Спосіб коригування результатів спектрального аналізу матеріалів дистанційної зйомки грунту

Спосіб коригування результатів спектрального аналізу матеріалів дистанційної зйомки ґрунту, що включає дистанційне знімання ґрунтових поверхонь, відбір зразків з верхнього шару ґрунту з прив'язкою місць відбору за допомогою GPSприймача до глобальної системи координат, який відрізняється тим, що на прив'язаному космічному знімку по кожній точці відбору зразків комп'ютерно визначають значення яскравостей еталона на знімку по трьох спектральних каналах: червоному, 3 ральних характеристик ґрунтових поверхонь за матеріалами аерокосмічної зйомки, виходячи із встановленого взаємозв'язку між вмістом гумусу і кольором ґрунту. Головним недоліком цього підходу є те, що його використання можливе лише на відкритих (не зайнятих рослинністю) ґрунтових поверхнях. Крім того різниця у вологості, географічному орієнтуванні та стані ґрунтової поверхні в межах одного знімку впливає на значення яскравості, зменшуючи при цьому точність виконання досліджень. Різниця в часі зйомки також впливає на значення яскравості знімків. Тобто даний спосіб дає достовірну інформацію не на всю територію зйомки. Корисною моделлю пропонується спосіб коригування результатів спектрального аналізу даних аерокосмічної зйомки по ключовим точкам, за рахунок інструментального визначення забарвлення ґрунту на засадах використання цифрової фотокамери. Спосіб розроблений з метою удосконалення методики визначення спектральних характеристик ґрунту, за рахунок їх коригування на територіях, де результати зйомки не дають достовірної інформації. Поставлене корисною моделлю завдання досягається тим, що у способі коригування результатів спектрального аналізу матеріалів дистанційної зйомки ґрунту, що включає дистанційне знімання ґрунтових поверхонь, відбір зразків з верхнього шару ґрунту з прив'язкою місць відбору за допомогою GPS-приймача до глобальної системи координат, згідно корисній моделі на прив'язаному космічному знімку по кожній точці відбору зразків комп'ютерно визначають значення яскравостей еталону на знімку по трьох спектральних каналах: червоному, зеленому та синьому, а відібрані зразки висушують до повітряно-сухого стану, після чого подрібнюють до розміру 0,25мм поміщають в пластмасову кювету дещо ущільнюють та вирівнюють, поруч з кюветою розташовують еталонний зразок, стандартний аркуш білого паперу для офісної техніки (80г/м2, білизна 80%), проводять фотографування в камеральних умовах при регульованому штучному освітлені цифровою фотокамерою в стандартних умовах з наступною комп'ютерною обробкою результатів фотографування, за порівнянням результатів спектрального аналізу аерокосмічної зйомки і фотографічної в лабораторних умовах проводять коригування показників яскравості на територіях, де неможливо отримати достовірної інформації лише по даних багатоспектрального сканування. Фотографування зразка ґрунту в лабораторних умовах з подальшою комп'ютерною обробкою дозволяє одержувати кількісну оцінку забарвлення ґрунту в кольоровій моделі RGB. Спосіб відрізняється тим, що використовуються можливості інструментального визначення забарвлення ґрунту цифровою фотокамерою в ключових точках для коригування результатів спектрального аналізу матеріалів аерокосмічного знімання. Запропонована методика кількісної діагностики кольору ґрунту може використовуватись при проведенні ґрун 19604 4 тових обстежень території, оціночних, кадастрових робіт. Приклад: Спосіб, що пропонується, був апробований в 2006 році на 33 зразках, які були відібрані на території с.