Ukrainian (UA)Russian (CIS)

Технологія оброблення даних дистанційного зондування Landsat з використанням вільного програмного забезпечення з відкритим кодом

Вступ

Дані дистанційного зондування (ДДЗ) середньої роздільної здатності Landsat, що наразі вільно поширюються через веб-сервіс GLOVIS Геологічною службою США [8], мають значний потенціал у сенсі їх використання для вивчення багаторічної динаміки природних комплексів в установах природно-заповідного фонду (ПЗФ) України. Однак широке впровадження їх у практику моніторингу обмежується перш за все тим, що для обробки растрових даних зазвичай використовується дуже дороге комерційне програмне забезпечення. Як зазначалося автором в одній із попередніх публікацій [1], з огляду на реалії сучасного буття годі й сподіватися на бажаний рівень комплектації наукових відділів установ ПЗФ подібними комерційними програмними засобами. Це спонукало нас до опрацювання технології оброблення ДДЗ Landsat з використанням виключно вільного програмного забезпечення з відкритим кодом. Ця технологія передбачає лише попереднє оброблення ДДЗ, а саме обрізування заданої ділянки кожного спектрального каналу сцени і подальше поєднання окремих спектральних каналів у кольоровий растровий файл у форматі GeoTIFF для подальшого його аналізу за допомогою програмних засобів ГІС.

Технологію було апробовано при підготовці ДДЗ Landsat для оцінювання стану внутрішніх водойм аренних ділянок Чорноморського біосферного заповідника в рамках дослідження впливу багаторічної динаміки погодних умов на населення прибережних та водоплавних птахів [2].

Коротка характеристика використаного програмного забезпечення

Всю сукупність технологічних кроків з оброблення ДДЗ Landsat відпрацьовано в середовищі операційної системи Linux Ubuntu 10.04 LTS (Lucid Lynx). Наведемо список використаного програмного забезпечення та їх короткі характеристики.

GDAL (Geospatial Data Abstraction Library) - вільна бібліотека з відкритим програмним кодом, що призначена для читання та записування різних растрових форматів геоданих [4]. До складу бібліотеки також входить низка консольних утиліт, призначених для оброблення та конвертування растрових геоданих різних форматів. Утиліту gdaltranslate використано для обрізування заданої області з кожного спектрального каналу зі збереженням географічної прив'язки.

GIMP - вільний растровий графічний редактор з відкритим кодом [6]. За його допомогою здійснювалось поєднання окремих спектральних каналів у кольоровий растровий файл у форматі TIFF.

Listgeo - вільна консольна утиліта з відкритим кодом, що поширюється з бібліотекою libgeotiff і призначена для дампу метаданих з файла растрового зображення у форматі GeoTIFF [5].

Geotifcp - вільна консольна утиліта з відкритим кодом, яка поширюється з бібліотекою libgeotiff. Призначена для запису метаданих у файл растрового зображення у форматі TIFF і його перетворення у файл формату GeoTIFF [5].

До речі, назване програмне забезпечення доступне також і для операційної системи MS Windows у вигляді як окремих автономних інсталяторів (наприклад, GIMP), так і у складі комплексних програмних пакетів (приміром, GDAL, listgeo та geotifcp у складі FWTools для Windows [3]). Таким чином, всю описану нижче сукупність технологічних етапів з оброблення ДДЗ Landsat у принципі можна здійснити і в середовищі операційної системи MS Windows.

Технологія оброблення ДДЗ Landsat

Перед тим як перейти до комбінування окремих спектральних каналів у кольоровий растр, слід вирізати із сцени ту ділянку, що цікавить дослідника. Важливою вимогою цієї операції є збереження в результуючому фрагменті знімка географічної прив'язки. Для цього в командному рядку для каталогу, в якому містяться файли окремих спектральних каналів тієї чи іншої сцени ДДЗ Landsat, виконується така команда:

gdal_translate -projwin ulx uly lrx lry in_image.tif out_image.tif

де ulx та uly - довгота й широта (в одиницях географічної прив'язки сцени; для знімків Landsat такими одиницями є метри) верхнього лівого кута ділянки, що підлягає вирізуванню; lrx та Ігу - довгота й широта нижнього правого кута; in_image.tif - ім'я вхідного файла окремого спектрального каналу, що підлягає обрізуванню; out_image.tif - ім'я файла результуючого обрізаного зображення.

