Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков
Предложен алгоритм автоматического распознавания типов загрязнений на морской поверхности, основанный на методе выделения признаков по взаимной корреляции выделенного контура и контуров тестовых фигур. Разработанная методика дает возможность с достаточной вероятностью определить характер аномального...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України
2008
|
| Schriftenreihe: | Екологічна безпека та природокористування |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19346 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков / Г.Я. Красовский, А.Н. Трофимчук, В.А. Слободян, А.Н. Брашеван // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2008. — Вип. 2. — С. 93-104. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-19346 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-193462011-04-28T12:03:59Z Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков Красовский, Г.Я. Трофимчук, А.Н. Слободян, В.А. Брашеван, А.Н. Екологічна безпека Предложен алгоритм автоматического распознавания типов загрязнений на морской поверхности, основанный на методе выделения признаков по взаимной корреляции выделенного контура и контуров тестовых фигур. Разработанная методика дает возможность с достаточной вероятностью определить характер аномального явления морских акваториях. Запропоновано алгоритм автоматичного розпізнавання типів забруднень на морській поверхні, оснований на методі виділення ознак по взаємній кореляції виділеного контуру й контурів тестових фігур. Розроблена методика дає можливість із достатньою ймовірністю визначити характер аномального явища морських акваторіях. The algorithm of automatic recognition of types of pollution on the sea surface, based on a method of allocation of signs on mutual correlation of the allocated contour and contours of test figures is offered. The developed technique gives the chance with sufficient probability to define character of the abnormal phenomenon sea water areas. 2008 Article Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков / Г.Я. Красовский, А.Н. Трофимчук, В.А. Слободян, А.Н. Брашеван // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2008. — Вип. 2. — С. 93-104. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. XXXX-0062 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19346 551.465 ru Екологічна безпека та природокористування Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Екологічна безпека Екологічна безпека |
| spellingShingle |
Екологічна безпека Екологічна безпека Красовский, Г.Я. Трофимчук, А.Н. Слободян, В.А. Брашеван, А.Н. Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков Екологічна безпека та природокористування |
| description |
Предложен алгоритм автоматического распознавания типов загрязнений на морской поверхности, основанный на методе выделения признаков по взаимной корреляции выделенного контура и контуров тестовых фигур. Разработанная методика дает возможность с достаточной вероятностью определить характер аномального явления морских акваториях. |
| format |
Article |
| author |
Красовский, Г.Я. Трофимчук, А.Н. Слободян, В.А. Брашеван, А.Н. |
| author_facet |
Красовский, Г.Я. Трофимчук, А.Н. Слободян, В.А. Брашеван, А.Н. |
| author_sort |
Красовский, Г.Я. |
| title |
Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков |
| title_short |
Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков |
| title_full |
Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков |
