RU169849U1 - Система идентификации объектов обнаружения при дистанционном зондировании снежно ледового покрытия Арктики - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области информатики и может быть использована в системах идентификации объектов обнаружения при дистанционном зондировании снежно-ледового покрытия Арктики.Техническим результатом является повышение быстродействия системы путем исключения затрат времени на поиск эталонных цифровых описаний объектов обнаружения по всей базе данных системы.Технический результат достигается тем, что система содержит модуль приема кодограмм объектов обнаружения, модуль выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения, модуль выборки записей базы знаний, модуль базы знаний, модуль определения идентичности объектов обнаружения, модуль приема записей базы знаний и модуль сравнения координат объектов обнаружения. 10 ил.

Description

Полезная модель относится к области информатики и может быть использована в системах идентификации объектов обнаружения при дистанционном зондировании снежно-ледового покрытия Арктики.

Космическое зондирование, интенсивно развивающееся в последние десятилетия, предоставило наукам о земле новые возможности для исследования земной поверхности. Интеллектуальный анализ измерительной информации используется для выявления скрытых закономерностей или закономерностей между переменными, характеризующими результаты каких-либо процессов в технических или естественных системах, в том числе, когда измерения представлены большими массивами данных.

Сложная ледовая обстановка во многих районах прохождения Северного морского пути значительно осложняет судоходство по этому перспективному во многих отношениях маршруту. Обеспечение режима безопасного судоходства на Северном морском пути невозможно без современных средств мониторинга ледовой обстановки и поддержки принятия решений. Например, анализ ледовой обстановки предусматривает периодическую разработку и обновление ледовых карт, а маршруты проводки судов по участкам пути могут достаточно часто корректироваться в связи с изменением различных условий судоходства.

Пространственная специфика таких задач приводит к необходимости использования географических информационных систем в качестве информационной базы для построения перспективных систем мониторинга морской обстановки на Северном морском пути.

Известны технические решения поставленной задачи (1, 2).

Первое из известных технических решений содержит блок бортовой регистрирующей аппаратуры, связанный каналами связи с блоком управления и обработки данных, который связан с бортовой аппаратурой космического аппарата по каналу связи для последующего сброса информации на Землю. При этом блок управления и обработки данных включает устройство сопряжения, автономное таймерное устройство, одноплатный компьютер, систему принудительного охлаждения, систему термодатчиков, блок запоминающего устройства, блок синхронной передачи данных, блок вторичного питания и систему трансляции команд и распределения питания (1).

Недостаток этого решения заключается в невысоком быстродействии системы, обусловленном тем, что обработка всей измерительной информации осуществляется в центре управления полетами, что приводит к большим затратам времени.

Известно и другое техническое решение, содержащее соединенные между собой блок антенной системы, усилители мощности, усилители высокой частоты, усилители промежуточной частоты, смесители, фазовые детекторы, фазовращатель, блок управления РЛС, синтезатор частот и другие элементы, которые обеспечивают определение образования в заданном радиусе кромки льда, приближение ее к объекту, измерение толщины опасных ледяных образований, определение скорости, направления, движения дрейфующих полей и могут предоставить высокоточную оценку ледовой обстановки. (2).

Последнее из перечисленных выше технических решений наиболее близко к описываемому техническому решению. Его недостаток также заключается в недостаточно высоком быстродействии, обусловленном тем, что поиск данных, необходимых для идентификации объектов зондирования, осуществляется по всей базе данных системы.

Цель полезной модели состоит в повышении быстродействия системы путем исключения затрат времени на поиск эталонных цифровых описаний объектов обнаружения по всей базе данных системы.