Цю команду слід виконати для кожного спектрального каналу тієї чи іншої сцени. З метою економії часу процес обрізування доцільно реалізувати циклом, виконавши у командному рядку таку команду:

mkdir ./cropping; for і in *.tif; do gdal_translate -projwin ulx uly lrx lry $i ./cropping/$i; done

Зазначена команда у каталозі з файлами сцени створить підкаталог /cropping, обійде по черзі всі файли окремих спектральних каналів сцени, обріже їх за заданими координатами і результуючі файли зображень складе у створеному підкаталозі /cropping.

До слова, для виконання операції обрізування за допомогою командної оболонки пакету утиліт FWTools, встановленого в операційній системі MS Windows, можна скористатися лише першою із двох описаних вище команд. Це пов'язано з тим, що остання команда містить специфічні для Unix-подібних операційних систем директиви, які не будуть працювати в операційній системі MS Windows.

Подальше оброблення обрізаних файлів окремих спектральних каналів здійснюється у растровому графічному редакторі GIMP. Треба відмітити, що процедуру обрізування сцени, описану вище, в принципі можна пропустити і відразу перейти до компонування кольорово­го растру з окремих спектральних каналів. Однак дослідника далеко не завжди цікавить вся сцена, а крім того, процедура створення RGB-растру в GIMP із цілісних файлів сцени потребує значних обчислювальних потужностей ПЕОМ. Так, для успішного виконання цієї операції необхідно мати комп'ютер з об'ємом оперативної пам'яті не менше 3 Гб.

Отже, подальша обробка здійснюється в такому режимі. Передусім слід відкрити в GIMP будь-який обрізаний файл спектрального каналу сцени з роздільною здатністю 30 м (для сцен, знятих сенсором ЕТМ+, це канали 1-5 та 7). Для цього використовується меню "File > Open...". На наступному етапі через меню "File > Open as Layers..." завантажуємо в GIMP всі файли окремих спектральних каналів з роздільною здатністю 30 м, у т. ч. і той, що був завантажений на попередньому етапі. Далі в палітрі "Layers", що викликається через меню "Windows > Dockable Dialogs > Layers", знаходимо шар з назвою "Background" і видаляємо його. Внаслідок сукупності проведених операцій отримуємо багатошаровий растровий графічний файл, в окремих шарах якого містяться всі 30-метрові спектральні канали сцени. За допомогою команди меню "File > Save As..." зберігаємо його у форматі зображення GIMP (із розширенням xcf) під будь-яким новим ім'ям.

Отриманий на попередньому етапі файл - дуже зручна форма зберігання ДДЗ Landsat. Зручність використання ДДЗ в такому вигляді полягає в тому, що, завантаживши файл у GIMP, шляхом нескладної операції дуже швидко можна отримати кольоровий RGB-растр з будь-якої комбінації спектральних каналів. З огляду на це всю наявну у науковому архіві Чорноморського біосферного заповідника колекцію ДДЗ Landsat було переведено саме в таку форму зберігання.

Створення скомбінованого із заданих спектральних каналів кольорового зображення фрагменту сцени Landsat з файла у форматі GIMP, отриманого на попередньому етапі, здійснюється так. Через меню "Colors > Components > Compose" викликається діалогове вікно збору каналів. У цьому вікні слід вибрати необхідну комбінацію спектральних каналів і натиснути кнопку "ОК", після чого запуститься нове вікно GIMP, яке міститиме зібраний кольоровий растр сцени. За необхідності його можна додатково обробити, наприклад, скоригувавши яскравість та контраст, збільшити чіткість зображення тощо. Після всіх процедур отримане зображення за допомогою команди меню "File > Save As..." слід зберегти у форматі TIFF (без компресії).

