авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ

МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ И ДИНАМИКИ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ

СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

С.А. Барталев, М.А.

Бурцев, Е.А. Лупян, А.А. Прошин, И.А. Уваров

Институт космических исследований РАН,

117997 Москва, Профсоюзная 84/32

E-mail: beml@smis.iki.rssi.ru

Наземные экосистемы Северной Евразии играют ключевую роль в регулировании глобальных экологических процес сов и представляют собой непрерывно изменяющуюся систему со сложными внутренними связями и закономерно стями динамики. Разработка критериев и индикаторов устойчивого развития наземных экосистем требует регулярно обновляемой информации об их состоянии и происходящих в них динамических процессах. Современный этап разви тия спутниковых методов наблюдения Земли открывает возможности построения систем мониторинга на континен тальном и глобальном уровнях. Институт космических исследований РАН в партнерстве с рядом ведущих российских и зарубежных научно-исследовательских организаций разрабатывает системы спутникового мониторинга и тематиче ские информационные продукты, отражающие состояние наземных экосистем Северной Евразии. Создаваемые ин формационные продукты и базы данных могут найти использование при проведении фундаментальных исследований в области глобальных изменений климата и биосферы, а также для решения целого ряда прикладных задач управле ния природными ресурсами и хозяйственной деятельностью. Доступность этих данных широкому кругу ученых и специалистов является одним из необходимых условий проведения эффективных научных исследований по указан ным направлениям в регионе Северной Евразии. В настоящей статье представлена структура и базовые элементы ин формационной системы TerraNorte, призванной осуществлять систематизированное хранение и обновление геогра фических баз данных мониторинга наземных экосистем Северной Евразии и обеспечивать удаленный доступ пользо вателей к информации на основе Интернет-технологий.

Введение Наблюдаемые процессы глобальных изменений климата и биосферы находятся в настоящее время в центре внимания правительств наиболее развитых стан и ряда международных организаций (ООН, Евро пейская комиссия и др.). Результаты исследований указывают на возможную связь происходящего потеп ления с нарастанием процессов деградации экосистем, вызываемых, в частности, нерациональным лесо пользованием, повышением горимости лесов вследствие антропогенного влияния, гибелью лесных насаж дений в результате техногенного воздействия или массового размножения насекомых, несбалансированной эксплуатацией сельскохозяйственных и пастбищных земель, а также ряда других факторов.

Северная Евразия – это ключевой регион для изучения глобальных изменений, поскольку на блюдаемые в регионе климатические тренды относятся к числу наиболее заметных на планете. На земные экосистемы Северной Евразии, включающие в себя совокупность зональных природных ком плексов и простираемые от арктических пустынь и тундр до сухих южных степей и полупустынь, представляют собой непрерывно изменяющуюся систему со сложными внутренними связями и зако номерностями динамики. При этом, динамичность экосистем под воздействием природных, в том числе и внешне разрушительных, например, таких как лесные пожары, факторов часто является не отъемлемым условием их устойчивого развития. Вместе с тем, нарастающее антропогенное влияние привносит в экосистемы как внутренне не свойственные им факторы воздействия (рубка леса, техно генное загрязнение и т.д.), так и изменяет параметры изначально присущих ей факторов (лесные и травяные пожары, насекомые и т.д.), выводя их, в ряде случаев, за границы стационарных режимов.

Северная Евразия охватывает 19% поверхности суши Земли и 59% суши планеты, лежащей север нее 400 С.Ш. В Северной Евразии находится около 70% площади бореальных лесов и более 1/3 территории вечной мерзлоты планеты. Здесь расположены наиболее уязвимые экосистемы, функционирующие в экс тремальных климатических условиях. Отмеченное инструментальными наблюдениями прошлого столетия повышение температуры воздуха, было наибольшим во внутренних районах Северной Евразии, а модели рование будущих климатических трендов показывает, что самые большие изменения произойдут именно в этом регионе. В настоящее время значительные изменения наблюдаются в атмосфере, гидросфере, крио сфере и наземном покрове Северной Евразии, ясного объяснения причин которым пока не найдено.