Поставленная цель достигается тем, что в известную систему, содержащую модуль приема кодограмм объектов обнаружения, информационный и синхронизирующий входы которого являются первыми информационным и синхронизирующими входами системы, при этом информационный вход модуля приема кодограмм объектов обнаружения предназначен для приема кодограмм объектов обнаружения, а синхронизирующий вход модуля приема кодограмм объектов обнаружения предназначен для приема синхронизирующих сигналов занесения данных кодограмм объектов обнаружения в модуль приема кодограмм объектов обнаружения, а первый информационный выход модуля приема кодограмм объектов обнаружения является первым информационным выходом системы, предназначенным для выдачи данных кодограмм объектов обнаружения на первый информационный вход сервера базы данных системы, модуль приема записей базы знаний, информационный вход которого соединен с информационным выходом модуля базы знаний, синхронизирующий вход модуля приема записей базы знаний подключен к синхронизирующему выходу модуля базы знаний, а первый информационный выход модуля приема записей базы знаний является вторым информационным выходом системы, предназначенным для выдачи данных эталонных объектов обнаружения на второй информационный вход сервера базы данных системы, модуль выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения, информационный вход которого соединен с вторым информационным выходом модуля приема кодограмм объектов обнаружения, синхронизирующий вход модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения подключен к синхронизирующему входу системы, при этом первый информационный выход модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения соединен с информационным входом модуля базы знаний, а синхронизирующий выход модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения подключен к синхронизирующему входу модуля базы знаний, введены модуль выборки записей базы знаний, информационный вход которого соединен с вторым информационным выходом модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения, синхронизирующий вход модуля выборки записей базы знаний подключен к синхронизирующему выходу модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения, установочный вход модуля выборки записей базы знаний подключен к установочному выходу модуля базы знаний, при этом один тактирующий выход модуля выборки записей базы знаний соединен с счетным входом модуля базы знаний, а другой тактирующий выход модуля выборки записей базы знаний подключен первому установочному входу модуля базы знаний, модуль проверки идентичности объектов обнаружения, один информационный вход которого соединен с третьим информационным выходом модуля приема кодограмм объектов обнаружения, другой информационный вход модуля проверки идентичности объектов обнаружения подключен к первому информационному выходу модуля приема записей базы знаний, а синхронизирующий вход модуля проверки идентичности объектов обнаружения соединен с синхронизирующим выходом модуля базы знаний, при этом первый тактирующий выход модуля проверки идентичности объектов обнаружения подключен к счетному входу модуля выборки записей базы знаний, модуль сравнения координат объектов обнаружения, один информационный вход которого соединен с четвертым информационным выходом модуля приема кодограмм объектов обнаружения, другой информационный вход модуля сравнения координат объектов обнаружения подключен к второму информационному выходу модуля приема записей базы знаний, а синхронизирующий вход модуля сравнения координат объектов обнаружения соединен с вторым тактирующим выходом модуля выборки записей базы знаний, при этом первый сигнальный выход модуля сравнения координат объектов обнаружения является первым сигнальным выходом системы, предназначенным для выдачи сигналов на вход первого канала прерывания сервера базы данных системы, а второй сигнальный выход модуля сравнения координат объектов обнаружения является вторым сигнальным выходом системы, предназначенным для выдачи сигналов на вход второго канала прерывания сервера базы данных системы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема системы, на фиг. 2 - структурная схема модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения, на фиг. 3 - структурная схема модуля выборки записей базы знаний, на фиг. 4 - структурная схема модуля базы знаний, на фиг. 5 - структурная схема модуля идентификации объектов обнаружения, на фиг. 6 - структурная схема модуля сравнения координат объектов обнаружения, на фиг. 7 - показан пример исходного фрагмента изображения с объектами обнаружения, на фиг. 8 - приведен пример сегментированного изображения с объектами обнаружения, на фиг. 9 приведен пример результатов сравнения фрагментов изображений объектов, а на фиг. 10 приведен пример результатов анализа данных дистанционного зондирования снежно-ледового покрытия Арктики.

