SFire - составление карт гарей лесных массивов в Quantum GIS (Геоконкурс 2011): различия между версиями
Verzhak (обсуждение | вклад) (Новая страница: «{{Статья|Черновик}} == Введение == Важной задачей мониторинга природопользования является ...») |
Verzhak (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
Строка 62: | Строка 62: | ||
# выбрать пункт "Составление карт гарей лесных массивов" в одноименном подменю меню "Модули" панели инструментов QGIS (рисунок \ref{image:menu}). | # выбрать пункт "Составление карт гарей лесных массивов" в одноименном подменю меню "Модули" панели инструментов QGIS (рисунок \ref{image:menu}). | ||
[[Файл:Sfire-qgis-1.png]] | |||
\mimage{manage"{1."Менеджер модулей QGIS}{} | \mimage{manage"{1."Менеджер модулей QGIS}{} | ||
[[Файл:Sfire-qgis-2.png]] | |||
\mimage{menu}{2.png}{Меню "Модули"}{} | \mimage{menu}{2.png}{Меню "Модули"}{} | ||
Строка 74: | Строка 76: | ||
Обучающее множество векторов сохраняется в три файла - по одному для каждого из целевых классов. | Обучающее множество векторов сохраняется в три файла - по одному для каждого из целевых классов. | ||
[[Файл:Sfire-qgis-103.png]] | |||
"age{create:1}{103.png}{Вкладка "Создание обучающего множества векторов"}{} | "age{create:1}{103.png}{Вкладка "Создание обучающего множества векторов"}{} | ||
[[Файл:Sfire-qgis-104.png]] | |||
\mimage{create:2}{104.png}{Составление обучающего множества векторов}{} | \mimage{create:2}{104.png}{Составление обучающего множества векторов}{} | ||
[[Файл:Sfire-qgis-105.png]] | |||
\mimage{create:3}{105.png}{Обучающее множество векторов составлено}{} | \mimage{create:3}{105.png}{Обучающее множество векторов составлено}{} | ||
Строка 84: | Строка 90: | ||
По завершению обучения классификатора описатели двух машин опорных векторов, его составляющих, сохраняются каждый в отдельный файл. | По завершению обучения классификатора описатели двух машин опорных векторов, его составляющих, сохраняются каждый в отдельный файл. | ||
[[Файл:Sfire-qgis-106.png]] | |||
\mimage{teach:1}{106.png}{Вкладка "Обучение классификатора"}{} | \mimage{teach:1}{106.png}{Вкладка "Обучение классификатора"}{} | ||
[[Файл:Sfire-qgis-108.png]] | |||
\mimage{teach:2}{108.png}{Обучение классификатора}{} | \mimage{teach:2}{108.png}{Обучение классификатора}{} | ||
[[Файл:Sfire-qgis-109.png]] | |||
\mimage{teach:3}{109.png}{Обучение классификатора завершено}{} | \mimage{teach:3}{109.png}{Обучение классификатора завершено}{} | ||
Строка 94: | Строка 103: | ||
Карта гарей сохраняется в виде растровой маски в файле формата GeoTIFF. | Карта гарей сохраняется в виде растровой маски в файле формата GeoTIFF. | ||
[[Файл:Sfire-qgis-111.png]] | |||
\mimage{map:1}{111.png}{Вкладка "Формирование карты гарей лесного массива"}{} | \mimage{map:1}{111.png}{Вкладка "Формирование карты гарей лесного массива"}{} | ||
[[Файл:Sfire-qgis-112.png]] | |||
\mimage{map:2}{112.png}{Формирование карты гарей лесного массива}{} | \mimage{map:2}{112.png}{Формирование карты гарей лесного массива}{} | ||
[[Файл:Sfire-qgis-113.png]] | |||
\mimage{map:3}{113.png}{Карта гарей лесного массива сформирована}{} | \mimage{map:3}{113.png}{Карта гарей лесного массива сформирована}{} | ||
Строка 104: | Строка 116: | ||
В качестве векторной карты леса был использован слой "vegetation-polygon" из числа слоев, сохраненных в наборе shape - файлов в рамках проекта "Данные OpenStreetMap в формате Shape и PostGIS"[http://gis-lab.info/projects/osm_shp/region/RU-RYA], разрабатываемого порталом GIS - Lab. | В качестве векторной карты леса был использован слой "vegetation-polygon" из числа слоев, сохраненных в наборе shape - файлов в рамках проекта "Данные OpenStreetMap в формате Shape и PostGIS"[http://gis-lab.info/projects/osm_shp/region/RU-RYA], разрабатываемого порталом GIS - Lab. | ||
[[Файл:Sfire-qgis-map_2011.png]] | |||
\mimage{result}{map_2011.png}{Карта гарей лесного массива части национального парка "Мещерский" от 29-го июля 2011-го года}{} | \mimage{result}{map_2011.png}{Карта гарей лесного массива части национального парка "Мещерский" от 29-го июля 2011-го года}{} | ||
Версия от 15:59, 24 марта 2012
Введение
Важной задачей мониторинга природопользования является учет и картографирование территорий, пострадавших в результате лесных пожаров.
Отслеживанию пожарной динамики и оценке последствий пожаров был посвящен геоконкурс [1], проведенный порталом GIS - Lab совместно с рядом российских и зарубежных компаний. Описываемый плагин был разработан для данного геоконкурса в рамках магистерской диссертации разработчика.
