ES2923626T3 - Sistemas informáticos para la adquisición de imágenes satelitales que tienen en cuenta la incertidumbre meteorológica y dispositivo de cálculo de plan de misión para satélite correspondiente - Google Patents
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Abstract
El objeto de la invención son los sistemas informáticos (100) para la adquisición de imágenes de satélite. La invención también comprende dispositivos (120) para calcular planes de misión de satélites y satélites de observación de la Tierra (110). El principio general de la invención se basa en la observación de que la incertidumbre relacionada con las condiciones meteorológicas puede dar lugar a la generación de planes de misión de satélites cuyo rendimiento sea deficiente. Así, la invención propone caracterizar esta incertidumbre y utilizarla para mejorar la generación de planes de misión satelital. En la invención, se construye un modelo de las incertidumbres sobre la base de observaciones y/o predicciones meteorológicas pasadas. A continuación, cuando se genera el plan, se explota el modelo, introduciendo las observaciones y/o predicciones actuales en el modelo para este fin. De esta forma, es posible identificar regiones de adquisición en las que es más probable que se adquieran imágenes aceptables en la fecha de adquisición deseada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistemas informáticos para la adquisición de imágenes satelitales que tienen en cuenta la incertidumbre meteorológica y dispositivo de cálculo de plan de misión para satélite correspondiente
Sector de la técnica
La invención se refiere al campo de la teledetección por satélite. Más concretamente, se refiere a sistemas informáticos para la adquisición de imágenes satelitales. También se refiere a dispositivos de cálculo del plan de misión de los satélites, así como a satélites de observación de la Tierra.
Estado de la técnica
El espacio circunterrestre contiene una serie de satélites de observación de la Tierra que, en particular, permiten vigilar parámetros del sistema terrestre (océanos, atmósferas, recursos naturales, impactos de actividades humanas, etc.), obtener mapas o proporcionar información que permita garantizar la defensa de los Estados. Para ello, estos sistemas se basan en un conjunto de datos de obtención de imágenes satelitales, es decir, un conjunto de mediciones realizadas con la ayuda de instrumentos integrados en los satélites.
Debido a la banalización de la observación de la Tierra, las solicitudes de obtención de imágenes satelitales aumentan día a día. Sin embargo, algunos de los recursos de los satélites son limitados, como el número de disparos que pueden realizarse al sobrevolar una zona del globo o incluso la capacidad de transmisión de datos a tierra. Por tanto, debe planificarse el uso de estos recursos al tiempo que se satisfacen las demandas de obtención de imágenes satelitales.
En el campo de la observación óptica de la Tierra, la obtención de imágenes satelitales depende de las condiciones meteorológicas. De hecho, las nubes presentes en la zona de adquisición pueden ocultar el objeto o el territorio que se busca observar, y se conoce que se tienen en cuenta las condiciones meteorológicas para calcular el plan de misión del satélite (véanse los documentos CN 106845692 A, CN 108256822 A, US 2012 /029812 A1). Sin embargo, se conoce bien que las previsiones meteorológicas presentan muchas incertidumbres, independientemente de la modelización de los fenómenos meteorológicos.
Con el fin de reducir estas incertidumbres, se conoce realizar una previsión denominada de conjunto. De este modo, en lugar de simular un único conjunto de datos de entrada con el modelo, lo que constituye una previsión determinista, se calculan varios conjuntos de datos de entrada, deducidos de las incertidumbres que se han estimado. Entonces, se dispone un conjunto de previsiones que se espera que sean representativas de la incertidumbre de la previsión determinista.
Sin embargo, la previsión de conjunto requiere mucho tiempo de cálculo.
Un carácter de este tipo no satisface las demandas cada vez mayores de velocidad y precisión requeridas por los clientes en los sistemas de detección remota por satélite.
Por tanto, la presente invención pretende mitigar los inconvenientes mencionados anteriormente.
Objeto de la invención
Para ello, un primer aspecto de la invención se refiere a un sistema informático para la adquisición de imágenes satelitales.
Finalmente, un segundo aspecto de la invención se refiere a un dispositivo de cálculo del plan de misión de un satélite.
De este modo, la invención se refiere a un sistema informático para la adquisición de imágenes satelitales asociadas a al menos una zona predeterminada de la Tierra previamente dividida según una rejilla de malla. El sistema comprende:
- al menos un satélite de observación de la Tierra que comprende,
un sistema de obtención de imágenes ópticas para adquirir al menos una imagen satelital en al menos una fecha de adquisición,
un primer transceptor de satélite para recibir una señal de control, y
un primer procesador para controlar el sistema de obtención de imágenes a partir de la señal de control,
- al menos un dispositivo de cálculo del plan de misión del satélite que comprende,
un segundo transceptor de satélite para transmitir la señal de control,
una memoria para almacenar, para cada malla, un historial de valores de variables meteorológicas que comprende observaciones meteorológicas y/o previsiones meteorológicas que se han observado y/o que se han pronosticado en una fecha anterior a la fecha de adquisición,
un segundo procesador para
o determinar, para cada malla, a partir del historial de valores de las variables meteorológicas, una pluralidad de grupos de valores que comprenden cada uno, al menos:
un primer valor de variable meteorológica asociado con una primera fecha de historial,
un segundo valor de variable meteorológica asociado con una segunda fecha de historial posterior o anterior a la primera fecha de historial, y
una diferencia en el tiempo del historial entre la primera fecha de historial y la segunda fecha de historial, o calcular, para toda o parte de la zona predeterminada de la Tierra, a partir de la pluralidad de grupos de valores, una función de probabilidad condicional que describe la probabilidad de observar un segundo valor de variable meteorológica comprendido en un intervalo predeterminado en una segunda fecha bajo la condición de: observar un primer valor de variable meteorológica en una primera fecha que es anterior a la segunda fecha, y/o prever en la primera fecha un tercer valor de variable meteorológica para una fecha de previsión situada alrededor de la segunda fecha, a saber, en una fecha anterior, posterior y/o igual a la segunda fecha.
