Данные дистанционного зондирования и изображения в ArcGIS

Визуализация, обработка, анализ и управление изображениями и растровыми данными являются важной частью ГИС. Информация, содержащаяся в типичных базовых картах земной поверхности и слоях ГИС, получается из изображений и растровых данных. Существующие карты и слои пересматриваются на основе обновленных изображений.

ArcGIS включает возможности визуализации, управления, обработки и анализа изображений и растровых данных. Возможности изображений и дистанционного зондирования расширены в дополнительном модуле ArcGIS Image Analyst, имеющем более широкий спектр возможностей анализа изображений.

Определены понятия изображений и дистанционного зондирования

Изображения — это растровые данные, представляющие измерения отраженной или излучаемой электромагнитной энергии, полученные с помощью сенсора, находящегося на беспилотном летающем аппарате, самолете или спутнике. Другие типы изображений и растровых данных включают в себя научные измерения свойств местоположения, такие как температура и соленость воды на разных глубинах, модели рельефа и сейсмические исследования.

Дистанционное зондирование извлекает значимую информацию из изображений. Оно применяет методы обработки изображений для выявления и извлечения различных типов информации об интересующих объектах, таких как тип и здоровье растительности, тип городской застройки, а также для выявления и анализа тенденций в обнаруженных объектах и ​​явлениях. Анализ близости и соседства, сезонность, физическая и антропогенная география, феноменология роста растительности, климат и другие физико-географические и экологические факторы учитываются при определении типа и времени получения изображения. Дистанционное зондирование — это воплощение The Science of Where™.

Инструменты, функции и возможности ArcGIS извлекают пространственную и спектральную информацию из изображений, используя научные методологии и методологии обработки изображений. Хотя процессы стандартизированы и оптимизированы с использованием передовых методов обработки изображений, рабочие процессы и результаты на основе научных методов дистанционного зондирования часто уникальны. Например, относительное здоровье определенных видов растительности можно отслеживать и анализировать в течение всего цикла роста.

Изображения и дистанционное зондирование предоставляют функции, инструменты и возможности для выполнения следующих действий:

• Корректировка, калибровка и стандартизация изображения для интеграции в рабочие процессы.
• Фотограмметрическая коррекция изображений дистанционного зондирования с беспилотных летательных аппаратов, самолетов и спутников
• Интерпретация, обработка и использование изображений
• Анализ и обработка мультиспектральных и многомерных растров
• Создание информационных продуктов из изображений
• Использование расширенных рабочих процессов анализа растров и изображений для машинного обучения и извлечения объектов

Управление снимками и наборами растровых данных

ArcGIS Pro предоставляет коллекцию инструментов для управления и обслуживания больших наборов изображений. Основными компонентами управления изображениями являются наборы данных мозаики и растровые продукты. В обычном понимании, мозаика получается при объединении коллекции изображений с целью получения одного бесшовного изображения. Набор данных мозаики реализовывает это, но при этом он также использует атрибуты изображений, такие как дата получения, облачное покрытие или пространственное разрешение, чтобы помочь вам в управлении коллекциями изображений, даже если они содержат перекрывающиеся изображения или изображения с различными пространственными разрешениями. Вместо создания файлов, когда вы хотите изменить, какие изображения показывать, или улучшить изображения, набор данных мозаики обрабатывает изображения в оперативной памяти, что позволяет быстро отображать интересующие изображения независимо от размера коллекции.

Большинство изображений содержат файл метаданных, описывающий сенсор и условия, при которых было получено изображение. ArcGIS Pro идентифицирует структуру изображений, получаемых с наиболее часто используемых сенсоров, и считывает файл метаданных для компиляции всех каналов в слои, которые могут отображать различные комбинации мультиспектральных каналов, снимки с панхроматическим слиянием или тепловые каналы, в зависимости от возможностей сенсора. Аналогично набору данных мозаики, комбинирование каналов происходит в оперативной памяти, поэтому они отображаются быстро, без создания новых файлов.