Институт космических исследований РАН в партнерстве с ведущими российскими и зарубежными науч но-исследовательскими организациями разрабатывает методы и автоматизированные системы спутникового мо ниторинга наземных экосистем Северной Евразии для информационного обеспечения фундаментальных исследо ваний в области глобальных изменений климата и биосферы, а также решения экономически и социально значи мых задач устойчивого управления природными ресурсами и хозяйственной деятельностью в регионе. В резуль тате выполненных исследований к настоящему времени разработан ряд информационных продуктов, а также на коплены обширные и регулярно обновляемые базы данных, отражающие состояние и динамику наземных экоси стем Северной Евразии. Указанные данные чрезвычайно важны для использования в климатических моделях, для моделирования цикла углерода и других биогеохимических циклов, а также циклов воды и энергии, для оценки характеристик биологического разнообразия и ряда других важных аспектов взаимодействия наземных экосистем с климатической системой Земли и человеческим обществом. Разработанные базы данных должны стать доступ ными для их использования широким кругом ученых и специалистов. Информационная система TerraNorte при звана обеспечить систематизированное хранение накапливаемых данных спутникового мониторинга наземных экосистем Северной Евразии, обновление созданных географических баз данных по мере получения новых ин формационных продуктов, а также удаленный доступ к имеющимся данным заинтересованных пользователей на основе Интернет-технологий.

Исходные предпосылки для разработки системы TerraNorte Осознание необходимости открытого и эффективного доступа ученых и специалистов к данным о состоянии и динамике наземных экосистем Северной Евразии, как ключевого региона для проведения ис следований процессов глобального изменения климата и биосферы, а также появление целого ряда практи ческих предпосылок послужили импульсом и создали необходимый фундамент для разработки информа ционной системы TerraNorte.

Последние годы характеризуются стремительно возрастающими возможностями регулярного спут никового мониторинга Земли на континентальном и глобальном уровнях. Это, прежде всего, связано с за пуском и успешным функционированием спутниковых систем дистанционного зондирования SPOT Vegetation, Terra/Aqua-MODIS и Envisat-MERIS, обеспечивающих получение данных наблюдений в опти ческом диапазоне длин волн с низким и средним пространственным разрешением и высокой частотой на блюдений. Отличительной чертой использования этих спутниковых данных является политика открытого к ним доступа пользователей по сети Интернет, при высоком уровне технической поддержки и оперативно сти доставки данных, так как это реализовано, например, в системах распространения данных приборов SPOT-Vegetation (http://free.vgt.vito.be) и Terra/Aqua-MODIS (http://lpdaac.usgs.gov).

Развитию возможностей спутникового мониторинга на континентальном и глобальном уровнях также в существенной мере содействовала эффективная система сбора и распространения данных, получаемых радиомет ром высокого разрешения ETM+ со спутника Landsat-7, успешно функционировавшего до начала 2003 года. От крытый глобальный архив изображений Landsat-ETM+ (http://glcf.umiacs.umd.edu) в настоящее время не имеет аналогов и является одним из наиболее активно используемых в мире Интернет-ресурсов спутниковых данных.

В настоящее время с использованием спутниковых данных низкого разрешения создан ряд информацион ных продуктов глобального уровня, отражающих пространственное распределение, биофизические характеристи ки и динамические процессы в наземных экосистемах планеты. Получили широкое использование карты назем ных экосистем, созданные по данным NOAA-AVHRR в рамках проектов IGBP-DIS [1] и университета Мэриленд [2], а также по данным SPOT-Vegetation в рамках проекта Global Land Cover 2000 Объединенного исследователь ского центра Европейской комиссии [3] и данным Terra-MODIS в рамках проекта, выполняемого Университетом Бостона [4].

С использованием данных NOAA-AVHRR и Terra/Aqua-MODIS созданы глобальные продукты, отра жающие структуру растительного покрова в непрерывных шкалах (Vegetation Continuous Fields), в частности, сомкнутость лесного покрова, соотношение хвойных и лиственных пород в древесном пологе леса, и некоторые другие характеристики [5].

Для оценки масштабов воздействия огня на растительный покров планеты разработаны системы глобального мониторинга действующих пожаров по данным спутниковых приборов NOAA-AVHRR (World Fire Web http://www-gvm.jrc.it/tem/wfw/wfw.htm) [6], Terra/Aqua-MODIS (http://modis-fire.gsfc.nasa.gov) [7] и ATSR-ERS-2 (World Fire Atlas http://odisseo.esrin.esa.it/ionia/FIRE/AF/ATSR) [8]. В рамках координируемого Объединенным исследовательским центром Европейской комиссии проекта Global Burnt Area 2000 выпол нено глобальное картографирование повреждений растительного покрова пожарами в 2000 году [9].