y bajo la condición adicional de observar una diferencia de tiempo predeterminada entre, por un lado, la primera fecha y, por otro lado, la segunda fecha y/o la fecha de previsión,
o seleccionar una pluralidad de mallas de la rejilla, previstas para sobrevolarse por el satélite en la fecha de adquisición, a partir de las características orbitales del satélite, para obtener mallas candidatas,
o obtener, para cada malla candidata, al menos una observación meteorológica actual asociada a una fecha de planificación anterior a la fecha de adquisición y/o al menos una previsión meteorológica actual asociada a una fecha situada alrededor de la fecha de adquisición,
° seleccionar todas o parte de las mallas candidatas a partir de la función de probabilidad condicional y de la al menos una observación meteorológica actual y/o de la al menos una previsión meteorológica actual, pero también a partir de la diferencia entre la fecha de adquisición y una fecha de realización de la al menos una observación meteorológica actual y/o de la al menos una previsión meteorológica actual, para obtener mallas seleccionadas, calcular un plan de misión del satélite a partir de las mallas seleccionadas, y
o insertar el plan de misión en la señal de control.
La invención también se refiere a un dispositivo de cálculo del plan de misión de satélite. El dispositivo comprende: - un primer transceptor de satélite para emitir una señal de control que controla un sistema de obtención de imágenes ópticas de un satélite de observación de la Tierra para realizar la adquisición de al menos una imagen satelital en al menos una fecha de adquisición,
- una memoria para almacenar un historial de valores de variables meteorológicas que comprende observaciones meteorológicas asociadas con al menos una zona predeterminada de la Tierra previamente dividida según una rejilla de malla, las observaciones meteorológicas y/o las previsiones meteorológicas que se han observado y/o que fueron previstas en una fecha anterior a la fecha de adquisición,
- un segundo procesador para
o determinar, para cada malla, a partir del historial de valores de las variables meteorológicas, una pluralidad de grupos de valores que comprenden cada uno, al menos:
un primer valor de variable meteorológica asociado a una primera fecha de historial,
un segundo valor de variable meteorológica asociado con una segunda fecha de historial posterior o anterior a la primera fecha de historial, y
una diferencia de tiempo del historial entre la primera fecha de historial y la segunda fecha de historial,
o calcular, para toda o parte de la zona predeterminada de la Tierra, a partir de la pluralidad de grupos de valores, una función de probabilidad condicional que describe la probabilidad de observar un segundo valor de variable meteorológica comprendido en un intervalo predeterminado en una segunda fecha bajo la condición de: observar un primer valor de variable meteorológica en una primera fecha que es anterior a la segunda fecha, y/o prever en la primera fecha un tercer valor de variable meteorológica para una fecha de previsión situada alrededor de la segunda fecha, a saber, en una fecha anterior, posterior y/o igual a la segunda fecha.
y bajo la condición adicional de observar una diferencia de tiempo predeterminada entre, por un lado, la primera fecha y, por otro lado, la segunda fecha y/o la fecha de previsión,
o seleccionar una pluralidad de mallas de la rejilla, previstas para sobrevolarse por el satélite en la fecha de adquisición, a partir de las características orbitales del satélite, para obtener mallas candidatas,
o obtener, para cada malla candidata, al menos una observación meteorológica actual asociada con una fecha de planificación anterior a la fecha de adquisición y/o al menos una previsión meteorológica actual asociado a una fecha situada alrededor de la fecha de adquisición,
° seleccionar todas o parte de las mallas candidatas a partir de la función de probabilidad condicional y de la al menos una observación meteorológica actual y/o de la al menos una previsión meteorológica actual, pero también a partir de la diferencia entre la fecha de adquisición y una fecha de realización de la al menos una observación meteorológica actual y/o de la al menos una previsión meteorológica actual, para obtener mallas seleccionadas, - calcular un plan de misión del satélite a partir de las mallas seleccionadas, y
o insertar el plan de misión en la señal de control.
En una primera implementación, la pluralidad de grupos de valores comprende, además, valores de variables meteorológicas que están asociados a mallas adyacentes a la malla actual.
En una segunda implementación, las mallas seleccionadas son aquellas cuya función de probabilidad condicional produce, para la fecha de adquisición, una probabilidad mayor o menor que una primera probabilidad predeterminada.
En una tercera implementación, el segundo procesador calcula la función de probabilidad condicional a partir de la estimación de una densidad de probabilidad de todos o parte de los grupos de valores.
En una cuarta implementación, el segundo procesador calcula la función de probabilidad condicional gracias a un modelo de aprendizaje automático previamente formado a partir de todos o parte de los grupos de valores.
