Знакомство с открытой ГИС ILWIS

Эта страница является черновиком статьи.

Описание открытой ГИС ILWIS. Первые шаги

ILWIS (Integrated Land and Water Information System) - это открытый программный продукт для работы с векторными и растровыми данными. На протяжении нескольких лет он широко используется при исследованиях Географическим и Почвоведческим факультетами МГУ им.М.В.Ломоносова.

Введение

ILWIS - это геоинформационная система, предназначенная для векторной и растровой обработки материалов ДЗЗ. Программный продукт поддерживает все основные функции, которые входят в современные системы обработки дистанционной информации, и обеспечивает выполнение следующих и многих других процедур:

• геометрическая коррекция
• повышение визуального качества изображений
• извлечение информации
• многозональная классификация
• редактирование и дополнение результатов обработки снимков картографическими элементами

Для успешного анализа снимков предназначены процедуры повышения визуального качества изображений. Два самых распространенных метода – это синтез цветного изображения из трех зональных и контрастирование изображения путем растяжения гистограммы.

Методы извлечения информации из снимков представляют собой сочетание визуального анализа и автоматического выявления признаков, в частности, выполнение математических операций, имеющих целью получение как геометрических, так и яркостных количественных характеристик.

В системе ILWIS возможно применение различных методов работы со значениями яркостей в разных зонах спектра: метод главных компонент, факторный анализ, вычисление коэффициентов, в частности, нормализованного вегетационного индекса NDVI.

В системе ILWIS, как и в любой системе обработки изображений, предусмотрено выполнение обоих видов классификации: контролируемой на основе статистики признаков в обучающей выборке с использованием максимум восьми зональных снимков и кластеризация на основе спектральных признаков – максимум четыре канала.

Проведение контролируемой классификации возможно по трем наиболее распространенным методам – минимального расстояния, параллелепипеда и максимального правдоподобия. Считается, что последний дает наилучшие результаты, так как используется вероятностный подход к решению задачи классификации.

Функциональных возможностей ПО ILWIS достаточно, чтобы полноценно работать с векторными данными и производить оформление карт для вывода. Программный пакет поддерживает импорт наиболее распространенных векторных и растровых форматов, подключение баз данных и WMS-сервисов. В дополнение, программа поддерживает работу библиотеки GDAL, что позволяет ей работать с более широким списком форматов данных.

Установка

Установочные файлы можно получить с сайта ILWIS 3.8 Download Обзор интерфейса и рабочих возможностей составлен под актуальную версию программы 3.8.2. На том же сайте Вы можете найти подробную документацию по ILWIS на разных языках. После успешной установки желательно скачать файл Файл:Ilwis DATUM DEF.zip, распаковать и поместить в директорию C:\Program Files\n52\ILWIS38\Resources\Def. В противном случае, программа может работать нестабильно.

Первые шаги

В целом, после установки и первого запуска интерфейс приложения будет выглядеть примерно так:

Сверху открывается стандартный тулбар и строка состояния, слева открывается дерево операций - список стандартных операций с данными (список можно расширять, создавая свои скриптовые операции). По центру открывается список имеющихся файлов в папке ILWIS. Следует отметить, что файловая система ILWIS требует импорта данных, иначе операции просмотра и редактирования данных не будут поддерживаться.

Импорт данных

В нашем обзоре, мы будем пользоваться данными Landsat. Стандартная сборка файлов после распаковки архива одного снимка выглядит так:

Эти файлы нужно импортировать во внутренний формат данных ILWIS. Для этого нажимаем в стандартной строке: File/Import и откроется окно импорта данных, в котором задаем путь к tiff-файлам сборки Landsat и имя файла на выходе

После нажатия ОК, программа выполнит перевод файла во внутренний формат ILWIS и на экране появится изображение импортированного файла в черно-белом цвете. Так же, вместе с файлом изображения, в каталоге появляются файлы привязки, датума и диаграмма распределения яркостей.

С целью упрощения/ускорения импорта остальных файлов, скопируем команду импорта (Import tiff....) из строки состояния и найдем в дереве операцию Create - New Script. Для файла каждой съемочной зоны вставляем данный скрипт и переименовываем входные и выходные данные.