Для обеспечения эффективного доступа пользователей к созданным информационным продуктам глобального уровня разработан ряд информационных систем, к наиболее известным среди которых можно отнести такие как:

• Global Land Cover Facility (http://glcf.umiacs.umd.edu) - крупный информационный ресурс, поддержи ваемый университетом Мэриленд (США). На сайте предусмотрен интерактивный поиск материалов по архиву спутниковых данных Landsat, ASTER, MODIS, а также, полученных с использованием этих данных, производных тематических продуктов, отражающих качественные и количественные характе ристики растительного покрова планеты;

• GeoSuccess (http://www.geosuccess.net) - система, поддерживаемая Фламандским институтом техноло гических исследований (VITO, Бельгия). На сайте представлены информационные продукты, получен ные по спутниковым данным, в том числе данные о первичной продуктивности, классификации био мов, температурных аномалиях и пройденных огнем территориях.

• Web-сайт GVM EC JRC – сайт Отдела глобального мониторинга растительности Объединенного исследова тельского центра Европейской комиссии (http://www-gvm.jrc.it), дающий доступ к глобальным данным о на земных экосистемах и повреждениях пожарами растительного покрова по состоянию на 2000 год.

Приведенные выше примеры спутниковых данных и тематических продуктов глобального уровня, а также систем доступа пользователей к этим данным являются ценным информационным ресурсом, в том числе, и для проведения биосферных и климатических исследований в регионе Северной Евразии. В то же время, в институтах Российской Академии Наук создан ряд тематически ориентированных систем спутни кового мониторинга и информационных продуктов национального и субконитентального уровней, обеспе чивающих в ряде случаев более детальную или не существующую на глобальном уровне, информацию о различных аспектах состояния наземных экосистем Северной Евразии и происходящих в них процессов.

Институтом космических исследований РАН в сотрудничестве с рядом институтов Сибирского от деления РАН накоплены и регулярно пополняются, полностью охватывающие территорию Северной Евра зии, долговременные архивы спутниковых данных NOAA-AVHRR. Разработана система синтеза улучшен ных, то есть свободных от влияния облаков, снежного покрова, и очищенных от аппаратных помех, сезон ных изображений по данным SPOT-Vegetation, а также разработана база данных сезонных изображений региона Северной Евразии за период начиная с 1998 года [10].

Полученная по данным SPOT-Vegetation карта наземных экосистем Северной Евразии [11] дает, на сегодняшний день, наиболее современное и точное описание географического распределения различных типов наземных экосистем в регионе. Эта карта легла в основу создания новой карты лесов России [12], отражающей распределение лесов по породному составу и сомкнутости полога.

Разработана автоматическая система картографирования поврежденной огнем растительности на основе комбинированного использования данных SPOT-Vegetation и результатов детектирования дейст вующих пожаров по данным Terra/Aqua-MODIS [13]. На ее основе создана до настоящего времени уни кальная по уровню точности и временному разрешению база данных для региона Северной Евразии за пе риод начиная с 2000 года [14].

Ведутся работы по созданию системы мониторинга состояния сельскохозяйственных угодий с ис пользованием спутниковых данных Terra/Aqua-MODIS пространственного разрешения 250 м [15]. После отработки методов анализа спутниковых данных на уровне ключевых регионов России планируется, что их использование позволить получать информацию о состоянии сельскохозяйственных земель на уровне всего зернового пояса Северной Евразии.

В Институте космических исследований РАН проводятся исследования по оценке возможностей использования спутниковых данных среднего разрешения (250-300м), получаемых приборами Terra/Aqua MODIS и Envisat-MERIS, а также изображений высокого разрешения Landsat-ETM+ и Метеор-3М/МСУ-Э для мониторинга вырубок лесов.

Таким образом, уже в настоящее время для региона Северной Евразии доступен достаточно представи тельный набор спутниковых данных различного разрешения и созданных на их основе информационных продук тов, которые могут быть эффективно использованы для проведения исследований в области глобальных измене ний биосферы и климата и представляют потенциальный интерес для широкого круга ученых и специалистов.

