Высокоточная оценка смещений техногенных объектов на базе метода StaMPS на кластере по данным PALSAR и TERRASAR-X

Развитие вычислительной техники и систем радарного дистанционного зондирования Земли из космоса требуют постоянной разработки оптимальных технологий и алгоритмов оперативной тематической обработки спутниковых данных.
Накопление достаточного объема повторных съемок радара PALSAR, функционирующего на орбите в 2006-2011гг, позволило применить метод PSI (Persistent Scatterers Interferometry) на регион нефтедобычи с большим числом техногенных объектов. Метод позволяет анализировать отдельные когерентные точки на интерферограммах, соответствующие техногенным объектам, дающие высокий и устойчивый во времени уровень отражения и получать вертикальные смещения с точностью до 1мм.
Программа высокоточной оценки смещений техногенных объектов разработана на основе свободно распространяемого программного комплекса StaMPS (Stanford Method for Persistent Scatterers). Основная вычислительная часть программного комплекса реализована при помощи математического окружения MatLab.
Объемы исходных данных могут превышать 200Гб. Для оперативной обработки данных необходима реализация возможности распределенной обработки данных с использованием высокопроизводительных вычислительных система. Поэтому в разработанном программном комплексе реализована возможность распределенной обработки данных в двух вариантах:
•независимая обработка матриц интерферометрических фаз, когерентностей и других параметров съемки пар радиолокационных кадров;
•независимая обработка точек и подмассивов точек, соответствующих стабильным отражающим объектам.
Для оценки преимуществ распределенной обработки данных использовались вычислительные ресурсы:
1)персональная рабочая станция: 4-х ядерный процессор Intel Xeon 3.2ГГц с технологией гипертрейдинга, ОЗУ 12Гб;
2)кластер из нескольких ЭВМ: сетевой кластер из 4 персональных рабочих станций;
3)высокопроизводительный вычислительный кластер, состоящий из 128 узлов DELL Power Edge M600 Server. При проведении экспериментальных исследований использовалось 22 узла.
Обработка 18 кадров PALSAR на территорию Самотлорского месторождения проведена на всех трех конфигурациях вычислительных систем. Общее время вычислений по методу PSI в среде MatLab составило для конфигурации 1 - 40 часов, 2 - 3 часа, 3 - 2.4 часа. Подтверждается преимущество распределенной обработки.
Для результатов PSI обработки данных TERRASAR-X на Нижегородскую область дополнительно проведена проверка точности расчета смещений искусственных уголковых отражателей за время между последовательными съемками. Точки, соответствующие искусственным отражающим объектам, были идентифицированы на радарных кадрах TERRASAR-X на основе анализа индекса дисперсии амплитуды и для них были рассчитаны смещения между последовательными съемками. Для обеспечения многопользовательского доступа при анализе результатов интерферометрической обработки разработано программное обеспечение для экспорта в формат KML с последующим отображением в среде Google Maps в on-line режиме с использованием технологии хранения базы данных в СУБД PostgreSQL для среды GeoServer. Выполнена высокоточная оценка скорости смещений природных и техногенных, стабильно отражающих радиолокационный сигнал в течение длительного времени, расположенных на территории Самотлорского нефтяного и Губкинского газоконденсатного месторождений. Проверка и расчет погрешности полученных результатов проведены на основе материалов наземной геодезической съемки на пунктах геодинамического полигона.
Данные PALSAR предоставлены JAXA по грантам 07/JAXA/ASP №0704001 и 09/JAXA/AEO №022300. Данные TERRASAR-X предоставлены Infoterra Gmbh по соглашению №25306. Работа частично выполнена при поддержке Минобрнауки РФ по госконтракту №07.514.12.4027 в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».