Система (фиг. 1) содержит модуль 1 приема кодограмм объектов обнаружения, модуль 2 выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения, модуль 3 выборки записей базы знаний, модуль 4 базы знаний, модуль 5 определения идентичности объектов обнаружения, модуль 6 приема записей базы знаний и модуль 7 сравнения координат объектов обнаружения. На фиг. 1 показаны информационный 8 и синхронизирующий 9 входы системы, а также информационный 10, первый 11 и второй 12 сигнальные выходы системы.

Модуль 1 (фиг. 1) приема кодограмм объектов обнаружения выполнен в виде регистра, имеющего информационный 8, синхронизирующий 9 и установочный 15 входы, а также первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 информационные выходы.

Модуль 2 (фиг. 2) выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения содержит блок 40 памяти, выполненный в виде постоянного запоминающего устройства, дешифратор 41, элементы 42 - 44 И, первый 46 и второй 47 элементы задержки. На чертеже показаны информационный 48 и синхронизирующий 49 входы, а также информационные 50, 51 и синхронизирующий 52 выходы.

Модуль 3 (фиг. 3) выборки записей базы знаний содержит регистр 52, счетчик 53, компаратор 54, элемент 55 задержки. На чертеже показаны информационный вход 56, синхронизирующий вход 57, счетный вход 58 и установочный вход 59, а также первый 60 и второй 61 тактирующие выходы.

Модуль 4 (фиг. 4) базы знаний содержит блок 30 памяти, счетчик 31, элементы 32, 33 ИЛИ, элементы 34, 35 и 36 задержки. На чертеже показаны информационный 64, синхронизирующий 65, счетный 66 и установочные первый 67 и второй 68 входы, а также информационный 70, синхронизирующий 69 и установочный 25 выходы.

Модуль 5 (фиг. 5) проверки идентичности объектов обнаружения содержит компаратор 72 и элемент 73 задержки. На чертеже показаны синхронизирующий 74, информационные 75, 76 входы, а также первый 77 и второй 78 тактирующие выходы.

Модуль 6 (фиг. 1) приема записей базы знаний выполнен в виде регистра, имеющего информационный 20 и синхронизирующий 21 входы, а также первый 22 и второй 23 информационные выходы.

Модуль 7 (фиг. 1) сравнения координат объектов обнаружения выполнен в виде компаратора, имеющего первый 24 и второй 25 информационные и синхронизирующий 26 входы, а также первый 27 и второй 28 сигнальные выходы.

Первичная обработка данных об объектах обнаружения с космических аппаратов происходит в автоматическом режиме на поставляемых оператором спутника серверах и программном обеспечении Программное обеспечение позволяет создавать продукты в соответствии с режимом съемки с заданием вручную минимального количества параметров, таких как сдвиг для решения доплеровской неоднозначности и выбора типа подстилающей поверхности (льды, скрытая вода и др.).

Информация о морских льдах формируется в виде архивов растровых, графических и векторных цифровых ледовых карт. Они предназначены для точного отображения пространственного распределения и характеристик ледяного покрова на морях, а именно зон различной общей сплоченности, частной сплоченности возрастных стадий льда, форм ледяных полей, каналов, разводий и других явлений и образований. При составлении ледовых карт спутниковые изображения интерпретируются визуально специалистом - оператором (фиг. 7, 8).

Векторизация данных осуществляется в полуавтоматическом режиме, последующую классификацию сегментов проводит оператор, и точность классификации зависит от его опыта (фиг. 9, 10).

Такой процесс условно можно разделить на стадии: обнаружения, распознавания и интерпретации ледовых характеристик на изображениях. Стадия обнаружения - сбор, констатация наличия объекта, его принадлежность к определенному типу ледовых образований (например, поле льда, канал/трещина и т. д.).

Возможность определения характеристик льдов напрямую зависит от пространственного разрешения снимка. По изображению с пространственным разрешением 250 м/пик можно проводить оценку таких деталей ледовой обстановки, как заприпайные полыньи, площадь и границы припая, каналы, формы и размеры льдин.