Ядром плагина является классификатор, состоящий из двух машин опорных векторов. На вход классификатора подается вектор спектральных яркостей пикселя спутникового снимка, с выхода классификатора снимается номер класса, к которому отнесен пиксель. По номерам классов плагин составляет карту гарей и сохраняет ее в файле формата GeoTIFF с привязкой карты к системе координат WGS84 и проекцией карты в проекцию UTM. Пиксели результирующей карты гарей могут быть установлены в следующие значения:
- 3 - пиксель занят лесом;
- 2 - пиксель занят гарью;
- 1 - пиксель не занят ни лесом, ни гарью;
- 0 - пиксель не попал в область интереса (AOI).
Входными данными для составления карты гарей являются:
- "старший" и "младший" спутниковые снимки - спутниковые снимки, по которым плагин составляет обучающее множество векторов, на котором обучает и тестирует качество обучения классификатора.
Обучающее множество векторов образуют вектора спектральных яркостей части пикселей младшего спутникового снимка.
Старший и младший спутниковые снимки должны быть сделаны в период активной вегетации растительности (конец весны - начало лета), примерно в одно и то же время с разницей в один - два года;
- карта леса и область интереса - полигональные векторные слои, сохраненные в файлах формата ESRI Shape.
Карта гарей будет составлена только для пересечения данных двух векторных слоев;
- несколько обрабатываемых спутниковых снимков, для которых будут составлены карты гарей.
В качестве источника спутниковых снимков должен исльзоваться КА "Landsat 5", данные от которого могут быть получены с помощью EarthExplorer [2].
Спутниковые снимки должны пройти предварительную обработку с целью минимизации помех и для устранения посторонних объектов (облака, дымка и тому подобные вещи).
Установка
Плагин SFire является свободно распространяемым программным обеспечением (лицензия GPLv3).
Имеются следующие требования к программной части вычислительной системы, в которой предполагается запуск плагина:
- ОС GNU/Linux;
- компилятор GNU C Compiler из состава коллекции компиляторов GNU Compiler Collection;
- интерпретатор для языка программирования Python 2;
- средство автоматизации сборки GNU Make;
- система контроля версий Git;
- программные библиотеки Qt4, pyqt4, GDAL / OGR;
- утилита swig;
- ГИС Quantum GIS версии не ниже 1.7.
Для установки плагина необходимо выполнить следующие действия:
- скачать исходный код плагина: git checkout git://github.com/verzhak/sfire.git
- перейти в каталог с исходным кодом плагина: cd sfire
- собрать плагин: make
- создать символьную ссылку на каталог с исходным кодом плагина в каталоге с плагинами для QGIS: ln -s `pwd` ~/.qgis/python/plugins/
Запуск
Для запуска плагина необходимо выполнить следующие действия:
- запустить qgis;
- подключить плагин (рисунок \ref{image:manager});
- выбрать пункт "Составление карт гарей лесных массивов" в одноименном подменю меню "Модули" панели инструментов QGIS (рисунок \ref{image:menu}).
\mimage{manage"{1."Менеджер модулей QGIS}{} \mimage{menu}{2.png}{Меню "Модули"}{}
Составление карты гарей
Составление обучающего множества векторов
Обучающее множество векторов спектральных яркостей пикселей младшего спутникового снимка составляется по старшему и младшему спутниковым снимкам, векторной карте леса и области интереса.
Составление обучающего множества осуществляется на вкладке "Создание обучающего множества векторов" главного окна плагина (рисунки \ref{image:create:1}, \ref{image:create:2} и \ref{image:create:3}).
Обучающее множество векторов сохраняется в три файла - по одному для каждого из целевых классов.
"age{create:1}{103.png}{Вкладка "Создание обучающего множества векторов"}{} \mimage{create:2}{104.png}{Составление обучающего множества векторов}{} \mimage{create:3}{105.png}{Обучающее множество векторов составлено}{}
Обучение классификатора
Обучение классификатора производится по обучающему множеству векторов с помощью вкладки "Обучение классификатора" главного окна плагина (рисунки \ref{image:teach:1}, \ref{image:teach:2} и \ref{image:teach:3}).
По завершению обучения классификатора описатели двух машин опорных векторов, его составляющих, сохраняются каждый в отдельный файл.
\mimage{teach:1}{106.png}{Вкладка "Обучение классификатора"}{} \mimage{teach:2}{108.png}{Обучение классификатора}{} \mimage{teach:3}{109.png}{Обучение классификатора завершено}{}
Составление карты гарей
Составление карты гарей по некоторому спутниковому снимку производится с помощью вкладки "Формирование карты гарей лесного массива" главного окна плагина (рисунки \ref{image:map:1}, \ref{image:map:2} и \ref{image:map:3}). Для составления карты требуется обученный классификатор.
Карта гарей сохраняется в виде растровой маски в файле формата GeoTIFF.
\mimage{map:1}{111.png}{Вкладка "Формирование карты гарей лесного массива"}{} \mimage{map:2}{112.png}{Формирование карты гарей лесного массива}{} \mimage{map:3}{113.png}{Карта гарей лесного массива сформирована}{}
Результат
На рисунке \ref{image:result} приведена карта гарей лесного массива части национального парка "Мещерский", составленная по спутниковому снимку 29-го июля 2011-го года.
В качестве векторной карты леса был использован слой "vegetation-polygon" из числа слоев, сохраненных в наборе shape - файлов в рамках проекта "Данные OpenStreetMap в формате Shape и PostGIS"[3], разрабатываемого порталом GIS - Lab.
\mimage{result}{map_2011.png}{Карта гарей лесного массива части национального парка "Мещерский" от 29-го июля 2011-го года}{}
Ссылки
Акинин М.В., verzhak@gmail.com
Научный руководитель: к.т.н, доцент Конкин Ю.В.
Рязанский государственный радиотехнический университет, кафедра ЭВМ
2011 - 2012 гг.