| title_fullStr |
Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков |
| title_full_unstemmed |
Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков |
| title_sort |
распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков |
| publisher |
Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Екологічна безпека |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19346 |
| citation_txt |
Распознавание загрязнений морских акваторий с использованием искусственных дешифрованных признаков / Г.Я. Красовский, А.Н. Трофимчук, В.А. Слободян, А.Н. Брашеван // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2008. — Вип. 2. — С. 93-104. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Екологічна безпека та природокористування |
| work_keys_str_mv |
AT krasovskijgâ raspoznavaniezagrâznenijmorskihakvatorijsispolʹzovaniemiskusstvennyhdešifrovannyhpriznakov AT trofimčukan raspoznavaniezagrâznenijmorskihakvatorijsispolʹzovaniemiskusstvennyhdešifrovannyhpriznakov AT slobodânva raspoznavaniezagrâznenijmorskihakvatorijsispolʹzovaniemiskusstvennyhdešifrovannyhpriznakov AT braševanan raspoznavaniezagrâznenijmorskihakvatorijsispolʹzovaniemiskusstvennyhdešifrovannyhpriznakov |
| first_indexed |
2025-07-02T20:11:31Z |
| last_indexed |
2025-07-02T20:11:31Z |
| _version_ |
1836567328704167936 |
| fulltext |
93
ÏðåðîìàíòèçìÐîçä³ë 1. Åêîëîã³÷íà áåçïåêà
ÓÄÊ 551.465
ÐÀÑÏÎÇÍÀÂÀÍÈÅ ÇÀÃÐßÇÍÅÍÈÉ ÌÎÐÑÊÈÕ
ÀÊÂÀÒÎÐÈÉ Ñ ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÈÅÌ ÈÑÊÓÑÑÒÂÅÍÍÛÕ
ÄÅØÈÔÐÎÂÎ×ÍÛÕ ÏÐÈÇÍÀÊÎÂ
Ã.ß. Êðàñîâñêèé, ä-ð òåõí. íàóê
(Èíñòèòóò ïðîáëåì íàöèîíàëüíîé áåçîïàñíîñòè
ÐÍÁÎ Óêðàèíû)
À.Í. Òðîôèì÷óê, ä-ð òåõí. íàóê
(Èíñòèòóò òåëåêîììóíèêàöèé è
ãëîáàëüíîãî èíôîðìàöèîííîãî ïðîñòðàíñòâà
ÍÀÍ Óêðàèíû)
Â.À. Ñëîáîäÿí
À.Í. Áðàøåâàí
Íàöèîíàëüíûé àýðîêîñìè÷åñêèé óíèâåðñèòåò
èì. Í.Å. Æóêîâñêîãî «ÕÀÈ»)
Ïðåäëîæåí àëãîðèòì àâòîìàòè÷åñêîãî ðàñïîçíàâàíèÿ òèïîâ çàãðÿçíå-
íèé íà ìîðñêîé ïîâåðõíîñòè, îñíîâàííûé íà ìåòîäå âûäåëåíèÿ ïðèçíàêîâ
ïî âçàèìíîé êîððåëÿöèè âûäåëåííîãî êîíòóðà è êîíòóðîâ òåñòîâûõ ôèãóð.
Ðàçðàáîòàííàÿ ìåòîäèêà äàåò âîçìîæíîñòü ñ äîñòàòî÷íîé âåðîÿòíîñòüþ
îïðåäåëèòü õàðàêòåð àíîìàëüíîãî ÿâëåíèÿ ìîðñêèõ àêâàòîðèÿõ.
Çàïðîïîíîâàíî àëãîðèòì àâòîìàòè÷íîãî ðîçï³çíàâàííÿ òèï³â çàáðóä-
íåíü íà ìîðñüê³é ïîâåðõí³, îñíîâàíèé íà ìåòîä³ âèä³ëåííÿ îçíàê ïî âçàºìí³é
êîðåëÿö³¿ âèä³ëåíîãî êîíòóðó é êîíòóð³â òåñòîâèõ ô³ãóð. Ðîçðîáëåíà
ìåòîäèêà äຠìîæëèâ³ñòü ³ç äîñòàòíüîþ éìîâ³ðí³ñòþ âèçíà÷èòè õàðàê-
òåð àíîìàëüíîãî ÿâèùà ìîðñüêèõ àêâàòîð³ÿõ.
The algorithm of automatic recognition of types of pollution on the sea surface,
based on a method of allocation of signs on mutual correlation of the allocated
contour and contours of test figures is offered. The developed technique gives
the chance with sufficient probability to define character of the abnormal
phenomenon sea water areas.
Ââåäåíèå
Îñíîâíûìè ôàêòîðàìè àíòðîïîãåííîãî çàãðÿçíåíèÿ ìîðÿ ÿâ-
ëÿþòñÿ: ðå÷íîé ñòîê; áåðåãîâîé ñòîê; àáðàçèÿ áåðåãîâ; ðàçëèâû
Ã.ß. Êðàñîâñêèé, À.Í. Òðîôèì÷óê, Â.À. Ñëîáîäÿí, À.Í. Áðàøåâàí, 2008
94
Åêîëîã³÷íà áåçïåêà òà ïðèðîäîêîðèñòóâàííÿ
íåôòè è íåôòåïðîäóêòîâ ðàçíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ [1]. Â ïåðâóþ
î÷åðåäü, èíòåíñèâíîìó çàãðÿçíåíèþ ïîäâåðãàþòñÿ ïðèáðåæíûå
âîäû. Äëÿ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ìîíèòîðèíãà èõ ýêîëîãè-
÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ íåîáõîäèìî áûñòðî è ýôôåêòèâíî îïðåäåëÿòü
òèï çàãðÿçíåíèé, à òàêæå èõ ãåíåçèñ è ñëåäñòâèÿ. Ýòî ìîæíî
ñäåëàòü íà îñíîâå òåìàòè÷åñêîãî äåøèôðèðîâàíèÿ êîñìè÷åñêèõ
ñíèìêîâ.