Descripción de las figuras
Otras características y ventajas de la invención se comprenderán mejor tras la lectura de la siguiente descripción y con referencia a los dibujos adjuntos, proporcionados de modo ilustrativo y no limitativo.
[Figura 1] La figura 1 representa un sistema informático según la invención.
[Figura 2] La figura 2 representa otra vista del sistema informático según la invención.
[Figura 3] La Figura 3 representa una zona predeterminada de la Tierra.
[Figura 4] La Figura 4 representa una rejilla de malla que cubre la zona predeterminada de la Tierra.
Descripción detallada de la invención
Por motivos de claridad, los elementos representados no están necesariamente representados a la misma escala, unos con respecto a otros, a menos que se indique lo contrario.
En el contexto de la descripción, por sistema de observación de la Tierra se entiende un sistema que comprende constelaciones satelitales tales como Landsat, Spot o incluso Pléiades. Además, se especifica que la invención se
refiere a sistemas satelitales ópticos, para los que la adquisición de imágenes de la Tierra depende de la iluminación solar. Estos sistemas utilizan sensores pasivos que permiten registrar la radiación solar reflejada por el suelo, en diversas longitudes de onda.
El principio general de la invención se basa en la observación de que la incertidumbre relacionada con las condiciones meteorológicas puede conducir al desarrollo de planes de misión ineficientes, para satélites, que cubren zonas de adquisición que presentan una baja probabilidad de obtener tomas aceptables en la fecha de adquisición deseada. De este modo, la invención propone caracterizar esta incertidumbre y utilizarla para mejorar la elaboración de planes de misión de satélites. En la invención, se construye un modelo de incertidumbres a partir de observaciones y/o previsiones meteorológicas pasadas. Dado que el modelo de incertidumbre se construye a partir de observaciones y/o previsiones meteorológicas pasadas, puede construirse antes que cualquier solicitud de obtención de imágenes satelitales, de modo que la cantidad de cálculos necesarios para construir este modelo de incertidumbres no afecte el cálculo del plan de misión. A continuación, el modelo de incertidumbre se aprovecha, en el momento de la planificación, presentando las observaciones y/o previsiones actuales como entrada al modelo. De esta manera, pueden identificarse las zonas de adquisición para las que es más probable obtener tomas aceptables en la fecha de adquisición deseada. De este modo, se implementan tres fases principales, a saber, una fase de recopilación de un historial correspondiente a observaciones y/o previsiones meteorológicas pasadas, una fase de cálculo del modelo de incertidumbres en forma de función de probabilidad condicional y una fase de planificación que utiliza el modelo de incertidumbres. Normalmente, la fase de cálculo del modelo de incertidumbres se realiza antes que cualquier solicitud de obtención imágenes satelitales. La figura 1 ilustra según la invención, un sistema 100 informático para la adquisición de imágenes satelitales asociadas a al menos una zona predeterminada de la Tierra.
En el ejemplo de la figura 1, se considera que el sistema 100 informático recibe una solicitud de obtención de imágenes satelitales similar a las solicitudes recibidas y procesadas en los centros de misión de satélites. Sin embargo, también se contempla que el sistema 100 informático reciba múltiples solicitudes simultáneas.
En la invención, la solicitud define al menos una zona predeterminada de la Tierra en la que debe realizarse la adquisición de imágenes satelitales. En un ejemplo, la zona predeterminada de la Tierra está definida por uno o más polígonos cuyos vértices corresponden a posiciones geográficas del globo terrestre. En una implementación particular, la solicitud está destinada a asociarse con al menos un sistema de observación de la Tierra predeterminado que está configurado para sobrevolar la zona predeterminada de la Tierra.
La figura 3 ilustra un ejemplo de una zona predeterminada de la Tierra 10.
En la invención, la zona predeterminada de la Tierra 10 está dividida según una rejilla compuesta por mallas. Por rejilla se entiende, por ejemplo, una cuadrícula horizontal y vertical. Por malla se entiende cualquiera de los cuadriláteros elementales que componen la rejilla. Por ejemplo, cada malla de la rejilla presenta una forma cuadrada o próxima a un cuadrado, por ejemplo, una forma rectangular. La figura 4 ilustra un ejemplo de una rejilla 20 de malla superpuesta en la zona predeterminada de la Tierra 10. En un primer ejemplo, la rejilla según la invención se presenta en forma de archivo de imágenes en el que se georreferencia cada malla asociada con la zona predeterminada. En un segundo ejemplo, la rejilla según la invención presenta forma de archivo de texto en el que cada línea describe al menos una malla de la rejilla con información de georreferenciación asociada con la zona predeterminada.
Volviendo a la figura 1, el sistema 100 informático comprende al menos un satélite 110 de observación de la Tierra y al menos un dispositivo 120 de cálculo del plan de misión del satélite. Además, el sistema 100 informático está dispuesto según una arquitectura que se basa en una red 130 de comunicación por satélite de tipo conocido.
En el ejemplo de la figura 2, el satélite 110 de observación de la Tierra comprende un sistema 111 de obtención imágenes ópticas, un primer transceptor 112 de satélite y un primer procesador 113.