После запуска скрипта проимпортируются все необходимые файлы, и их можно будет объединить в единый Map List (операция Create - New Map List), для того чтобы иметь возможность быстро осуществлять композицию каналов.

Аналогичным образом, в программу можно импортировать различные форматы растровых, векторных и DEM-данных.

Просмотр данных

Для того, чтобы открыть изображение с определенным набором каналов, нужно дважды щелкнуть на созданный вами Map List. Откроется окно просмотра карты. В таблице содержания этого окна нужно найти вкладку Display tools - Color Composite и выбрать её. Далее очень просто выбрать те каналы, синтез которых вам необходим.

В окно карты можно добавлять другие типы данных, которые будут отображаться в заданном пользователем порядке, а также можно выбирать разные способы отображения данных.

Решение отдельных задач

В статье мы будем проводить обзор возможностей ILWIS при решении некоторых задач, встречающихся в деятельности любого специалиста по обработке данных дистанционного зондироания.

Расчет индексов

NDVI - наше всё. Действительно, при знакомстве с ПО ILWIS возникает вопрос: почему так просто сделать расчет нормализованного вегетационного индекса (вызывается из бокового дерева инструментов Script/NDVI), и почему отсутствует возможность так же быстро вызвать инструменты для расчета немного более широкого спектра индексов. Объясняется это, по-видимому, легкостью написания собственных скриптов. Нет, так нет - вернемся к NDVI. С помощью этого индекса мы можем заведомо точно отделить водную поверхность от любой другой. Для этого нам потребуются 4 и 3 съемочные зоны Landsat. NDVI на суше уверенно стремится к 1, а на воде к -1. Произведя расчет нормализованного вегетационного индекса, в дальнейшем мы можем создать маску для объектов суши при помощи квантования значений растра. Читайте об этом чуть ниже.

Квантование

Квантование - это процесс представления непрерывного изображения в виде дискретных ступеней яркости (значений). Каждой ступени яркости можно придать свой цвет в зависимости от наших потребностей. Выберем команду Image Processing - Slicing, возьмем в качестве входных данных наш NDVI и создадим новый домен отображения и квантования изображения.

Теперь остается добавить пороговые значения в домен и названия классов.

В итоге, у нас получилось такое изображение. Зеленый - суша и растительность. Синий - воды.

Обрезка

Всем понятна необходимость обрезки растров. Запускаем команду Spatial Reference Operations - Raster - SubMap of Raster Map. На выбор представлены 3 способа выбора границ обрезки: линии и колонны, углы (тоже линии и колонны) и координаты.

Задаем нужные параметры, щелкаем Show и получаем нужный результат.

Пересчет значений растра

В ряде случаев (к примеру, для склейки растровых изображений в одно) необходим пересчет значений растра между доменами. В нашем случае, имеется исходный домен Slicing, в котором значение 1 отвечает за водную поверхность, и имеется необходимость получить значение яркости 255 для растительности и суши в домене изображения IMAGE. Первым делом, нужно поменять изображению домен. Идем в свойства изображения и ломаем связи командой Break Dependency Link.

Далее присваиваем изображению нужный домен. В нашем случае - домен IMAGE.

Начинаем пересчет. Для этого открываем команду Raster Operations - Map Calculation и вводим следующие параметры:

Нетрудно догадаться, что водная поверхность будет иметь значение 0. Итог:

Склеивание

Склеивание растров в ILWIS приводит к суммированию значений яркости пикселов, что позволяет пользоваться этой процедурой для маскировки малозначащих и мешающих при дешифрировании объектов. Находим команду Raster Operations - Glue Raster Maps и вводим нужные параметры:

В итоговой карте получаем замаскированное изображение растительности и земель.

Проецирование растра

При различных операциях оверлея или склеивания снимков нам необходимо иметь одну и ту же привязку обрабатываемых снимков (по умолчанию, для каждого пространственно-скоординированного изображения в системе создается свой файл привязки). Для этого, запускаем команду Spatial Reference Operations - Raster - Resample из дерева операций.

Задаем необходимые параметры и после выполнения процедуры получаем новое изображение с нужной координатной привязкой. К слову сказать, постоянное изменение координатных привязок для снимков является одним из самых больших неудобств системы ILWIS.