Обработка и анализ изображений

ArcGIS Pro содержит инструменты и растровые функции, работающие с изображениями и растровыми данными. Независимо от того, являются ли пиксельные данные изображением, полученным с сенсора спутника, беспилотного летательного аппарата или самолета, набором растровых данных или ЦМР, существует множество способов работы с этими данными при выполнении анализа.

Традиционно анализ изображений и растров выполняется с помощью стандартных и расширенных инструментов геообработки. Инструменты геообработки, скрипты Python и ModelBuilder работают вместе, чтобы обеспечивать обработку и автоматизацию операций управления данными в среде геообработки. Хотя эти инструменты геообработки используются во многих рабочих процессах, ArcGIS Pro предоставляет другой подход к анализу изображений и растров, который обрабатывает и отображает результаты сразу же после перемещения и изменения масштаба изображения.

Распределенный растровый анализ использует Portal for ArcGIS для повышения производительности обработки растров за счет распределения рабочей нагрузки на ArcGIS Image Server.

Функции растра

Использование функций растра — один из способов обработки и анализа наборов данных мозаики и растров в ArcGIS. Данный подход обрабатывает изображения и наборы растровых данных «на лету» по мере обращения к ним и немедленно отображает результаты на карте. Растровые функции работают в памяти, при этом не тратятся ресурсы и время на чтение и запись промежуточных файлов на диск. Набор растровых функций доступен как готовая функциональность. Вы можете использовать отдельные растровые функции или объединить несколько функций в пользовательский шаблон растровой функции (RFT) с помощью Редактора функций. Редактор функций — это интерфейс визуального программирования для создания, тестирования и сохранения рабочих процессов анализа изображений и растров. Вы можете сохранить как результаты, так и RFT в виде файла.

Распределенная обработка

ArcGIS Pro позволяет использовать Portal for ArcGIS для выполнения распределенной обработки изображений и растровых данных на стороне сервера. Эта технология позволяет повысить производительность обработки растров за счет обработки данных распределенным образом с использованием ArcGIS Image Server, настроенном для Анализ растров. Вы можете использовать инструменты и модели геообработки, а также возможности обработки растровыми функциями, чтобы выполнять обработку описанным образом, используя локальный портал. Он принимает локальные файлы и элементы с вашего портала в качестве входных данных и создает выходные данные на том же портале.

Вы также можете осуществлять доступ, обрабатывать и публиковать размещенные изображения и растры в ArcGIS Image for ArcGIS Online с помощью Portal for ArcGIS. Все возможности обработки изображений ArcGIS Pro доступны для обработки размещенных слоев изображений из ArcGIS Image for ArcGIS Online и публикации результатов в вашей учетной записи на портале.

Визуализация снимков

На контекстной вкладке для типа слоя изображения вы можете получить доступ к функциям предварительной обработки изображений, изменения отображения или способа визуализации данных, улучшения изображений, изменения символов и сравнения одного слоя с другим. Процесс работы с наборами данных мозаики, как правило, такой же, как и с одним изображением, за исключением того, что вы можете указать, что операции должны выполняться над определенными элементами, составляющими набор данных мозаики. Кроме того, элементы изображения, отображаемые в наборе данных мозаики, определяются свойствами метаданных.

ArcGIS Pro позволяет отображать изображения в 2D и 3D пространстве. Можно связать несколько 2D и 3D видов, чтобы вы могли работать с различными типами данных и различными видами одной и той же области, перемещаясь по данным и масштабируя их. Эта возможность приводит к повышению эффективности обработки и улучшению аналитического и визуального анализа.

Перспективные изображения могут отображаться в естественной ориентации в исходной системе координат изображения (строки и столбцы), а не в ориентации карты с севером вверху. Это полезно при дешифрировании.

Спутниковый снимок WV1 предоставлен компанией DigitalGlobe.