El sistema 111 de obtención imágenes ópticas se proporciona para adquirir al menos una imagen satelital. En un ejemplo, el sistema 111 de obtención imágenes ópticas comprende al menos un instrumento óptico que funciona según un modo del tipo elegido entre (en inglés): “push-broom”, “push-frame”, “step-and-stare”.
En la invención, el sistema 111 de obtención imágenes ópticas se proporciona para adquirir la imagen satelital en al menos una fecha de adquisición. Por fecha se entiende la indicación de la hora, día, mes y año.
En un ejemplo, puede tenerse en consideración que la fecha de adquisición está prevista para el “dd/MM/YYYY HH:mm” en donde dd corresponde al día, MM corresponde al mes, YYYY corresponde al año en cuestión, HH corresponde a la hora y mm corresponden a los minutos. En otro ejemplo, puede tenerse en consideración que la adquisición del satélite se realiza durante varios días en las siguientes fechas “dd/MM/YYYY HH:mm”, “(dd+2)/MM/YYYY (HH+1):mm”, “(dd+5)/MM/YYYY HH:(mm+15)” y “(dd+6/MM/YYYY (HH+2):(mm-3)”. En el ejemplo anterior, la fecha “(dd+2)/MM/YYYY (HH+1):mm” es posterior a la fecha “dd/MM/YYYY HH:mm” por dos días más una hora. La fecha “(dd+5)/MM/YYYY HH:(mm+15)” es posterior a la fecha “dd/MM/YYYY HH:mm” por cinco días
menos quince minutos. Y la fecha “(dd+6/MM/YYYY (HH+2):(mm-3)” es posterior a la fecha “dd/MM/YYYY HH:mm” por seis días más dos horas y menos tres minutos. Por supuesto, pueden concebirse otros intervalos de tiempo de adquisición más cortos o más largos según las necesidades del cliente.
El primer transceptor 112 de satélite se proporciona para recibir una señal de control. En un ejemplo, la señal de control es una señal de radio por satélite que utiliza un protocolo de comunicación por satélite de tipo conocido. El primer procesador 113 se proporciona para controlar el sistema de obtención de imágenes ópticas a partir de la señal de control.
En el ejemplo de la figura 2, el dispositivo 120 de cálculo del plan de misión de satélite comprende un segundo transceptor 121 de satélite, una memoria 122 y un segundo procesador 123.
El segundo transceptor 121 de satélite se proporciona para transmitir la señal de control.
La memoria 122 está prevista para almacenar, para cada malla de la rejilla 20, un historial de valores de variables meteorológicas que comprende observaciones meteorológicas y/o previsiones meteorológicas pasadas que se han observado y/o previsto en una fecha anterior a una fecha de planificación anterior a la fecha de adquisición. En un ejemplo, la fecha de planificación corresponde al momento de la planificación, es decir, a una fecha de inicio de la planificación de una misión de adquisición. En la práctica, esta fecha corresponde a la fecha en la que el centro de misión de satélite recibe o tramita la solicitud de obtención de imágenes satelitales formulada por los clientes. De este modo, el historial almacenado comprende observaciones meteorológicas y/o previsiones meteorológicas pasadas que se observaron incluso antes de recibir o hacerse cargo de la solicitud de obtención de imágenes satelitales formulada por los clientes.
En la invención, los valores almacenados en la memoria 122 están asociados con variables meteorológicas conocidas tales como nubosidad, temperatura, nivel de precipitación, características del viento, humedad relativa o nivel de insolación. En un ejemplo, el historial de valores de variables meteorológicas puede estar contenido en un archivo de datos ERA-Interim producido por el CEPMMT (Centro Europeo para Previsiones Meteorológicos de Rango Medio, o ECMWF en inglés para “European Centre for Medium Range Weather Forecasts”). Un archivo de este tipo, según la invención, puede comprender al menos un valor de variable meteorológica para cada una de las mallas de la rejilla 20, y esto, en una o más fechas de historial en uno o más años anteriores a la fecha de adquisición.
El segundo procesador 123 se proporciona para procesar el historial de valores de variables meteorológicas para formar la señal de control.
En primer lugar, el segundo procesador 123 se proporciona para calcular para cada malla de la rejilla 20, a partir del histórico de valores de variables meteorológicas, una pluralidad de grupos de valores, comprendiendo cada uno de los cuales, al menos:
- un primer valor de variable meteorológica asociado con una primera fecha de historial,
- un segundo valor de variable meteorológica asociado con una segunda fecha de historial posterior o anterior a la primera fecha de historial, y
- una diferencia de tiempo de historial entre la primera fecha de historial y la segunda fecha de historial.