Кроме того, в недалеком будущем ожидается получение по спутниковым данным ряда информационных продук тов, характеризующих биофизические свойства растительного покрова, знание которых необходимо для модели рования продукционных процессов и компонентов углеродного цикла в наземных экосистемах.

Наряду с указанными выше предпосылками, немаловажным фактором также является многолетний опыт, накопленный к настоящему времени в Институте космических исследований РАН в области разработки инфор мационных систем автоматического сбора и распространения данных с использованием Интернет-технологий, который нашел применение и развитие при разработке информационной системы TerraNorte.

Место системы TerraNorte в функциональной структуре спутникового мониторинга наземных экосистем Северной Евразии Система TerraNorte является одним из ключевых структурных элементов системы спутникового мониторинга наземных экосистем Северной Евразии, функциональная схема которого в обобщенном виде представлена на рис. 1 и включает в себя следующие основные компоненты:

1. Подсистема сбора и предварительной обработки спутниковых данных;

2. Подсистема тематического анализа спутниковых данных;

3. Подсистема анализа данных и моделирования;

4. Информационная система TerraNorte.

Ниже рассмотрено содержание указанных компонентов системы спутникового мониторинга назем ных экосистем Северной Евразии.

Подсистема сбора и предварительной обработки спутниковых данных предназначена для формирования архивов данных спутниковых наблюдений и получения улучшенных, т.е. очищенных от влияния факторов, ограничивающих их использование (облака, тени, аппаратные помехи и т.д.), а также при необходимости скорректированных за влияние атмосферы, угловых условий освещения и наблюдения, продуктов данных.

Классифицируя доступные в настоящее время и активно используемые для мониторинга наземных экосистем Северной Евразии спутниковые системы оптического диапазона длин волн по уровню простран ственного разрешения, можно выделить следующие основные группы:

Данные низкого пространственного разрешения (~ 1 км), имеющие, как правило, наиболее высо кую периодичность наблюдений и способные не реже чем ежесуточно обеспечивать глобальное покрытие Земли (в бореальной зоне до 2-3 раз в зависимости от широты местности). К спутниковым инструментам этого уровня разрешения относятся системы NOAA-AVHRR, SPOT-Vegetation и Terra/Aqua-MODIS, обес печивающие получение данных измерений в широком диапазоне длин волн оптического спектра.

Данные среднего пространственного разрешения (~ 250-500 м), к числу которых относятся наблю дения, проводимые спутниковыми системами Terra/Aqua-MODIS и Envisat-MERIS. Эти системы, как пра вило, способны обеспечить глобальное покрытие в течение 1-3 дней и также проводят измерения в широ ком диапазоне длин волн.

Данные высокого пространственного разрешения (~ 20-50 м), обеспечивающие, как правило, час тоту наблюдений одной территории не чаще чем один раз в две недели. К спутниковым системам этого класса, в частности относятся Landsat-TM/ETM+, SPOT-HRV/HRVIR, Terra-ASTER, Метеор-3М/МСУ-Э.

Данные сверхвысокого пространственного разрешения (~ 1-3 м), применяемые, как правило, для выборочных наблюдений на нерегулярной основе. К их числу, в частности, относятся спутниковые систе мы IKОNOS, Quick Bird и SPOT-HRG.

Комбинированное использование спутниковых данных указанных выше групп, в совокупности с наличием соответствующих алгоритмов анализа данных и методов пространственного моделирования, по зволяет спроектировать систему мониторинга наземных экосистем Северной Евразии, обеспечивающую квазинепрерывность наблюдений при субконтинентальном охвате территории и получении в ряде случаев детальных характеристик ключевых объектов и явлений.

В настоящее время спутниковые данные и результаты их обработки поступают в систему из центра приема ИКИ РАН и центров сбора и обработки данных различных российских институтов (ИСЗФ СО РАН, ИОА СО РАН, ИКФИА СО РАН и др.). В систему также поступают данные из специализированных Рос сийских и международных центров приема, обработки и распространения спутниковых данных. При этом комплекс работ по созданию TerraNorte не предусматривает разработки новых технических и программных средств сбора и предварительной обработки спутниковых данных, а реализация соответствующей подсис темы основывается на тесной интеграции TerraNorte с комплексом разработанных в ИКИ РАН автоматиче ских технологий обработки различных типов спутниковых данных [16]. Получение и ведение архивов спутниковых данных, а также доступ пользователей к ним, как правило, обеспечиваются в рамках различ ных специализированных проектов, выполняемых ИКИ РАН и его партнерами. В рамках разработки Ter raNorte предусмотрено согласование протоколов и форматов получения спутниковых данных из внешних систем, а также отдельные специальные функции их предварительной обработки, целесообразность кото рых диктуется особенностями использования данных для решения задач оценки состояния и мониторинга динамики наземных экосистем, как, например формирование улучшенных сезонных композитных изобра жений по данным SPOT-Vegetation [10].

