Программный комплекс локально-адаптивной обучаемой классификации для глобального картографирования земного покрова по спутниковым данным

Решение задач глобального спутникового мониторинга биосферы сопряжено, в частности, с необходимостью регулярного и методически единообразного картографирования растительности, что в свою очередь требует обеспечения высокого уровня автоматизации процессов обработки данных дистанционного зондирования. Разработанный в ИКИ РАН метод глобального картографирования растительного покрова по спутниковым данным основан на использовании алгоритма локально-адаптивной обучаемой классификации. Он предусматривает автоматизированное обучение классификатора на основе существующих цифровых карт с возможностью интерактивной коррекции базы опорных данных и автоматическую локально-адаптивную классификацию растительного покрова по регулярно обновляемым спутниковым данным.
Для реализации метода был создан комплекс программ, включающий в себя ряд функциональных блоков, выполняющих следующие процедуры обработки данных:
– гистограммная фильтрация исходных тематических данных с целью снижения уровня возможных ошибок;
– моделирование спектрально-отражательных характеристик смешанных классов;
– оценка локальных априорных вероятностей классов;
– построение локальных спектральных сигнатур классов;
– локально-адаптивная классификация спутниковых изображений.
Комплекс предназначен для работы под управлением ОС GNU/Linux. Он состоит из бинарных исполняемых модулей, написанных на языке C++ и осуществляющих вычислительные процессы, а также скриптов на языках Shell и Perl, выполняющих управляющие и вспомогательные функции.
В силу необходимости обработки больших объемов данных реализована возможность использования распределенных вычислений. Для этого комплекс устанавливается на несколько компьютеров, объединенных локальной сетью, каждый из которых может быть оснащен многоядерным процессором. Система управления устанавливается на один из компьютеров группы. Она имеет пользовательский web-интерфейс и автоматически распределяет задачи между компьютерами. Для хранения информации о задачах используется СУБД MySQL.
При разработке продуктов картографирования используется итерационный подход, предусматривающий экспертный поиск и коррекцию ошибок, а также последовательное изменение опорных данных. Система управления комплексом оптимизирована для многократной классификации исследуемой территории. Это позволяет сократить затраты времени на классификацию путем выделения участков изменений и ограничения объема вычислений. Для организации процесса разработки предусмотрена возможность архивирования версий продукта.
Комплекс был успешно применен при создании карты растительности России на основе данных системы Terra-MODIS.