Принципы построения региональной информационной системы аэрокосмического мониторинга с интеллектуальной распределенно-параллельной обработкой данных

Несмотря на стремительное развитие современных систем и программ глобального аэрокосмического мониторинга, с ростом доступности данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) различного спектрального и пространственного разрешения, и с распространением коммерческого программного обеспечения обработки и интерпретации аэрокосмической информации, позволяющих проводить широкому кругу пользователей автоматизированный анализ явлений и процессов ландшафтного покрова в региональном масштабе, особую значимость в мире получили региональные системы и центры аэрокосмического мониторинга, обеспечивающие приём, предварительную обработку, архивирование, каталогизацию аэрокосмических данных и их распространение конечным потребителям. Учитывая обширные территории Российской Федерации, в которой отдельные субъекты по площади порой соответствуют нескольким странам мира, необходимость в развитых региональных и территориальных центрах аэрокосмического мониторинга, ориентированных на региональные научные изыскания с учётом наземных наблюдений и другой доступной местной информации, повышающей адекватность проводимых исследований, очевидна. Однако, традиционно, вопросам создания наземных сегментов (в отличие от орбитальных) региональных и территориальных систем аэрокосмического мониторинга с центрами приёма, обработки и распространения, достаточного внимания не уделялось.
В связи с вышеизложенным предлагается вариант решения задачи построения системы аэрокосмического мониторинга нового поколения, базирующийся на результатах современных исследований в области информационных технологий и разработки математического и программного обеспечения сложной обработки данных ДЗЗ. Это позволит при решении современных задач аэрокосмического мониторинга наделять такие системы не существовавшими ранее возможностями создания оригинальных информационных продуктов с учетом доступных вычислительных мощностей, а также способствует обеспечению более развитого доступа к ним потребителей.
С учетом возможностей совершенствования в докладе изложены принципы построения региональной информационной системы аэрокосмического мониторинга, включая требования к системе, её обобщенную структуру, а также модульную структуру подсистем основной обработки данных.
Отличительной особенностью системы является возможность использования данных ДЗЗ с различными характеристиками, позволяющая с высокой степенью точности и оперативности выполнять сложную интеллектуальную обработку данных и создавать широкий спектр оригинальных информационных продуктов, направленных на решение задач аэрокосмического мониторинга. Значительное увеличение производительности обработки данных достигается применением методов и алгоритмов, адаптированных для распределенно-параллельных вычислений, применимых как на дорогостоящих суперкомпьютерах, так и на кластерах из недорогих ПЭВМ.
В частности показано, что основным потенциалом совершенствования систем аэрокосмического мониторинга является применение более сложной интеллектуальной обработки данных ДЗЗ, включающей автоматизированное параметрическое и непараметрическое дешифрирование мульти- и гиперспектральных аэрокосмических изображений (АИ) с различным пространственным и спектральным разрешением, построение моделей анализа ландшафтного покрова по разновременным данным и их использование при построении прогнозных ландшафтных карт, развитый пространственный анализ, выполняемый с использованием оригинальных и стандартных систем обработки и интерпретации данных ДЗЗ, современных геоинформационных систем, реализованных в единой информационной среде. Кроме того, возможно совершенствование процедур архивирования, каталогизации и передачи данных по каналам связи за счёт использования в них оригинальных методов сжатия АИ без потерь с учётом междиапазонной зависимости многоканальных данных ДЗЗ, а также сжатия АИ с потерями, допускающего автоматизированную обработку восстановленных АИ с приемлемой потерей точности.
Увеличение производительности обработки значительных объемов аэрокосмических данных реализуется не только за счет непосредственного использования высокопроизводительной программно-аппаратной среды, но и путём адаптации разработанных методов и алгоритмов обработки данных ДЗЗ к распределенно-параллельным вычислениям.