Áàçèðóÿñü íà ïðàêòè÷åñêîì îïûòå òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè êîñ-
ìè÷åñêèõ ñíèìêîâ ñ ðàçíûìè òèïàìè çàãðÿçíåíèé, âûäåëåíû íàè-
áîëåå èíôîðìàòèâíûå åñòåñòâåííûå äåøèôðîâî÷íûå ïðèçíàêè êàæ-
äîãî òèïà çàãðÿçíåíèÿ, õàðàêòåðíûå äëÿ ×åðíîãî è Àçîâñêîãî ìîðåé.
Âñå îíè ñèñòåìàòèçèðîâàíû è îïèñàíû ñëîâåñíî [2]. Îäíàêî, äëÿ
ýôôåêòèâíîãî ìîíèòîðèíãà ìîðñêèõ àêâàòîðèé îêàçûâàåòñÿ íåäî-
ñòàòî÷íûì ïðèìåíåíèå òîëüêî åñòåñòâåííûõ äåøèôðîâî÷íûõ ïðè-
çíàêîâ. Äëÿ àâòîìàòèçàöèè ïðîöåññà èäåíòèôèêàöèè àíîìàëüíîãî
ÿâëåíèÿ íà ìîðñêîé ïîâåðõíîñòè íåîáõîäèìî âûäåëåíèå
èñêócñòâåííûõ äåøèôðîâî÷íûõ ïðèçíàêîâ.
1. Èññëåäîâàíèå èíôîðìàòèâíîñòè òåñòîâûõ ôèãóð
ñ ïðèìåíåíèåì âåðîÿòíîñòíîãî àíàëèçà ïðèçíàêîâ
Äëÿ äîñòèæåíèÿ öåëè ïðåäëîæåí ìåòîä âûäåëåíèÿ ïðèçíà-
êîâ ïî âçàèìíîé êîððåëÿöèè èññëåäóåìîãî êîíòóðà è êîíòó-
ðîâ íàáîðà òåñòîâûõ ôèãóð. Òàêîé ïîäõîä èñïîëüçîâàëñÿ,
íàïðèìåð, â ðàñïîçíàâàíèè ðóêîïèñíîãî òåêñòà [3, 4]. Íà îñíîâå
ïîëó÷åííûõ â [5] ðåçóëüòàòîâ ðàçðàáîòàí àëãîðèòì àâòîìèòè-
÷åñêîãî îïðåäëåíèÿ òèïà çàãðÿçíåíèÿ.
Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç òåñòîâûõ ôèãóð ïîêàçàë, ÷òî èç 10
ïðåäëîæåííûõ ôèãóð (ðèñ. 1) äëÿ äàëüíåéøåãî àíàëèçà öåëå-
ñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü 8, ò.ê. äâå èç íèõ êîððåëèðîâàíû ñî
âñåìè îñòàëüíûìè ôèãóðàìè [5].
Èñïîëüçóÿ ìåòîä, îïèñàííûé â [5], áûëè ñôîðìèðîâàíû
âûáîðêè äàííûõ äëÿ êàæäîãî òèïà çàãðÿçíåíèÿ. Çàãðÿçíåíèÿ
îäíîãî òèïà áûëè îáúåäåíåíû â ñóììàðíóþ âûáîðêó. Ïî
ïîëó÷åííûì äàííûì ñòðîèëèñü ãèñòîãðàììû, îïðåäåëÿëèñü
çíà÷åíèÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ è äèñïåðñèè êàæäîãî êëàññà
ïðè èññëåäîâàíèè êàæäîé òåñòîâîé ôèãóðû. Àíàëèç ïîêàçàë, ÷òî
èññëåäóåìûå çàêîíû ðàñïðåäåëåíèÿ ìîæíî ñ÷èòàòü íîðìàëüíûìè
(ðèñ. 1.1).
95
ÏðåðîìàíòèçìÐîçä³ë 1. Åêîëîã³÷íà áåçïåêà
Äëÿ äàëüíåéøåãî àíàëèçà â êà÷åñòâå ðåøàþùåãî ïðàâèëà áûë
âûáðàí áàéåñîâñêèé êëàññèôèêàòîð (1.1) [6]. Ñî ñòàòèñòè÷åñêîé
òî÷êè çðåíèÿ îí ñîîòâåòñòâóåò îïòèìàëüíîìó êà÷åñòâó êëàññèôè-
êàöèè.