Для того щоб одержаний у результаті файл кольорового зображення сцени можна було завантажувати в ГІС, слід здійснити його географічну прив'язку. Оскільки це зображення за своїм розміром ідентичне будь-якому із зображень окремих спектральних каналів, що лягли в його основу, то найпростішим способом його географічної прив'язки є перенесення в нього дампу метаданих з будь-якого файла зображення вихідного спектрального каналу.

Спершу за допомогою утиліти listgeo здійснюється запис дампу метаданих з файла вихідного спектрального каналу в текстовий файл такою командою:

listgeo out_image.tif > geo.txt

Далі метадані з текстового файла geo.txt переносяться у кінцевий RGB-растр за допомогою утиліти geotifcp за командою:

geotifcp -g geo.txt rgb.tif rgb-geotiff.tif

де rgb.tif - ім'я файла, скомбінованого із заданих спектральних каналів кольорового зображення, яке було отримане за допомогою растрового графічного редактора GIMP; rgb-geotiff.tif - ім'я результуючого файла у форматі GeoTIFF.

Таким чином, за допомогою низки нескладних операцій, що виконуються виключно за допомогою вільного програмного забезпечення з відкритим кодом, на заключному етапі буде створено скомбінований із заданих спектральних каналів файл кольорового зображення фрагмента сцени Landsat, який можна для подальшої роботи завантажувати чи імпортувати до будь-якої настільної ГІС, що підтримує формат GeoTIFF (наприклад, Quantum GIS [7], GRASS [6] тощо).

Список використаних джерел

1. Москаленко Ю. О. Перспективи використання геоінформаційних систем (ГІС) для стаціонарних досліджень в установах природно-заповідного фонду // Значення та перспективи стаціонарних досліджень для збереження біорізноманіття: Матеріали міжнародної наукової конференції, присвяченої 50-річчю функціонування високогірного біологічного стаціонару "Пожижевська" (Львів-Пожижевська, 23-27 вересня 2008 р.). – Львів, 2008. – С. 294–295.

2. Москаленко Ю. А. Влияние многолетней динамики погодных условий на население водоплавающих и околоводных птиц аренных участков Черноморского биосферного заповедника в гнездовой период // Бранта. – 2010. – в печати.

3. FWTools: Open Source GIS Binary Kit for Windows and Linux. – 2010. – Access mode: http://fwtools.maptools.org.

4. GDAL Development Team. GDAL – Geospatial Data Abstraction Library: Version 1.7.2. – Open Source Geospatial Foundation, 2010. – Access mode: http://gdal.osgeo.org.

5. GeoTIFF. — 2010. — Access mode: http://trac.osgeo.org/geotiff

6. GIMP Development Team. GIMP – The GNU Image Manipulation Program: Version 2.6.8 – 2010. – Access mode: http://www.gimp.org.

7. GRASS Development Team. Geographic Resources Analysis Support System (GRASS) Software, Version 6.4.0. – Open Source Geospatial Foundation, 2010. – Access mode: http://grass.osgeo.org.

8. Quantum GIS Development Team. Quantum GIS Geographic Information System. – Open Source Geospatial Foundation Project, 2010. – Access mode: http://qgis.osgeo.org.

9. USGS Global Visualization Viewer. – 2010. – Access mode: http://glovis.usgs.gov.

 

Бібліографічне посилання:

Москаленко Ю. О. Технологія оброблення даних дистанційного зондування Landsat з використанням вільного програмного забезпечення з відкритим кодом // Національне картографування: стан, проблеми та перспективи розвитку: Збірник наукових праць / Відп. за вип. А. А. Москалюк. – К.: ДНВП "Картографія", 2010. – Вип. 4. – С. 39–42.

 

 

Коментарі  

 
# 22.03.2011 08:46
Дуже цікава стаття. В Україні взагалі нечасто доводиться чути про відкриті ГІС.
Відповісти | Відповісти цитуючи | Цитувати
 
 
 

Додати коментар


Захисний код
Оновити

Пошук
Користувальницький пошук