Дешифрирование морских льдов по спутниковым радиолокационным изображениям включает процессы обнаружения, распознавания и интерпретации параметров льдов.

Данные объектов обнаружения после предварительной обработки поступают на информационный 8 вход системы в виде кодограммы, имеющей следующую структуру:

Данная кодограмма заносится в регистр модуля 1 синхронизирующим импульсом, поступающим на вход 8. С выхода 17 модуля 1 код идентификатора объекта обнаружения выбранного типа поступает на информационный вход 48 модуля 2, откуда она выдается на вход дешифратора 41. Дешифратор 41 расшифровывает код идентификатора объекта обнаружения и подготавливает цепь прохождения сигнала с входа 49, открывая один из элементов 42 - 45 И. Для определенности предположим, что высокий потенциал поступил на один вход элемента 42 И.

Параллельно с этим, синхронизирующий импульс с входа 9 системы поступает на вход 49 модуля 2, где задерживается элементом 46 на время занесения входной кодограммы в модуль 1 и срабатывания дешифратора 41, и далее опрашивает состояния элементов 42-45 И.

Учитывая то обстоятельство, что открытым по одному входу будет только элемент 42 И, то пройдя этот элемент И, синхроимпульс поступает на вход считывания фиксированной ячейки памяти постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 40, где хранится код опорного адреса записей эталонных цифровых описаний объектов обнаружения и количество подобных записей в модуле 4 базы знаний системы.

Структура кодограммы, хранимой в фиксированной ячейке памяти ПЗУ, имеет следующий вид:

Код опорного адреса записей эталонных цифровых описаний объектов обнаружения данного типа из ПЗУ 40 считывается на выход 50 и далее через вход 64 модуля 4 поступает на информационный вход счетчика 31, а код количества записей считывается на выход 51 и далее через вход 56 модуля 3 поступает на информационный вход регистра 52.

Параллельно с описанным процессом, тот же импульс считывания с выхода элемента 46 модуля 2 задерживается элементом задержки 47 на время считывания содержимого фиксированной ячейки ПЗУ 40 и затем с выхода 52 поступает на синхронизирующий вход 65 счетчика 31 модуля 4 и на синхронизирующий вход 57 регистра 52, фиксируя в них соответствующие считанные коды.

Код адреса с выхода счетчика 31 выдается на адресный вход блока 30 памяти. Одновременно с занесением кода опорного адреса записей эталонных цифровых описаний объектов зондирования данного типа в счетчик 31 модуля 4, синхронизирующий импульс с входа 65 проходит элемент 33 ИЛИ, задерживается элементом 34 на время занесения кода адреса в счетчик 31, и далее поступает на вход считывания блока памяти.

По этому сигналу считывается первая запись из ячейки опорного адреса записей эталонных цифровых описаний объектов обнаружения данного типа и через выход 23 модуля 4 поступает на информационный 26 вход модуля 6, в который она заносится синхронизирующим импульсом, поступающим с выхода 24 модуля 4 на вход 27 модуля 6.

Таким образом, в модуле 6 будет находиться содержание первой записи эталонных цифровых описаний объектов обнаружения данного типа, а в модуле 1 к этому моменту времени уже находится цифровое описание объекта, поступившего на вход системы.

Цифровое описание объекта обнаружения, поступившее на вход системы, с выхода 22 модуля 1 поступает на информационный вход 74 модуля 5, а содержание первой записи эталонных цифровых описаний объектов обнаружения данного типа с выхода модуля 6 поступает на другой информационный вход 75 модуля 5.

Параллельно с этим процессом, синхронизирующий импульс с выхода 24 модуля 4 поступает на синхронизирующий 76 вход модуля 5, где задерживается элементом 73 на время занесения кода в модуль 6, и далее поступает на синхронизирующий вход компаратора 72.