∑
=
=
M
j
j
k
k
axf
axf
xaP
1
)(
)(
)(
r
r
r
(1)
ãäå )( xaP k
r
� àïîñòåðèîðíàÿ âåðîÿòíîñòü.
Ðàñ÷åò âåðîÿòíîñòåé ïî ôîðìóëå Áàéåñà äàë âîçìîæíîñòü
ñôîðìèðîâàòü ìàòðèöû îøèáîê îïðåäåëåíèÿ òèïîâ çàãðÿçíå-
íèé ïî êàæäîé òåñòîâîé ôèãóðå. Àíàëèç ïîëó÷åííûõ ðåçóëü-
òàòîâ ïîçâîëèë âûäåëèòü íàèáîëåå èíôîðìàòèâíûå òåñòîâûå
ôèãóðû � òðåóãîëüíèê, êâàäðàò è ïÿòèóãîëüíèê. Âåðîÿòíîñòü
ïðàâèëüíîãî ðàñïîçíàâàíèÿ òèïîâ çàãðÿçíåíèé ïî ýòèì ôèãó-
ðàì âàðüèðóþò îò 0,6 äî 0,9 (òàáë. 1.1).
2. Àëãîðèòì ðàñïîçíàâàíèÿ òèïîâ çàãðÿçíåíèé
ìîðñêèõ àêâàòîðèé
Ðåçóëüòàòû êîððåëÿöèîííîãî è âåðîÿòíîñòíîãî àíàëèçà èñ-
ïîëüçîâàëèñü äëÿ ïîñòðîåíèÿ àëãîðèòìà îïðåäåëåíèÿ òèïîâ
çàãðÿçíåíèé ìîðñêèõ àêâàòîðèé (ðèñ. 2.1). Ïðîöåññ ðàñïîçíà-
âàíèÿ ïðè÷èíû àíîìàëüíîãî ÿâëåíèÿ íà ìîðñêîé ïîâåðõíîñòè
âêëþ÷àåò â ñåáÿ ñëåäóþùèå ýòàïû:
à á
Ðèñ. 1.1. Ïëîòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ òèïîâ çàãðÿçíåíèÿ
äëÿ êâàäðàòà (à) è ïÿòèóãîëüíèêà (á)
96
Åêîëîã³÷íà áåçïåêà òà ïðèðîäîêîðèñòóâàííÿ
Òàáëèöà 1.1 � Ìàòðèöû îøèáîê ïî âûäåëåííûì
òåñòîâûì ôèãóðàì
Àáðàçèÿ
áåðåãà
«Öâåòåíèå»
ôèòî-
ïëàíêòîíà
Ðå÷íîé
ñòîê
Íåôòÿíûå
çàãðÿçíå-
íèÿ
Áåðåãîâîé
ñòîê
ÏßÒÈ-
ÓÃÎËÜÍÈÊ
1 2 3 4 5
1 Àáðàçèÿ áåðåãà 0,31 0,06 0,11 0,26 0,26
2 Öâåòåíèå
ôèòîïëàíêòîíà
0,06 0,80 0,12 0,01 0,01
3 Ðå÷íîé ñòîê 0,19 0,45 0,16 0,09 0,10
4 Íåôòÿíûå
çàãðÿçíåíèÿ
0,01 0 0 0,85 0,14
5 Áåðåãîâîé ñòîê 0,18 0 0,01 0,46 0,35
Àáðàçèÿ
áåðåãà
«Öâåòåíèå»
ôèòî-
ïëàíêòîíà
Ðå÷íîé
ñòîê
Íåôòÿíûå
çàãðÿçíå-
íèÿ
Áåðåãîâîé
ñòîêÊÂÀÄÐÀÒ
1 2 3 4 5
1 Àáðàçèÿ áåðåãà 0,62 0,18 0,01 0 0,18
2 Öâåòåíèå
ôèòîïëàíêòîíà
0,35 0,51 0,01 0,05 0,08
3 Ðå÷íîé ñòîê 0,08 0,03 0,77 0,01 0,12
4 Íåôòÿíûå
çàãðÿçíåíèÿ
0,24 0,28 0,19 0,12 0,16
5 Áåðåãîâîé ñòîê 0,05 0 0,01 0 0,93
1. Ïîëó÷åíèå êîñìè÷åñêèõ ñíèìêîâ ×åðíîãî è Àçîâñêîãî ìî-
ðåé;
2. Âûäåëåíèå êîíòóðà àíîìàëüíîãî ó÷àñòêà íà ìîðñêîé
ïîâåðõíîñòè;
3. Ïðåîáðàçîâàíèå êîíòóðà ôèãóðû â ðàçâåðòêó;
4. Àïïðîêñèìàöèÿ êîíòóðà;
5. Ñîçäàíèå ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè âûäåëåííîãî êîíòóðà;
6. Ðàñ÷åò êîýôôèöèåíòîâ êîððåëÿöèè èññëåäóåìîãî ïÿòíà è