De este modo, para cada malla de la rejilla 20, el segundo procesador 123 calcula al menos un triplete de valores. En la práctica, el segundo procesador 123 identifica al menos un primer valor de variable meteorológica asociado con una primera fecha de historial. A continuación, el segundo procesador 123 identifica al menos un segundo valor de variable meteorológica asociado con una segunda fecha de historial que es posterior o anterior a la primera fecha de historial. Entonces, el segundo procesador 123 calcula la diferencia de tiempo entre la primera fecha de historial y la segunda fecha de historial. Posteriormente, el segundo procesador 123 asocia los valores meteorológicos primero y segundo con la diferencia de tiempo dentro de un grupo de valores. Finalmente, el segundo procesador 123 guarda el grupo de valores en la memoria 122. Se toma un ejemplo para ilustrar este aspecto de la invención. En este ejemplo, se asume que una de las mallas de la rejilla 20 está asociada con un histórico de valores de nubosidad expresado como porcentaje de cielo despejado. Convencionalmente, se entiende por nubosidad la parte del cielo cubierta por todas o parte de las nubes a nivel de dicha malla de la rejilla 20. Tal como se indicó anteriormente, los valores de nubosidad pueden obtenerse mediante observación y/o mediante previsión. En este ejemplo, la malla en cuestión de la rejilla 20 incluye los siguientes valores de nubosidad: 100% (fecha_1), 97% (fecha_2), 99% (fecha_3), 80% (fecha_4), 77% (fecha_5), 79% (fecha_6), para los que las fechas fecha_1, fecha_2, fecha_3, fecha_4, fecha_5 y fecha_6 pueden expresarse de la misma forma que la fecha de adquisición, tal como se describió anteriormente. Volviendo al ejemplo, el segundo procesador 123 puede determinar los siguientes grupos de valores considerando fecha_1 como la primera fecha del historial: {100%, 97%, fecha_2-fecha_1}, {100%, 99%, fecha_3-fecha_1}, {100%, 80%, fecha_4-fecha_1}, {100%, 77%, fecha_5-fecha_1} y {100%, 79%, fecha_6-fecha_1}. Al considerar la fecha_3
como la primera fecha del historial, el segundo procesador 123 puede determinar los siguientes grupos de valores: {99%, 80%, fecha_4-fecha_3}, {99%, 77%, fecha_5-fecha_3} y {99%, 79%, fecha_6-fecha_3}.
Sin embargo, el segundo procesador 123 también está configurado para calcular grupos de valores que comprenden más de tres valores. En este caso, el grupo de valores asociados con una malla actual de la rejilla 20 puede comprender, además, valores de variables meteorológicas que están asociados con mallas próximas a la malla actual de la rejilla 20. Por malla próxima se entiende una malla de la rejilla 20 que está situada en la misma fila, la misma columna y/o alrededor de la malla actual. Tal como se indicó anteriormente, pueden obtenerse los valores de variables meteorológicas asociados con las mallas próximas mediante observación y/o mediante previsión.
Volviendo a la figura 2, el segundo procesador 123 está previsto para calcular una función de probabilidad condicional específica de toda o parte de la zona predeterminada de la Tierra 10, a partir de la pluralidad de grupos de valores. La función de probabilidad condicional según la invención permite vincular observaciones meteorológicas y/o previsiones meteorológicas, observadas y/o realizadas en fechas diferentes, y esto, en función de una diferencia de tiempo entre las fechas de observación y/o las fechas de previsión.
En la invención, la función de probabilidad condicional describe la probabilidad de observar un segundo valor de variable meteorológica comprendido en un intervalo predeterminado en una segunda fecha bajo la condición de: - observar un primer valor de variable meteorológica en una primera fecha que es anterior a la segunda fecha, y/o - prever en la primera fecha, anterior a la segunda fecha, un tercer valor de variable meteorológica para una fecha de previsión situada alrededor de la segunda fecha, a saber, en una fecha anterior, posterior y/o igual a la segunda fecha. Además, el segundo procesador 123 calcula la función de probabilidad condicional bajo la condición adicional de observar una diferencia de tiempo predeterminada entre:
- la primera fecha y la segunda fecha, y/o
- la primera fecha y la fecha de previsión.
En un ejemplo, la función de probabilidad condicional según la invención permite responder a preguntas del tipo: - ¿cuál es la probabilidad de observar en una malla de la rejilla 20, un valor de nubosidad superior al 82% en tres horas, sabiendo que ahora se observa el valor 77%? En este caso, el intervalo predeterminado puede estar comprendido entre el 82% y el 100%.
- ¿cuál es la probabilidad de observar en una malla de la rejilla 20, un valor de nubosidad superior al 70% e inferior al 80% en cinco horas, sabiendo que una previsión realizada hace dos horas pronosticaba un valor del 10%? En este caso, el intervalo predeterminado puede estar comprendido entre el 70% y el 80%.
- ¿cuál es la probabilidad de observar en una malla de la rejilla 20, un valor de nubosidad superior al 60% en cuatro horas, sabiendo que una previsión realizada para dentro de cuatro horas predice un valor del 35%? En este caso, el intervalo predeterminado puede estar comprendido entre el 60% y el 100%.
- cuál es la probabilidad de observar en una malla de la rejilla 20, un valor de nubosidad inferior al 20% en dos horas, sabiendo que ahora se observa el valor 30% y que una previsión realizada para dos horas prevé el valor del 10%? En este caso, el intervalo predeterminado puede estar comprendido entre el 0% y el 20%.
En una implementación particular, en la que los grupos de valores comprenden más de tres valores, la función de probabilidad condicional describe la probabilidad de observar un segundo valor de variable meteorológica comprendido en un intervalo predeterminado en una segunda fecha bajo la condición adicional de:
- observar al menos un cuarto valor de variable meteorológica en una malla próxima a la malla actual, en una cuarta fecha que es anterior a la segunda fecha, y/o
- prever en la cuarta fecha al menos un quinto valor de variable meteorológica en la malla próxima a la malla actual, para una fecha de previsión situada alrededor de la segunda fecha, a saber, en una fecha anterior, posterior y/o igual a la segunda fecha.
