Информационная система экологического мониторинга объектов горнопромышленного комплекса Хабаровского края по спутниковым данным

Данная работа посвящена описанию структуры информационной системы экологического мониторинга объектов горнопромышленного комплекса Хабаровского края по спутниковым данным. Она предназначена для каталогизации, предобработки, автоматического сегментирования и экологического анализа снимков. Актуальность решения обусловлена быстрым ростом объёмов данных дистанционного зондирования и невозможностью их оперативной ручной обработки. Система ориентирована на мониторинг наземных объектов горной промышленности Хабаровского края, но спроектирована универсально, что позволяет её использовать для других регионов и задач.
Основными входными данными информационной системы служат спутниковые снимки Sentinel-2 с добавлением снимков семейства спутников Landsat для увеличения периода мониторинга. Различия в пространственном и спектральном разрешении устраняются процессом унификации, состоящем из нескольких этапов: перепроецирования, увеличения пространственного разрешения для снимков Landsat, спектральной коррекции, шумоподавления и нормализации. Также в системе реализована возможность использования дополнительных источников данных (дроны, аэросъёмка, наземные наблюдения).
Архитектура информационной системы состоит из следующих модулей: хранилища и менеджера данных, модуля обработки и анализа. Это обеспечивает гибкость и простоту последующей модификации системы.
Хранилище разделено логически на три блока: необработанные снимки с полным набором метаданных (координаты, дата, система координат, характеристики спутника и параметры каналов), обработанные снимки с учётом этапов предобработки и информация об объектах наблюдения, содержащий области интереса и описания объектов (растительность, водные и техногенные объекты) с пространственными атрибутами и привязкой к снимкам. Менеджер данных отвечает за каталогизацию и управление данными.
В модуле обработки реализуется унификация исходных данных, возможность расчёта растровых индексов, применение методов машинного обучения для сегментации объектов горнопромышленного комплекса и классификации типов растительности.
Аналитический модуль проводит следующие экологические расчёты: оценка состояния здоровья лесных массивов, расчет объёма дражных отвалов, оценка влияния угольного пылевого загрязнения на растительность, анализ содержания тяжелых металлов в почве; и для каждого процесса формирует аналитический отчёт с помощью ИИ-агента.
Предложенная платформа обеспечивает сквозную обработку от исходных данных до составления аналитического отчёта, позволяя существенно сократить обработку большого объёма спутниковых данных для проведения экологического мониторинга.
Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 24-11-20029, https://rscf.ru/project/24-11-20029/, и гранта Правительства Хабаровского края (Соглашение № 107С/2024 от 31.07.2024 г.)