îòîáðàííûõ äëÿ àíàëèçà òåñòîâûõ ôèãóð (òðåóãîëüíèê, êâàä-
ðàò, ïÿòèóãîëüíèê);
7. Ðàñ÷åò âåðîÿòíîñòåé òèïîâ çàãðÿçíåíèé ïî îäíîìåðíûì,
äâóõìåðíûì è òðåõìåðíûì ïëîòíîñòÿì ðàñïðåäåëåíèÿ;
8. Îïðåäåëåíèå ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ âåðîÿòíîñòè è ïðèíàä-
ëåæíîñòè èññëåäóåìîãî ïÿòíà ê îäíîìó èç êëàññîâ çàãðÿçíåíèé.
97
ÏðåðîìàíòèçìÐîçä³ë 1. Åêîëîã³÷íà áåçïåêà
Ìàòåìàòè÷åñêèå
ìîäåëè òåñòîâûõ
ôèãóð
Îïðåäåëåíèå âåðîÿòíîñòè
òèïà çàãðÿçíåíèÿ
Âûäåëåíèå êîíòóðà
àíîìàëüíîãî ó÷àñòêà
Êîñìè÷åñêèå ñíèìêè
ìîðñêèõ àêâàòîðèé
Ïðåîáðàçîâàíèå êîíòóðà
ôèãóðû â ðàçâåðòêó
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü
âûäåëåííîãî ïÿòíà
Àïïðîêñèìàöèÿ êîíòóðà
Ðàñ÷åò êîýôôèöèåíòîâ
êîððåëÿöèè
Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ
Ïåðñïåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ìåòîäîâ äèñòàíöèîííîãî
çîíäèðîâàíèÿ äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ ìîíèòîðèíãà ìîðñêèõ àêâà-
òîðèé îñíîâàíà íà âîçìîæíîñòè ðåãèñòðàöèè ñîâðåìåííîé
äèñòàíöèîííîé àïïàðàòóðîé øèðîêîãî ñïåêòðà çíà÷àùèõ ïà-
ðàìåòðîâ âîäíîé ñðåäû. Ê íèì îòíîñÿòñÿ, ïðåæäå âñåãî: âàðè-
àöèè ãèäðîîïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê, â ïåðâóþ î÷åðåäü öâåòà
è ìóòíîñòè; èçìåíåíèÿ ãèäðîäèíàìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ; âàðè-
àöèè òåìïåðàòóðû. Ïðèìåðû ðåãèñòðàöèè ãèäðîîïòè÷åñêèõ
ïàðàìåòðîâ ìîðñêèõ àêâàòîðèé ñðåäñòâàìè äèñòàíöèîííîãî
çîíäèðîâàíèÿ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 2.2, 2.3.
Ðèñ. 2.2. Ðå÷íûå ñòîêè. Ðèñ. 2.3. Àáðàçèÿ áåðåãà.
Ðèñ. 2.1. Àëãîðèòì ðàñïîçíà-
âàíèÿ òèïîâ çàãðÿçíåíèé.
98
Åêîëîã³÷íà áåçïåêà òà ïðèðîäîêîðèñòóâàííÿ
Âûäåëåíèå íà êîñìè÷åñêèõ ñíèìêàõ ó÷àñòêîâ âîäíîé ïîâåðõíîñòè
äîñòèãàåòñÿ ïðèìåíåíèåì ëèíåéíîé ðàçäåëèòåëüíîé ôóíêöèè
)(xd [1]
≥
<∈
0)(_,
0)(_,
)(
2
1
Idåñëèw
Idåñëèw
IX ,
ãäå 33220)( IWIWWxd ++= , 2I è 3I � çîíàëüíûå ÿðêîñòè èçîá-
ðàæåíèÿ ñîîòâåòñòâåííî â êàíàëàõ ñúåìêè Ê2 è Ê3; 0W , 2W ,
3W � ïîñòîÿííûå êîýôôèöèåíòû (êîìïîíåíòû âåñîâîãî âåê-
òîðà W
r
), çíà÷åíèÿ êîòîðûõ ïðèáëèçèòåëüíî îöåíèâàþò ïî
äâóìåðíîé ãèñòîãðàììå ÿðêîñòè.