Городище, Бориспільського району, Київської області, які репрезентували чорноземи типові, чорноземи опідзолені та темно-сірі опідзолені ґрунти. Проводився відбір зразків з верхнього шару ґрунту 0-10см. Місця відбору прив'язувались за допомогою GPS-приймача до глобальної системи координат. Підбирались матеріали дистанційного знімання (знімки з космічного апарату Ресурс-М) на ту ж територію, які прив'язувались у тій же системі координат. На прив'язаному космічному знімку по кожній точці відбору зразків визначались значення яскравості по трьом каналам. Характеристики досліджуваних зразків ґрунту наведені у Таблиці 1. Проводилось визначення вмісту гумусу за загальноприйнятою методикою (по методу Тюріна) в кожному зразку. Проводилась підготовка зразків для фотографування, для чого відібрані зразки висушувалися до повітряно-сухого стану, після чого подрібнювались до розміру 0,25мм. Проводилось фотографування зразків ґрунту за допомогою цифрової камери Olympus С350. Зйомка проводилась в лабораторних умовах, з виключно штучним, регульованим за допомогою лабораторного трансформатора освітленням. Зразок поміщали в пластмасову кювету, дещо ущільнювали та вирівнювали, щоб уникнути впливу шорсткості поверхні на оптичні властивості ґрунту. Поруч з кюветою розташовували еталонний зразок, за який був прийнятий стандартний аркуш білого паперу для офісної техніки (80г/м2, білизна 80%) ТУ 5438-016-00253497-2001. Фотокамеру встановлювали на штативі на відстані 50см над зразком, таким чином, щоб зразок не потрапляв в тінь від неї. Під час фотографування для додаткового освітлення, а також для створення стандартних умов кольорового балансу, використовували блискавку фотоапарату. Для визначення балансу білого кольору використовували автоматичний режим роботи камери, який дозволяє досягнути оптимальної передачі реального забарвлення об'єкту. Обов'язковою умовою методики є створення умов, за якими еталонний зразок на знімку мав би ідеально білий колір. Для контролю цієї умови проводиться серія калібрувальних фотографувань з комп'ютерним визначенням яскравостей еталону на знімку в трьох спектральних каналах: червоному, зеленому та синьому. Необхідно забезпечити умови освітлення, при яких значення яскравості еталону досягає 255 по всіх трьох каналах, що відповідає чистому білому кольору. Після цього проводиться фотографування зразків ґрунту з подальшим комп'ютерним визначенням яскравості його забарвлення по трьох вищеназваних каналах. Всі виміри проводились в трьохразової повторності. Для подальшої статистичної обробки використовувалось середнє значення вимірів. Характеристики досліджуваних зразків ґрунту наведені у Таблиці 1. 5 19604 6 Таблиця 1 Спектральні характеристики досліджуваних ґрунтів Порядковий № Гумус, % зразка 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 195 196 197 198 199 200 201 202 208 209 213 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 1,67 1,98 1,67 1,36 1,88 1,93 2,3 2,3 2,62 2,4 2,4 2,4 2,14 2,04 2,24 2,56 2,88 2,3 2,45 2,24 1,17 0,91 0,86 0,91 1,02 0,7 1,55 1,29 1,34 1,65 1,6 2,08 1,71 Значення яскравості по космічному знімку R G В 62 180 174 50 194 131 47 193 126 47 190 126 45 188 126 53 189 139 47 188 131 50 193 132 48 195 129 47 192 129 47 194 135 46 188 125 45 189 123 47 193 126 46 188 126 44 185 125 46 177 133 54 160 173 52 142 173 51 136 174 63 162 193 68 168 196 66 165 198 67 171 198 58 157 185 76 184 211 61 159 188 60 158 190 55 145 181 54 146 179 49 136 175 47 136 170 60 162 192 