Подсистема тематического анализа спутниковых данных призвана обеспечить формирование тематических информационных продуктов о состоянии и динамике наземных экосистем Северной Евразии на основе использования данных спутниковых наблюдений, и включает в себя описанные ниже основные блоки.

Блок картографирования наземных экосистем ориентирован на получение информации о про странственном распределении покрытых и не покрытых растительностью земель, видовой и возрастной структуре растительности, а также ряде других количественных и качественных характеристик наземных экосистем Северной Евразии. На данном этапе целесообразно условно выделять субконтинентальный, ре гиональный и локальный уровни картографирования, различающиеся не только пространственной деталь ностью получаемых карт, и соответственно разрешением используемых данных дистанционных наблюде ний, но и их легендой в зависимости от региона и информационных возможностей спутниковых данных.

Согласованность и сопоставимость легенд карт различных уровней и регионов может быть эффективно обеспечена использованием разработанной ФАО Системы Классификации Наземного Покрова LCCS (Land Cover Classification System) [17] (www.glcn-lccs.org).

Блок оценки динамики наземных экосистем должен обеспечивать выявление следующих типов из менений в лесах:

1. Крупномасштабные изменения качественных и структурных характеристик растительного покрова в результате влияния факторов импактного деструктивного воздействия на наземные экосистемы, таких как пожары, вырубки, повреждения в результате техногенных воздействий, болезней и массового раз множения насекомых и ряда других явлений;

2. Долгосрочные тренды состояния растительности, отражающие восстановительную динамику и ход сукцессионных процессов на участках подвергнутых воздействию деструктивных факторов, реакцию растительности на продолжительное антропогенное воздействие и изменения климата, в частности, из менения видовой структуры и биометрических характеристик наземных экосистем, смещение границ биомов лес–тундра и лес–степь;

3. Фенологические изменения растительного покрова, определяемые сезонной ритмикой развития расти тельности, наличием снежного покрова в лесах, частотой и масштабами воздействия пожаров на экоси стемы.

Блок оценки биофизических характеристик растительного покрова (биомасса, FPAR, NPP, NEP, LAI) направлен на получение данных о продуктивности наземных экосистем с целью их использования в качестве параметров в моделях энерго– и газо– обмена в системе растительность – атмосфера, и, в частно сти, моделях углеродного цикла.

Решение указанных выше задач в общем случае требует использования временных серий данных спутниковых наблюдений. При этом, одним из эффективных подходов может быть основан на классифика ция факторов динамики лесных бореальных экосистем, при котором рассмотрение совокупной динамики лесов рассматривается в виде суперпозиции быстрых изменений, сезонной ритмики и трендовой динамики их состояния [18]. Это позволяет формализовать постановку задачи мониторинга динамических явлений в лесах и осуществлять в рамках предложенных представлений целевую разработку математических методов анализа данных спутниковых наблюдений.

Подсистема анализа данных и моделирования процессов в наземных экосистемах предназначена для создания производных информационных продуктов высокого уровня на основе банка данных TerraNorte с использованием специализированных алгоритмов тематического анализа и математических моделей и включает в себя, в частности, следующие типы моделей:

1. модели продукционных процессов в наземных экосистемах;

2. модели сукцессонной динамики растительности;

3. модели взаимодействия наземных экосистем и климата;

4. модели оценки компонентов цикла углерода и других биогеохимических циклов;

5. модели циклов энергии и воды.

Структура информационной системы TerraNorte Структура информационной системы TerraNorte включает в себя ряд рассмотренных ниже компо нентов, а именно:

1. Банк данных 2. Геоинформационная система 3. Подсистема удаленного доступа к данным Банк данных является ядром информационной системы TerraNorte и включает в себя полученные в результате предварительной обработки улучшенные продукты данных спутниковых наблюдений, разрабо танные на основе использования спутниковых изображений тематические информационные продукты, а также карты и базы данных, отражающие различные аспекты состояния и динамики наземных экосистем, климатической и социально-экономической систем Северной Евразии, полученные на основе данных, от личных от спутниковых.