Óòî÷íåíèå çíà÷åíèé êîìïîíåíòîâ âåêòîðà W
r
äîñòèãàåòñÿ ïðè
ïîìîùè èòåðàòèâíûõ ïðîöåäóð òåîðèè ðàñïîçíàâàíèÿ îáðà-
çîâ, íàïðèìåð, ìåòîäàìè êîððåëèðóþùèõ ïðèðàùåíèé èëè
íàèìåíüøåé êâàäðàòè÷íîé îøèáêè.
Êàðòîãðàôèðîâàíèå ïÿòíèñòîñòè àêâàòîðèé ñîñòîèò â âûäåëå-
íèè ó÷àñòêîâ êîñìè÷åñêèõ èçîáðàæåíèé âîäíîé ïîâåðõíîñòè
ñ îäíîðîäíûìè â çàäàííîì ñìûñëå õàðàêòåðèñòèêàìè ñïåêò-
ðàëüíîé ÿðêîñòè.  îáùåì ñëó÷àå ïî îäíîìó ñïóòíèêîâîìó
èçîáðàæåíèþ ìîæåò áûòü ïîñòðîåíî íåêîòîðîå ìíîæåñòâî
êàðòîãðàôè÷åñêèõ ìîäåëåé, îòëè÷àþùèõñÿ ñòåïåíüþ ãåíåðàëè-
çàöèè ïîêàçàòåëåé ïÿòíèñòîñòè àêâàòîðèè. Èçâåñòåí ðÿä ïóá-
ëèêàöèé, ïîñâÿùåííûõ ðàçðàáîòêå àëãîðèòìîâ âûäåëåíèÿ íà
êîñìè÷åñêèõ ñíèìêàõ àêâàòîðèé ãðàíèö îäíîðîäíûõ ïðèðîä-
íûõ îáðàçîâàíèé [2]. Â ðàññìàòðèâàåìûõ ïðèëîæåíèÿõ äëÿ
ýòîé öåëè ìîæíî èñïîëüçîâàòü êëàññ àëãîðèòìîâ, îñíîâàííûõ
íà áàéåñîâñêèõ ðåøàþùèõ ïðàâèëàõ [2]
∑
=
ωρ⋅ωρ
ωρ⋅ωρ=γω
km
i
ii
ii
i
u
u
P
1
)()1(
)()1(
)1( .
Çäåñü )( iωρ � àïðèîðíàÿ âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî ïîâåðõíî-
ñòíûå âîäû íà ó÷àñòêå pS îòíîñÿòñÿ ê êëàññó iω ; )1( iu ωρ �
óñëîâíàÿ ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ ÿðêîñòè ó÷àñòêà â ñîñòîÿ-
íèè iω ; )1( γωiP � àïîñòåðèîðíàÿ âåðîÿòíîñòü.
99
ÏðåðîìàíòèçìÐîçä³ë 1. Åêîëîã³÷íà áåçïåêà
Ýòî ïðàâèëî èñïîëüçóåòñÿ ïðè ïðèíÿòèè ðåøåíèÿ îá îòíåñåíèè
ðàññìàòðèâàåìîãî ýëåìåíòà ê îäíîìó èç êëàññîâ ìíîæåñòâà.
Äëÿ ðåøåíèÿ ïîñòàâëåííîé çàäà÷è íåîáõîäèìî âûïîëíèòü
ïîñòðîåíèå ñòàòèñòè÷åñêîé ìîäåëè âûäåëåííûõ ïàðàìåòðîâ
èçîáðàæåíèÿ [7]. Îäíàêî, çàêîíû ðàñïðåäåëåíèÿ ðåàëüíûõ
ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ÿâëÿþòñÿ ìíîãîìîäîâûìè (ìóëü-
òèìîäàëüíûìè).