Вы можете просматривать изображения и работать с ними в стереоскопическом режиме. Выбирайте из множества активных или пассивных стереоскопических установок. Дополнительную информацию см. в разделе Стерео-картография в ArcGIS Pro.

Ортокартографирование

Ортокартографирование в ArcGIS Pro предоставляет инструменты, возможности и управляемые рабочие процессы для выполнения тщательного ортотрансформирования изображений с беспилотных летательных аппаратов, аэрофотоснимков и спутниковых изображений. К ним относятся настройка проекта, определение контрольных, связующих и проверочных точек, уравнивание блоков, а также создание продуктов высот и ортомозаики. Отчеты и визуальные диаграммы предоставляют уточняющую аналитическую и количественную информацию, чтобы достичь оптимальных результатов ортотрансформирования.

Более подробно об ортотрансформировании см. раздел Введение в ортокартографирование.

Стереокартография

Стерео-картография ArcGIS Pro в Image Analyst позволяет просматривать и работать со стереопарами, а также получать 3D-объекты. Можно получать точечные, линейные и полигональные 3D-объекты для различных рабочих процессов, например, для редактирования земельных участков, создания простых 3D-зданий, измерения расстояний и высот.

Эта пара анаглифных стереоизображений предоставлена Vexcel.

Глубокое обучение

Инструменты глубокого обучения обнаруживают объекты в изображениях, используя несколько слоев в нейронных сетях, где каждый слой способен извлекать один или несколько уникальных объектов изображения. Эти инструменты используют обработку с помощью GPU, что позволяет быстро выполнять анализ.

Подробнее о глубоком обучении с помощью снимков и других растровых данных см. раздел Глубокое обучение и Анализ растров.

Классификация

Классификация изображений позволяет извлекать классы из мультиспектральных изображений. Растр, полученный в результате классификации изображений, можно использовать для создания тематических карт. Можно классифицировать пикселы изображений или сегментированные объекты, используя параметрические классификаторы и классификаторы машинного обучения. Вы можете использовать Мастер классификации изображений для получения инструкций по всему процессу классификации. Чтобы выполнить только часть рабочего процесса классификации, вы можете использовать различные инструменты классификации изображений.

Многомерный анализ

Инструменты и возможности Многомерного анализа позволяют выполнять и визуализировать комплексный анализ многомерных растровых данных для изучения научно значимых трендов и аномалий. Многомерные данные представляют собой данные, полученные в разные моменты времени и/или на различной глубине или высоте. Эти типы данных часто используются в науках, связанных с изучением атмосферных явлений и Земли, а также в океанографии. Многомерные растровые данные можно получить с помощью спутниковых наблюдений, в процессе которых данные собираются через определенные промежутки времени, или создать их с помощью числовых моделей, когда данные агрегируются, интерполируются или моделируются из других источников данных.

Более подробно о многомерных данных см. Многомерные растровые данные.

Пространственная привязка

Пространственная привязка изображений определяет их корректное географическое положение, чтобы их можно было просматривать, выполнять к ним запросы и анализировать вместе с другими географическими данными. Для пространственной привязки данных необходимо создать опорные точки, которые привяжут ваш растр к реальным географическим координатам. Инструменты, необходимые для пространственной привязки растровых данных, расположены на вкладке Пространственная привязка.

Диаграммы снимков и растров

Диаграммы снимков разработаны для интерактивной обработки и отображения многозональных и многомерных растровых данных для анализа и оценки снимков. Например, вы можете обозначить область интереса на изображении, а затем составить спектральный профиль определенных наземных объектов, таких как антропогенная застройка, тип и здоровье растительности и других, для обеспечения специальных приложений количественными данными и информацией. Типы диаграмм изображений и растров включают спектральный профиль, временной профиль, точечную диаграмму изображения, профиль измерения, гистограмму изображения и столбчатую диаграмму. Вы можете использовать Анализатор изменения пикселов временных рядов, чтобы определить изменения в значениях одного пиксела с течением времени, используя любой метод выявления изменений.