С целью обеспечения эффективной выдачи информации пользователям, а также дополнительной обработки данных и создания новых информационных продуктов была разработана специальная структура внутреннего представления географической информации в банке данных информационной системы, вклю чая формат данных, их пространственную организацию и структуру атрибутивных таблиц.

В настоящее время банк данных включает в себя следующие информационные продукты:

1. очищенные от влияния облаков, теней, аппаратных помех и некоторых других факторов, сезонные (весна, лето, осень) мозаики данных SPOT-Vegetation за период 1998-2004 годы на всю территорию Се верной Евразии;

2. карта наземных экосистем Северной Евразии, полученная по данным SPOT-Vegetation;

3. карта лесов России, полученная на основе синтеза ряда информационных продуктов, таких как карта наземных экосистем Северной Евразии, карта лесов СССР и карта сомкнутости лесного покрова;

4. база данных повреждений наземных экосистем Северной Евразии пожарами за период 2000-2003 годов, детектированных по результатам анализа спутниковых данных SPOT-Vegetation, а также ряд производ ных информационных продуктов второго уровня, отражающих географическое распределение характе ристик продолжительности пожароопасных сезонов и интенсивности их воздействия на растительный покров.

Картографическая информация хранится в банке данных в растровом и векторном форматах. Век торное представление данных используется, в основном, для географической основы, в то время как, полу ченные по спутниковым данным, тематические информационные продукты сохраняют изначальную рас тровую форму представления. Внутреннее представление ГИС-слоев географической основы позволяет использовать их для задач картографирования в различных масштабах с разным уровнем генерализации.

Геоинформационная система предназначена для осуществления двух основных функций, а именно для обеспечения доступа локальных пользователей к банку данных TerraNorte, а также для проведения про странственного анализа и моделирования с целью получения производных информационных продуктов второго и более высокого уровней на основе различных пространственных данных.

Подсистема удаленного доступа к данным на основе Интернет-технологий обеспечивает пользова телям возможность получения как собственно информационных продуктов из банка данных, так и данных в виде табличных и графических документов, синтезируемых в соответствии с запросами пользователей. В настоящее время пользователи могут получить доступ к информационной системе TerraNorte через web сайт по адресу http://terranorte.iki.rssi.ru. Основной раздел сайта представляет пользователю информацион ные продукты в виде собственно продуктов спутниковых данных, цифровых карт и готовых к печати кар тографических документов, доступных для загрузки в компьютер пользователя, изображений для предва рительного просмотра продуктов, а также форм запросов к базе данных для интерактивного построения таблиц и графиков.

На основе карт повреждений экосистем пожарами с использованием методов ГИС-анализа была создана динамическая база данных о площадях повреждений экосистем пожарами на территории субъектов и федеральных округов РФ, а также стран региона Северной Евразии в разрезе различных типов наземных экосистем. Помимо непосредственной загрузки файлов базы данных в компьютер удаленного пользовате ля, ему предоставляется возможность интерактивной реализации запросов к базе данных, и получения ин формации о сезонной динамике повреждений экосистем пожарами в виде таблиц и графиков. Программное обеспечение сервера позволяет получить данные о повреждениях на территории интересующих админист ративных единиц различного уровня (субъекты РФ, федеральные округа, страны и группы стран) с различ ным уровнем обобщения по типам наземных экосистем. Доступные в настоящее время данные отражают динамику площади повреждений с декадным временным разрешением за период с 2000 по 2004 гг.

Разрабатываемый в настоящее время раздел «Карты on-line» предназначен для интерактивного дос тупа к спутниковым и картографическим данным непосредственно в окне web-браузера, что позволит пре доставить пользователю возможности анализа имеющихся в системе данных без инсталляции специального программного обеспечения на локальном компьютере.

Особенности программно-аппаратной реализации системы TerraNorte Техническая реализация информационной системы TerraNorte основана на объединенном использо вании нескольких файл-серверов, обеспечивающих хранение содержимого банка данных. При этом данные распределены между серверами в соответствии с их статусом (входные, промежуточные, выходные), типом (спутниковые, картографические, табличные) и форматом хранения (СУБД, бинарные файлы, файлы в формате ГИС-пакетов и др.) Доступ конечных пользователей к данным системы обеспечивается web-сервером. Он позволяет:

• просматривать карты и другие изображения в режиме on-line непосредственно в окне браузера;

• загружать информационные продукты на компьютер пользователя в виде файлов для работы в ГИС пакетах;

• делать запросы к базам данных через web-интерфейс для получения данных в форме таблиц и графиков.