Îäíèì èç ìåòîäîâ àïïðîêñèìàöèè ìíîãîìîäîâûõ çàêîíîâ
ðàñïðåäåëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå ñìåñåé íîðìàëüíûõ ðàñ-
ïðåäåëåíèé âèäà [7]
∑∑
== σ⋅π⋅
σ⋅
−−
⋅=ϕ⋅=
M
k k
k
k
k
M
k
kk
mx
pxpxf
1
2
2
2
1 2
2
)(
exp
)()( ,
ãäå M � êîëè÷åñòâî íîðìàëüíûõ ÿäåð )(xkϕ , km , kσ � ïàðà-
ìåòðû k-ãî íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ )(xkϕ , kp � âåñîâûå
êîýôôèöèåíòû, îáåñïå÷èâàþùèå âûïîëíåíèå òðåáîâàíèÿ
∫ = 1)( dxxf .
Ïðîöåäóðà íàõîæäåíèÿ ïàðàìåòðîâ M, km , kσ , kp îñíîâû-
âàåòñÿ íà ìèíèìèçàöèè ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêîé îøèáêè àï-
ïðîêñèìàöèè.
 êà÷åñòâå ýêñïåðèìåíòàëüíîé îöåíêè ïëîòíîñòè âåðîÿòíî-
ñòè èñïîëüçóåòñÿ ãèñòîãðàììà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ.
Ïîñòðîåíèå ìíîãîìîäîâîé ñòàòèñòè÷åñêîé ìîäåëè äàííûõ
âêëþ÷àåò â ñåáÿ ñëåäóþùèå ýòàïû:
1. îïðåäåëåíèå êîëè÷åñòâà ñîñòàâëÿþùèõ â ñìåñè ðàñïðåäå-
ëåíèÿ M; îïðåäåëåíèå ñòàòèñòè÷åñêèõ îöåíîê ïàðàìåòðîâ km ,
kσ äëÿ êàæäîé èç ìîä ðàñïðåäåëåíèÿ Mk K1= ;
3. îïðåäåëåíèå âåñîâûõ êîýôôèöèåíòîâ äëÿ êàæäîé èç ñî-
ñòàâëÿþùèõ ñìåñü ðàñïðåäåëåíèÿ kp , Mk K1= .
 äàííîé ðàáîòå íåîáõîäèìî âûäåëèòü àíîìàëüíûé ó÷àñòîê íà
ïîâåðõíîñòè ìîðñêèõ àêâàòîðèé. Äëÿ ðåøåíèÿ ýòîé çàäà÷è èñ-
ïîëüçóåòñÿ ìåòîä, îïèñàííûé â [8]. Çäåñü ó÷èòûâàþòñÿ ïàðàìåòðû
100
Åêîëîã³÷íà áåçïåêà òà ïðèðîäîêîðèñòóâàííÿ
îáðàáîòêè: ðàçìåð îêðóæåíèÿ ïèê-
ñåëà ïðè óñðåäíåíèè èíòåíñèâíîñ-
òè (óñòàíîâêà ÷óâñòâèòåëüíîñòè) è
äîïóñòèìîãî îòðåçêà çíà÷åíèé èç-
ìåíåíèé öâåòà.
Âûäåëåííûé àíîìàëüíûé ó÷àñ-
òîê íåîáõîäèìî îêîíòóðèòü, à
êîíòóð âåêòîðèçèðîâàòü. Äëÿ ðå-
øåíèÿ ýòîé çàäà÷è áûë ðàçðàáî-
òàí àëãîðèòì âåêòîðèçàöèè êîíòó-
ðîâ âûäåëåííûõ ó÷àñòêîâ,
ïðåäñòàâëåííûé íà ðèñ. 2.4. Â
ðåçóëüòàòå îêîíòóðèâàíèÿ àíîìàëü-
íûõ ïÿòåí â ôàéë ñîõðàíÿþòñÿ
êîîðäèíàòû êàæäîé òî÷êè êîíòóðà
(xi, yi, i=1, N, ãäå N � êîëè÷åñòâî
òî÷åê êîíòóðà).