По этому синхроимпульсу компаратор 72 сравнивает входные коды, и, если цифровое описание объекта обнаружения, находящееся в модуле 6, не совпадает с цифровым описанием объекта в модуле 1, то на выходе 77 модуля 5 появляется сигнал, который поступает на вход 58 модуля 3, где, во-первых, проходит на счетный вход счетчика 53, который подсчитывает число просмотренных записей из базы знаний модуля 4.

Во-вторых, этот же импульс задерживается элементом 55 на время срабатывания счетчика 53, и затем поступает на синхронизирующий вход компаратора 54, на один информационный вход которого с выхода регистра 52 подан код числа записей эталонных цифровых описаний объектов обнаружения данного типа, а на другой информационный вход код числа просмотренных записей с выхода счетчика 53.

Если число просмотренных записей, зарегистрированное счетчиком 53, меньше числа записей базы знаний модуля 4, то на выходе 60 модуля 3 появляется импульс. Данный импульс через вход 66 модуля 4 проходит на счетный вход счетчика 31, увеличивая на единицу опорный адрес базы знаний модуля 4.

Кроме того, этот же импульс проходит элемент 33 ИЛИ, задерживается элементом 34 на время срабатывания счетчика 31, и вновь поступает на вход считывания блока 30 памяти. По этому сигналу вновь считывается содержимое очередной ячейки памяти по вновь сформированному адресу, выдается на информационный вход 26 модуля 6 и заносится в модуль 6 синхронизирующим импульсом, поступающим с выхода 24 модуля 4 на синхронизирующий вход 27 модуля 6.

Описанный процесс считывания эталонных цифровых описаний объектов обнаружения данного типа из модуля 4 и сравнения их с цифровым описанием объекта обнаружения в модуле 1 будет продолжаться до тех пор, пока не будут просмотрены все записи в базе знаний модуля 4. Этот факт будет зафиксирован компаратором 54 модуля 3 выдачей сигнала на выход 61. С выхода 61 модуля 3 сигнал, во-первых, поступает на вход 67 модуля 4, где проходит элемент 32 ИЛИ, и далее поступает как на установочный вход счетчика 31, сбрасывая его в исходное состояние, так и через выход 25 модуля 4 на установочные входы модулей 1 и 3.

Если же модуль 5 зафиксирует факт равенства входных кодов, что будет свидетельствовать о том, что входное цифровое описание объекта обнаружения соответствует эталонному цифровому описанию объектов обнаружения данного типа, то на выходе 78 модуля 5 появляется сигнал, который, во-первых, поступает на синхронизирующий вход 26 модуля 7, на один вход 24 которого с выхода 19 модуля 1 поданы координаты обнаруженного объекта, на другой вход 25 модуля 7 поданы координаты объекта из модуля 4 базы знаний.

По сигналу с входа 26 модуль 7 сравнивает поступившие координаты, и если значения координат оказались равными, то на выходе 27 модуля 7 системы формируется сигнал, который через выход 11 системы поступает на вход первого канала прерывания сервера базы данных.

По этому сигналу сервер базы данных переходит на подпрограмму документирования кодограммы объекта обнаружения в базу данных неподвижных объектов снежно-ледового покрытия Арктики с информационного 10 выхода и записи в базу данных сервера системы.

Если же значения координат оказались различными, то на выходе 28 модуля 7 системы формируется сигнал, который через выход 12 системы поступает на вход второго канала прерывания сервера базы данных.

По этому сигналу сервер базы данных переходит на другую подпрограмму документирования кодограммы объекта обнаружения в базу данных подвижных объектов снежно-ледового покрытия Арктики с информационного 10 выхода и их записи в базу данных сервера системы.

Кроме того, синхронизирующий импульс с входа 26 задерживается элементом 81 задержки на время выдачи кодограмм объектов обнаружения на информационный вход сервера базы данных, и с выхода 29 модуля 7 поступает на установочный 68 вход модуля 4, подготавливая систему к новому циклу работы.