En un ejemplo de esta implementación particular, la función de probabilidad condicional según la invención permite responder preguntas del tipo:
- ¿cuál es la probabilidad de observar en una malla de la rejilla 20, un valor de nubosidad superior al 82% en tres horas, sabiendo que ahora se observa el valor 77% y que ahora se observa el valor 52% en una malla próxima? En este caso, el intervalo predeterminado puede estar comprendido entre el 82% y el 100%.
- ¿cuál es la probabilidad de observar en una malla de la rejilla 20, un valor de nubosidad superior al 70% e inferior al 85% en cinco horas, sabiendo que una previsión realizada hace dos horas predijo el valor del 10% y que una previsión realizada hace dos horas predijo el valor del 10% en una celda próxima? En este caso, el intervalo predeterminado puede estar comprendido entre el 70% y el 85%.
- ¿cuál es la probabilidad de observar en una malla de la rejilla 20, un valor de nubosidad superior al 60% en cuatro horas, sabiendo que una previsión realizada para dentro de cuatro horas prevé el valor 35% y que una previsión realizada para dentro de cuatro horas prevé el valor 35% en una malla próxima? En este caso, el intervalo predeterminado puede estar comprendido entre el 60% y el 100%.
- ¿cuál es la probabilidad de observar en una malla de la rejilla 20, un valor de nubosidad inferior al 20% en dos horas, sabiendo que ahora se observa el valor 30% y que una previsión realizada para dos horas prevé el valor 10% y que ahora se observa el valor 27% en una celda próxima? En este caso, el intervalo predeterminado puede estar comprendido entre el 0% y el 20%.
- ¿cuál es la probabilidad de observar en una celda de la rejilla 20, un valor de nubosidad inferior al 20% y superior al 10% en dos horas, sabiendo que ahora se observa el valor 30% y que una previsión realizada para dos horas y prevé el valor 10% y que una previsión realizada para dos horas prevé el valor 15% en una celda próxima? En este caso, el intervalo predeterminado puede estar comprendido entre el 10% y el 20%.
En un ejemplo de la invención, el segundo procesador 123 calcula la función de probabilidad condicional a partir de la estimación de una densidad de probabilidad de todos o parte de los grupos de valores. Por densidad de probabilidad se entiende una función que pondera matemáticamente el rango de valores posibles que puede tomar un parámetro. En este ejemplo, el segundo procesador 123 estima la densidad de probabilidad utilizando técnicas conocidas, tales como la estimación por histogramas, la estimación por histogramas en movimiento o la estimación de kernel (por ejemplo, el método de Parzen-Rosenblatt).
En otro ejemplo de la invención, el segundo procesador 123 calcula la función de probabilidad condicional gracias a un modelo de aprendizaje automático formado previamente a partir de todos o parte de los grupos de valores. En este ejemplo, se forma un modelo de aprendizaje automático a partir de un algoritmo de clasificación supervisado. Formado de este modo, el modelo de aprendizaje automático formado previamente podrá predecir, para cada malla de la rejilla 20, una clase representativa de un valor de probabilidad condicional asociado con el segundo valor de variable meteorológica en la segunda fecha en función, al menos:
- de la observación meteorológica realizada en la primera fecha y/o la previsión realizada alrededor de la segunda fecha, y
- de la diferencia de tiempo entre la primera fecha y la segunda fecha y/o la diferencia de tiempo entre la primera fecha y la fecha de previsión.
En este caso, la fase de formación requiere formar una pluralidad de vectores que comprenden cada uno un grupo de valores tal como se describió anteriormente. A continuación, para cada grupo de valores, se calcula el valor de probabilidad condicional, tal como se describió anteriormente. En un ejemplo, la probabilidad condicional se calcula a partir de una densidad de probabilidad de todos o parte de los grupos de valores, tal como se describió anteriormente. A continuación, se define una clase indicativa del valor de probabilidad condicional calculado. Finalmente, se forma el modelo de aprendizaje automático presentando los vectores y las clases asociadas, respectivamente, en la entrada y en la salida del modelo de aprendizaje automático, para obtener un modelo de aprendizaje automático previamente formado. En una implementación particular, se constituye el modelo de aprendizaje automático a partir de una red de neuronas artificiales de tipo perceptrón multicapa o una red de neuronas de tipo convolucional.
Volviendo a la figura 2, el segundo procesador 123 selecciona una pluralidad de mallas de la rejilla 20, que el satélite 110 planea sobrevolar en la fecha de adquisición, a partir de las características orbitales del satélite en la fecha de adquisición, para obtener mallas candidatas.
Por características orbitales de un satélite se entienden características convencionales tales como la altitud, el número de revoluciones por día o la inclinación de la órbita. También pueden definirse otros parámetros del sistema junto con las características orbitales de un satélite, como la lista de estaciones terrestres que permiten el descenso de las imágenes realizadas por el satélite, la resolución del sistema de obtención de imágenes, las bandas espectrales soportadas por el sistema de obtención de imágenes del satélite, la franja del instrumento óptico o incluso los límites de ángulo de puntería autorizados para tomar fotografías.