Аналіз даних таблиці показав, що кореляція між вмістом гумусу і значеннями яскравості космічного знімку спостерігається тільки на території, яка не зайнята рослинністю (відкритий ґрунт) - R=0,79 (по червоному каналу); -0,62 (по зеленому) і 0,85 (по синьому каналу). На території, яка в момент зйомки була зайнята рослинністю, кореляції між вмістом гумусу і значеннями яскравості не спостерігається. При визначенні яскравості зразків за допомогою фотоапарату спостерігається кореляція по всіх зразках - R=-0,86; -0,83 і -0,79 відповідно каналам. Коефіцієнт яскравості по фотоапарату Rs/Ret Gs/Get Bs/Bet 0,730 0,635 0,497 0,679 0,583 0,456 0,686 0,589 0,460 0,757 0,677 0,536 0,658 0,567 0,452 0,686 0,597 0,460 0,638 0,535 0,417 0,627 0,542 0,421 0,632 0,534 0,427 0,623 0,551 0,442 0,614 0,516 0,394 0,601 0,503 0,394 0,617 0,560 0,463 0,640 0,544 0,430 0,606 0,507 0,399 0,636 0,557 0,442 0,590 0,501 0,394 0,683 0,597 0,469 0,660 0,554 0,435 0,696 0,588 0,455 0,813 0,725 0,571 0,773 0,659 0,520 0,820 0,704 0,555 0,787 0,691 0,552 0,721 0,616 0,489 0,776 0,675 0,537 0,738 0,635 0,489 0,822 0,730 0,570 0,744 0,642 0,496 0,746 0,640 0,500 0,693 0,586 0,455 0,716 0,613 0,483 0,716 0,608 0,477 Стан поверхні Ґрунт Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Рослинність Ґрунт Ґрунт Ґрунт Ґрунт Ґрунт ґрунт Ґрунт Ґрунт Ґрунт Ґрунт Ґрунт Ґрунт Ґрунт Ґрунт Ґрунт ґрунт Виходячи з отриманих результатів, можна зробити висновки про можливість визначення яскравості на територіях, які зайняті рослинністю, або з тих чи інших причин не є придатними для спектрального аналізу по матеріалам дистанційної зйомки. Що дає можливості для аналізу ґрунту по значенням яскравості на всю територію знімку. Тому були виведені регресивні рівняння, по яким проводилось коригування значень яскравості космічного знімку на територіях, зайнятих рослинністю. Результати коригування наведено в Таблиці 2. 7 19604 8 Таблиця 2 Відкориговані спектральні характеристики досліджуваних ґрунтів за результатами фотографування Порядковий № зразка Гумус, % 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 195 196 197 198 199 200 201 202 208 209 213 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 1,67 1,98 1,67 1,36 1,88 1,93 2,3 2,3 2,62 2,4 2,4 2,4 2,14 2,04 2,24 2,56 2,88 2,3 2,45 2,24 1,17 0,91 0,86 0,91 1,02 0,7 1,55 1,29 1,34 1,65 1,6 2,08 1,71 Значення яскравості по космічному знімку R G В 62 180 174 50 194 131 47 193 126 47 190 126 45 188 126 53 189 139 47 188 131 50 193 132 48 195 129 47 192 129 47 194 135 46 188 125 45 189 123 47 193 126 46 188 126 44 185 125 46 177 133 54 160 173 52 142 173 51 136 174 63 162 193 68 168 196 66 165 198 67 171 198 58 157 185 76 184 211 61 159 188 60 158 190 55 145 181 54 146 179 49 136 175 47 136 170 60 162 192 Регресивні рівняння для коригування яскравості космічних знімків по трьом каналам в даному випадку будуть мати наступний вигляд: Комп’ютерна верстка М. Ломалова Відкориговані значення яскравості космічного знімку R G В 62 180 174 44 123 167 45 126 169 62 173 198 39 115 166 45 130 169 35 98 152 32 102 154 33 97 156 31 106 162 29 88 143 26 81 143 30 111 170 35 103 157 27 83 145 34 109 162 24 80 143 54 160 173 52 142 173 51 136 174 63 162 193 68 168 196 66 165 198 67 171 198 58 157 185 76 184 211 61 159 188 60 158 190 55 145 181 54 146 179 49 136 175 47 136 170 60 162 192 Для червоного каналу (R) Υ=0.0044·Χ+0.486 Для зеленого каналу (G) Y=0.0019·Χ+0.3491 Для синього каналу (В) Υ=0.0044·Χ+0.486 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601