Таким образом, введение новых модулей и новых конструктивных связей позволило существенно повысить быстродействие системы путем исключения необходимости затрат времени на поиск эталонных цифровых описаний объектов зондирования по всей базе данных системы.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки:

1. Патент РФ № 249 8399 (29.05.2012).

2. Патент РФ № 246 7347 (08.04.2011), прототип.

Claims (1)

1. Система идентификации объектов обнаружения при дистанционном зондировании снежно-ледового покрытия Арктики, содержащая модуль приема кодограмм объектов обнаружения, информационный и синхронизирующий входы которого являются первыми информационным и синхронизирующими входами системы, при этом информационный вход модуля приема кодограмм объектов обнаружения предназначен для приема кодограмм объектов обнаружения, а синхронизирующий вход модуля приема кодограмм объектов обнаружения предназначен для приема синхронизирующих сигналов занесения данных кодограмм объектов обнаружения в модуль приема кодограмм объектов обнаружения, а первый информационный выход модуля приема кодограмм объектов обнаружения является первым информационным выходом системы, предназначенным для выдачи данных кодограмм объектов обнаружения на первый информационный вход сервера базы данных системы, модуль приема записей базы знаний, информационный вход которого соединен с информационным выходом модуля базы знаний, синхронизирующий вход модуля приема записей базы знаний подключен к синхронизирующему выходу модуля базы знаний, а первый информационный выход модуля приема записей базы знаний является вторым информационным выходом системы, предназначенным для выдачи данных эталонных объектов обнаружения на второй информационный вход сервера базы данных системы, модуль выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения, информационный вход которого соединен с вторым информационным выходом модуля приема кодограмм объектов обнаружения, синхронизирующий вход модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения подключен к синхронизирующему входу системы, при этом первый информационный выход модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения соединен с информационным входом модуля базы знаний, а синхронизирующий выход модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения подключен к синхронизирующему входу модуля базы знаний, отличающаяся тем, что система содержит модуль выборки записей базы знаний, информационный вход которого соединен с вторым информационным выходом модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения, синхронизирующий вход модуля выборки записей базы знаний подключен к синхронизирующему выходу модуля выбора адресов записей эталонов объектов обнаружения, установочный вход модуля выборки записей базы знаний подключен к установочному выходу модуля базы знаний, при этом один тактирующий выход модуля выборки записей базы знаний соединен с счетным входом модуля базы знаний, а другой тактирующий выход модуля выборки записей базы знаний подключен к первому установочному входу модуля базы знаний, модуль проверки идентичности объектов обнаружения, один информационный вход которого соединен с третьим информационным выходом модуля приема кодограмм объектов обнаружения, другой информационный вход модуля проверки идентичности объектов обнаружения подключен к первому информационному выходу модуля приема записей базы знаний, а синхронизирующий вход модуля проверки идентичности объектов обнаружения соединен с синхронизирующим выходом модуля базы знаний, при этом первый тактирующий выход модуля проверки идентичности объектов обнаружения подключен к счетному входу модуля выборки записей базы знаний, модуль сравнения координат объектов обнаружения, один информационный вход которого соединен с четвертым информационным выходом модуля приема кодограмм объектов обнаружения, другой информационный вход модуля сравнения координат объектов обнаружения подключен к второму информационному выходу модуля приема записей базы знаний, а синхронизирующий вход модуля сравнения координат объектов обнаружения соединен с вторым тактирующим выходом модуля выборки записей базы знаний, при этом первый сигнальный выход модуля сравнения координат объектов обнаружения является первым сигнальным выходом системы, предназначенным для выдачи сигналов на вход первого канала прерывания сервера базы данных системы, а второй сигнальный выход модуля сравнения координат объектов обнаружения является вторым сигнальным выходом системы, предназначенным для выдачи сигналов на вход второго канала прерывания сервера базы данных системы.

Images