A continuación, el segundo procesador 123 obtiene, para cada malla candidata, al menos una observación meteorológica actual asociada con la fecha de planificación anterior a la fecha de adquisición y/o al menos una previsión meteorológica actual asociada con una fecha de previsión situada alrededor de la fecha de adquisición, a saber, anterior, posterior o igual a la fecha de adquisición. En la invención, se obtiene la observación meteorológica
actual y/o la previsión meteorológica actual a partir de métodos conocidos. Por “actual” se entiende que la observación meteorológica y/o la previsión meteorológica correspondiente se realizaron en una fecha que es igual o anterior a la fecha de planificación. En la práctica, se trata preferiblemente de la observación meteorológica y/o de la previsión meteorológica más reciente disponible en la fecha de planificación.
En una implementación particular, tal como se indicó anteriormente, el segundo procesador 123 también está previsto para obtener, para cada malla próxima a la malla candidata actual, observaciones y/o previsiones actuales. Posteriormente, se proporciona el segundo procesador 123 para calcular un plan de misión del satélite 110 a partir de mallas candidatas y de la función de probabilidad condicional.
Por plan de misión (en inglés, mission plan) se entiende el plan de programación del satélite en cuestión que se descarga/envía al satélite a través del centro de control y que permite tomar fotografías de la zona predeterminada de la Tierra 10 según un orden y características de toma proporcionadas en el plan. Se conoce que el plan de misión tiene en cuenta limitaciones cinemáticas vinculadas a la plataforma y también integra los planes de vaciado en las distintas estaciones de recepción. Un plan de misión de este tipo puede obtenerse mediante un generador de planes de misión de tipo conocido, por ejemplo, tal como se describe en la solicitud FR3039728.
Finalmente, volviendo a la figura 2, se proporciona el segundo procesador 123 para insertar el plan de misión en la señal de control.
Según la presente invención, durante el cálculo del plan de misión del satélite, el segundo procesador 123 se proporciona además para seleccionar todas o parte de las mallas candidatas a partir del resultado de la función de probabilidad condicional asociada y de observaciones meteorológicas actuales y/o de previsiones meteorológicas actuales, pero también a partir de las diferencias entre la fecha de adquisición y las fechas en las que se realizaron las observaciones meteorológicas actuales y/o las previsiones meteorológicas actuales, para obtener mallas seleccionadas. A continuación, el segundo procesador 123 calcula el plan de misión del satélite a partir de las mallas seleccionadas.
En esta implementación, es posible apartar de la adquisición satelital las mallas candidatas para las que es poco probable obtener tomas aceptables. Por ejemplo, las mallas seleccionadas son aquellas cuya función de probabilidad condicional da como resultado, para la fecha de adquisición, una probabilidad superior o inferior a una primera probabilidad predeterminada.
Sin embargo, pueden utilizarse adicionalmente otros criterios para realizar la selección. Por ejemplo, puede utilizarse información sobre la prioridad de la solicitud de obtención de imágenes satelitales o información sobre la superficie de las mallas candidatas.
En una realización particular de la invención, las instrucciones del programa de ordenador implementan las diversas operaciones realizadas por los procesadores 113, 123 primero y segundo. En consecuencia, la invención también se refiere a un programa con un código de programa informático fijado en un medio de almacenamiento no transitorio, y que es capaz de ejecutar las diversas operaciones realizadas por los procesadores 113, 123 primero y segundo cuando el programa informático se carga en el ordenador o se ejecuta en el ordenador.
Claims (10)
1. Sistema (100) informático para la adquisición de imágenes satelitales asociadas con al menos una zona predeterminada de la Tierra (10) previamente dividida según una rejilla (20) de mallas, comprendiendo el sistema: - al menos un satélite (110) de observación de la Tierra que comprende:
un sistema (111) de obtención de imágenes ópticas para adquirir al menos una imagen satelital en al menos una fecha de adquisición;
un primer transceptor (112) de satélite para recibir una señal de control; y
un primer procesador (113) para controlar el sistema de obtención de imágenes ópticas a partir de la señal de control;
- al menos un dispositivo de cálculo del plan (120) de misión para satélite que comprende:
un segundo transceptor (121) de satélite para emitir la señal de control; y
una memoria (122) para almacenar, para cada malla, un historial de valores de variables meteorológicas que comprende observaciones meteorológicas y/o previsiones meteorológicas que se observaron y/o se pronosticaron en una fecha anterior a la fecha de adquisición;
un segundo procesador (123) para:
o determinar, para cada malla, a partir del historial de valores de variables meteorológicas, una pluralidad de grupos de valores que comprendan cada uno, al menos:
un primer valor de variable meteorológica asociado con una primera fecha de historial;
un segundo valor de variable meteorológica asociado con una segunda fecha de historial posterior o anterior a la primera fecha de historial, y
una diferencia de tiempo de historial entre la primera fecha de historial y la segunda fecha de historial;
o calcular, para toda o parte de la zona predeterminada de la Tierra, a partir de la pluralidad de grupos de valores, una función de probabilidad condicional que describe la probabilidad de observar un segundo valor de variable meteorológica comprendido en un intervalo predeterminado en una segunda fecha bajo la condición de: observar un primer valor de variable meteorológica en una primera fecha que es anterior a la segunda fecha, y/o prever en la primera fecha un tercer valor de variable meteorológica para una fecha de previsión situada en torno a la segunda fecha, a saber, en una fecha anterior, posterior y/o igual a la segunda fecha,
y bajo la condición adicional de observar una diferencia de tiempo predeterminada entre la primera fecha y la segunda y/o fecha de previsión,
° seleccionar una pluralidad de mallas de la rejilla, destinadas a sobrevolarse por el satélite en la fecha de adquisición, a partir de características orbitales del satélite, para obtener mallas candidatas,
° obtener, para cada malla candidata, al menos una observación meteorológica actual asociada con una fecha de planificación anterior a la fecha de adquisición y/o al menos una previsión meteorológica actual asociada con una fecha en torno a la fecha de adquisición,
° seleccionar todas o parte de las mallas candidatas a partir de la función de probabilidad condicional y de la al menos una observación meteorológica actual y/o de la al menos una previsión meteorológica actual, pero también a partir de la diferencia entre la fecha de adquisición y una fecha en de realización de la al menos una observación meteorológica actual y/o de la al menos una previsión meteorológica actual, para obtener mallas seleccionadas, ° calcular un plan de misión del satélite a partir de las mallas seleccionadas, e
° insertar el plan de misión en la señal de control.