Реализация web-интерфейса осуществляется на основе программного обеспечения ОС FreeBSD, HTTP-сервера Apache, СУБД MySQL и других, а также с использованием специально разработанных в ИКИ РАН программных средств.

Различные данные, предоставляемые web-сервером, подготавливаются различным образом в зави симости от сложности обработки и требуемой гибкости пользовательских запросов. Информационные про дукты, подготовка которых требует значительных временных затрат или участия экспертов (например, се зонные мозаики, карты пройденных огнем территорий, карты наземных экосистем), размещаются на серве ре в виде законченных и готовых для использования наборов данных. Продукты, которые могут быть под готовлены по запросу пользователя в режиме реального времени (например, статистические данные), соз даются программами-скриптами на web-сервере в автоматическом режиме на основе готовых информаци онных продуктов более низкого уровня.

Подготовка информационных продуктов осуществляется с помощью разработанных в ИКИ автома тизированных алгоритмов обработки спутниковых и картографических данных, реализованных в виде спе циального программного обеспечения, а также программ-скриптов и моделей для современных ГИС пакетов (ArcView GIS, ERDAS Imagine и др.) Регулярно поступающие в систему входные данные обрабатывается в автоматическом режиме спе циализированным программно-аппаратным комплексом, а получаемые результаты поступают в банк дан ных для централизованного хранения и последующего использования.

Перспективы развития информационной системы TerraNorte Первоочередные перспективы развития системы TerraNorte связаны с дальнейшим наполнением банка данных новыми информационными продуктами, отражающими динамику лесных экосистем в ре зультате вырубок, техногенных воздействий и других деструктивных природных и антропогенных факто ров, а также состояние сельскохозяйственных угодий. Рассматривается возможность включения в систему информационных продуктов, отражающих процессы лесовозобновления и сукцесионного развития насаж дений после воздействия деструктивных факторов, фенологической динамики растительного покрова Се верной Евразии, динамики снежного покрова и ряда других продуктов, извлекаемых из данных спутнико вых наблюдений. Предполагается расширение функциональности пользовательского интерфейса интерак тивного доступа к данным: добавление новых форм запросов данных, средств визуализации спутниковых и картографических данных на web-сайте.

Информационная система TerraNorte уже нашла применение в исследованиях динамики наземных экосистем, в частности, при оценке площадей пройденных огнем территорий северной Евразии. Ожидается, что использование системы позволит провести новые научные исследования в области динамики и устой чивого развития наземных экосистем в условиях влияния антропогенных факторов и изменяющегося кли мата, включая оценки элементов углеродного баланса в наземных экосистемах Северной Евразии.

Разработка информационной системы поддержана Российским Фондом Фундаментальных Иссле дований (проект № 04-07-90263-в).

Литература 1. Loveland, T. R., Zhu, Z., Ohlen, D. O., Brown, J. F., Reed, B. C., and Yang, L. 1999, An analysis of the IGBP Global Land-Cover Characterization Process, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 65, 1021 – 2. Hansen, M., DeFries, R., Townshend, J. R. G. and Sohlberg, R., 2000, Global land cover classification at 1km resolution using a decision tree classifier, International Journal of Remote Sensing. 21: 1331-1365.

3. Bartholom, E. and Belward, A. S., 2005, GLC2000: a new approach to global land cover mapping from Earth Observa tion data. International Journal of Remote Sensing in press, March 2005.

4. Friedl, M. A., D. K. McIver, J. C. F. Hodges, X. Y. Zhang, D. Muchoney, A. H. Strahler, C. E. Woodcock, S. Gopal, A.

Schneider, A. Cooper, A. Baccini, F. Gao and C. Schaaf (2002). “Global land cover mapping from MODIS: Algorithms and early results.” Remote Sensing of Environment 83: 287-302.

