатор спутника, 1 - идентификатор фра м"нта. с - канал. Например, файл 05201730.ММ2 содержит фра мент ИК изображения ИСЗ METE0SAT "Москва" за 20 мая 17:30 GN

В качестве примера использования разработанного nporpaf. ного обеспечения приводится описание оперативной технолог подготовки комбинированных видеокарт Европы и Московского р гиона в полярной стереографической проекции по синхронной ци ровой информации с МИСЗ METE0SAT и N0AA (рис.3).

Как вариант законченной технологии - от приема и перву ной обработки до оперативного накопления данных на магнить носителе - рассматривается цикл подготовки данных ИСЗ N0AA х целей оперативной оценки состояния посевов озимых культур.

Описаны и проиллюстрированы алгоритмы расчета перемещен облачных систем и средства видеотерминального анализа темпер туры подстилающей поверхности.

В заключении сформулированы основные результаты диссер! ционной работы:

1. Предложена и апробирована на оперативных данных ме! дика первичной обработки цифровой информации высокого разреи нпл МИСЗ:

- разработан помехоустойчивый способ программной струь туризации бинарного информационного потока, позволяющий выпс пять форматное преобразование данных без применения cneunaj зированных аппаратных средств;

- исследован характер ошибок в потоке циФрорых данш.

занных с работой ■ приемо-передающей аппаратуры в условиях пнях интенсивных помех. Предложен градиентный метод обнару-ля и фильтрации импульсных помех, обеспечивающий контроль и становление данных с заданным уровнем качества;

- разработан метод калибровки измерений исз METE0SAT в ИК але, позволяющий определять температуру водной поверхности точностью 1-1.5°. Оценена возможность калибровки измерений i METE0SAT по данным радиометра AVHRR ИСЗ N0AA;

- исследована редукция отраженного сигнала, обусловленная 1аблением освещенности подстилающей поверхности. Предложен ?оритм коррекции измеренного отраженного сигнала в зависи-:ти от фактического зенитного расстояния солнца в момент из-рений.

2, Разработано математическое обеспечение географической ивязки измерений геостационарных и орбитальных ИСЗ с точ-стью в 1-2 элемента изображения. Предложены алгоритмы транс-рмации спутниковых изображений в картографические проекции и фмирования совмещенных изображений METEOSAT и N0AA.

3. Разработана многофункциональная графическая система 4GRAF (Satellite Graphics), для которой реализованы алгорит-i расчета перемещения облачных систем, видеотерминального гализа температуры подстилающей поверхности и подготовки вердых копий изображений.

Комплекс программных средств, реализующий предложенную етодику первичной обработки цифровой информации МИСЗ в реаль-ом масштабе времени в среде операционной системы UNIX, создан а базе 32-битных ПЭВМ.

По теме диссертации опубликовано 7 работ, основные из к торых следующие:

1. Манаенкова Е.Б. Программное обеспечение видеотерм нального анализа и архивации WEFAX информации геостационарн ИСЗ // Труды Гидрометцентра СССР, 1992. вып. 317, с'. 38-42.

2. Жупанов В.Д., Манаенкова Е.Б., Лубов C.B. Первичн обработка данных измерений радиометра высокого разрешения И N0AA для целей агрометеорологических прогнозов // Труды Ро> гидрометцентра, 1993, вып. 327, с. 75-81.

3. Жупанов В.Д., Манаенкова Е.Б. Реализация на ПЭВМ мет дики первичной обработки цифровой информации МИСЗ // Труды HJ "Планета", 1993, вып. 43, стр. 18.