2. Sistema informático según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de grupos de valores comprende, además, valores de variables meteorológicas que están asociados con mallas próximas a la malla actual.
3. Sistema informático según una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que las mallas seleccionadas son aquellas cuya función de probabilidad condicional da, para la fecha de adquisición, una probabilidad superior o inferior a una primera probabilidad predeterminada.
4. Sistema informático según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el segundo procesador calcula la función de probabilidad condicional a partir de la estimación de una densidad de probabilidad de todos o parte de los grupos de valores.
5. Sistema informático según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el segundo procesador calcula la función de probabilidad condicional gracias a un modelo de aprendizaje automático formado previamente a partir de todos o parte de los grupos de valores.
6. Dispositivo de cálculo del plan de misión para satélite (120), comprendiendo el dispositivo:
- un primer transceptor (121) de satélite para emitir una señal de control que controla un sistema de obtención de imágenes ópticas de un satélite de observación de la Tierra para realizar la adquisición de al menos una imagen satelital en al menos una fecha de adquisición,
- una memoria (122) para almacenar un historial de valores de variables meteorológicas que comprenden observaciones meteorológicas asociadas con al menos una zona predeterminada de la Tierra (110) previamente dividida según una rejilla (11) de mallas, en donde las observaciones meteorológicas y/o previsiones meteorológicas que se observaron y/o se pronosticaron en la fecha anterior a la fecha de adquisición,
- un segundo procesador (123) para:
o determinar, para cada malla, a partir del historial de los valores de variables meteorológicas, una pluralidad de grupos de valores que comprendan cada uno, al menos:
un primer valor de variable meteorológica asociado con una primera fecha de historial;
un segundo valor de variable meteorológica asociado con una segunda fecha de historial posterior o anterior a la primera fecha de historial, y
una diferencia de tiempo de historial entre la primera fecha de historial y la segunda fecha de historial;
o calcular, para toda o parte de la zona predeterminada de la Tierra, a partir de la pluralidad de grupos de valores, una función de probabilidad condicional que describe la probabilidad de observar un segundo valor de variable meteorológica comprendido en un intervalo predeterminado en una segunda fecha bajo la condición de: observar un primer valor de variable meteorológica en una primera fecha que es anterior a la segunda fecha, y/o prever en la primera fecha un tercer valor de variable meteorológica para una fecha de previsión situada en torno a la segunda fecha, en concreto, en una fecha anterior, posterior y/o igual a la segunda fecha,
y bajo la condición adicional de observar una diferencia de tiempo predeterminada entre la primera fecha y la segunda y/o fecha de previsión,
o seleccionar una pluralidad de mallas de la rejilla, destinadas a sobrevolarse por el satélite en la fecha de adquisición, a partir de características orbitales del satélite, para obtener mallas candidatas,
o obtener, para cada malla candidata, al menos una observación meteorológica actual asociada con una fecha de planificación anterior a la fecha de adquisición y/o al menos una previsión meteorológica actual asociada con una fecha situada en torno a la fecha de adquisición,
o seleccionar todas o parte de las mallas candidatas a partir de la función de probabilidad condicional y de la al menos una observación meteorológica actual y/o de la al menos una previsión meteorológica actual, pero también a partir de la diferencia entre la fecha de adquisición y una fecha de realización de la al menos una observación meteorológica actual y/o de la al menos una previsión meteorológica actual, para obtener mallas seleccionadas, o calcular un plan de misión del satélite a partir de las mallas seleccionadas, e
o insertar el plan de misión en la señal de control.
7. Dispositivo según la reivindicación 6, en el que la pluralidad de grupos de valores comprende, además, valores de variables meteorológicas que están asociados con mallas próximas a la malla actual.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 a 7, en el que las mallas seleccionadas son aquellas cuya función de probabilidad condicional da, para la fecha de adquisición, una probabilidad superior o inferior a una primera probabilidad predeterminada.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el segundo procesador calcula la función de probabilidad condicional a partir de la estimación de una densidad de probabilidad para todos o parte de los grupos de valores.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el segundo procesador calcula la función de probabilidad condicional gracias a un modelo de aprendizaje automático formado previamente a partir de todos o parte de los grupos de valores.
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