5. Hansen M. C., R. S. DeFries, J. R. G. Townshend, M. Carroll, C. Dimiceli, and R. A. Sohlberg, 2003. Global Percent Tree Cover at a Spatial Resolution of 500 Meters: First Results of the MODIS Vegetation Continuous Fields Algorithm, Pub lished Date: 9 September 2003, Earth Interactions 6. Grgoire J-M., and S. Pinnock, 2000 The World Fire Web network. A satellite based system for globally mapping fires in vegetation. Publication of the European Communities, S.P.I.00.11, p. 6, 2000.

7. Justice, C. O, Giglio, L., Korontzi, S., Owens, J., Morisette, J. T., Roy, D., Descloitres, J., Alleaume, S., Petitcolin, F., and Kaufman, Y., 2002, The MODIS fire products. Remote Sensing of Environment, 83:244-262.

8. Arino O., and Rosaz J.M. 1997 World Fire Atlas. Proceedings of conference on Remote Sensing and Forest Monitoring, Rogow, Poland, p.606-615.

9. Grgoire, J.-M., Tansey, K., & Silva, J.M.N. (2003). The GBA2000 initiative: Developing a global burned area database from SPOT-VEGETATION imagery. International Journal of Remote Sensing, 24, 1369 - 1376.

10. Барталев С.А., Егоров В.А., Ильин В.О., Лупян Е.А. Синтез улучшенных сезонных изображений Северной Евразии для картографирования и мониторинга динамики растительности по данным SPOT-Vegetation // Всероссийская конференция "Дистанционное зондирование поверхности Земли и атмосферы", Иркутск, 2-6 июня 2003, 9 стр.

11. Bartalev, S.A., A.S. Belward, D. V. Erchov, and A. S. Isaev, 2003, A new SPOT4-VEGETATION derived land cover map of Northern Eurasia, International Journal of Remote Sensing, Vol. 24, No. 9, 1977 – 12. Барталев С.А., Ершов Д.В., Исаев А.С, Потапов П.В., Турубанова С.А., Ярошенко А.Ю. Карта лесов Российской Федерации. База данных информационной системы спутникового мониторинга наземных экосистем Северной Евразии, Институт космических исследований РАН (http://terranorte.iki.rssi.ru.).

13. Егоров В.А., Барталев С.А. Анализ временных серий спутниковых данных SPOT-Vegetation для детектирования повреждённой пожарами растительности Северной Евразии // Сборник научных статей Второй открытой Всерос сийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Институт кос мических исследований РАН, Москва, 16-18 ноября 2004г. (настоящий сборник) 14. Барталев С.А., Егоров В.А., Лупян Е.А., Уваров И.А. Оценка площадей повреждений наземных экосистем Север ной Евразии пожарами в 2000–2003 годах по спутниковым данным инструмента SPOT-Vegetation // Сборник на учных статей Второй открытой Всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондиро вания Земли из космоса», Институт космических исследований РАН, Москва, 16-18 ноября 2004г. (настоящий сборник) 15. Нейштадт И.А., Барталев С.А., Ершов Д.М., Лупян Е.А., Савин И.Ю. Алгоритмы анализа данных спутниковых наблюдений TERRA-MODIS для мониторинга сельскохозяйственных земель // Геоинформатика. Международная научно-техническая конференция, посвященная 225-летию МИИГАиК, Москва, 2004, 205-209 с.

16. Лупян Е.А., Мазуров А.А., Назиров Р.Р., Прошин А.А., Флитман Е.В. Технология построения автоматизированных информационных систем сбора, обработки, хранения и распространения спутниковых данных для решения науч ных и прикладных задач. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных объектов и явлений.

Сборник научных статей, Москва, Полиграф сервис, 2004 с 81-89.

17. Di Gregorio A. and Jansen L.J.M., 2000. Land Cover Classification System, concepts and user manual, GCP/RAF/287/ITA Africover (Food and Agriculture Organization of the United Nations Publishing Service, Viale delle Terme di Caracalla, 00100, Rome, Italy). 179 pp 18. Bartalev, S.A., A.S. Belward, 2002, Land cover and phenological monitoring in boreal ecosystems using the SPOT - VEGETA TION instrument: new observations for climate studies. In proceedings of the Use of Earth Observation data for phenological monitoring workshop held in Joint Research Centre, Ispra (VA) Italy 12th -13th December 2002, pp. 41- Рис. 1 Основные компоненты системы спутникового мониторинга наземных экосистем Северной Евразии

 














 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.