Ðåçóëüòàòû ïðèìåíåíèÿ ðàçðà-
áîòàííîãî àëãîðèòìà ïðåäñòàâëå-
íû íà ðèñ. 2.5, 2.6. Íà ðèñ. 2.5
ïðèâåäåí êîíòóð ðå÷íîãî ñòîêà,
âûäåëåííîãî ñî ñíèìêà, ïðåäñòàâ-
ëåííîãî íà ðèñ. 2.2. Íà ðèñ. 2.6
ïðèâåäåí êîíòóð àáðàçèè áåðåãà,
ïîëó÷åííûé â ïðîöåññå îáðàáîò-
êè ñíèìêà, ïðåäñòàâëåííîãî íà
ðèñ. 2.3.
Íà ðèñ. 2.7, 2.8 ïðåäñòàâëåíû
ðàçâåðòêè êîíòóðîâ (ðèñ. 2.5, 2.6
ñîîòâåòñòâåííî) ïî îñÿì X è Y.
Ïîëó÷åííûå äàííûå èñïîëüçî-
âàëèñü äëÿ àïïðîêñèìàöèè âû-
äåëåííûõ êîíòóðîâ.
Äëÿ àïïðîêñèìàöèè êîíòóðà
èñïîëüçîâàëñÿ ìåòîä íàèìåíü-
øèõ êâàäðàòîâ [6]:
Âûáîð ñòàðòîâîé òî÷êè
Ïîèñê îáëàñòè îêîíòóðèâàíèÿ
Âñå
èçîáðà-
æåíèå
îáðàáîòà-
íî?
ÑÒÎÏ
Êîíòóð
çàìêíóò?
Âûáîð íàïðàâëåíèÿ
îêîíòóðèâàíèÿ
Ïîèñê ñëåäóþùåé òî÷êè
êîíòóðà
Ñîõðàíåíèå
ðåçóëüòàòà
ÄÀ
ÍÅÒ
ÄÀÍÅÒ
Ðèñ. 2.4. Àëãîðèòì âåêòîðèçà-
öèè âûäåëåííîãî ïÿòíà.
X
Y
Ðèñ. 2.5. Êîíòóð ðå÷íîãî ñòîêà
X
Y
Ðèñ. 2.6. Êîíòóð àáðàçèè áåðåãà.
101
ÏðåðîìàíòèçìÐîçä³ë 1. Åêîëîã³÷íà áåçïåêà
N
X
N
Y
N
X
N
Y
Ðèñ.2.7. Ðàçâåðòêà ïî îñÿì X è Y êîíòóðà ðå÷íîãî ñòîêà.
Ðèñ.2.8. Ðàçâåðòêà ïî îñÿì X è Y êîíòóðà àáðàçèè áåðåãà.
N
N xaxaaxaxF ++++= ...)( 2
20 ,
N
N ybybbybyF ++++= ...)( 2
20
ãäå aN, bN � êîýôôèöèåíòû àïïðîêñèìàöèè, xN, yN � êîîðäèíàòû
êàæäîé òî÷êè èññëåäóåìîãî êîíòóðà.
Íà ðèñ. 2.9, 2.10 ïðåäñòàâëåíû àïïðîêñèìèðîâàííûå êîíòóðû.
Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ñëåäóþùèõ èññëåäîâàíèé ñòðîèëàñü ìàòå-
ìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü êîíòóðà, ïðè ýòîì èññëåäîâàëàñü çàâèñè-
ìîñòü âåêòîðà (vec) (îò íà÷àëà êîîðäèíàò äî êàæäîé òî÷êè
êîíòóðà) îò ïðèðàùåíèÿ óãëà ìåæäó ñîñåäíèìè âåêòîðàìè (θ)
(ðèñ. 2.9, 2.10).  ðåçóëüòàòå ôîðìèðóþòñÿ ìàòåìàòè÷åñêèå
ìîäåëè, âèä êîòîðûõ ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 2.11, 2.12.
22
iii yxvec += ,
X(N)
Y(N)
Vec 1
Vec 2�1
Ðèñ. 2.9. Àïïðîêñèìèðîâàííûé
êîíòóð ðå÷íîãî ñòîêà.
X(N)
Y(N)
Vec 1
Vec 2
�1
Ðèñ. 2.10. Àïïðîêñèìèðîâàííûé
êîíòóð àáðàçèè áåðåãà.
102
Åêîëîã³÷íà áåçïåêà òà ïðèðîäîêîðèñòóâàííÿ
dQ
Vec
Ðèñ. 2.11. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü
êîíòóðà ðå÷íîãî ñòîêà.
dQ
Vec
Ðèñ. 2.12. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü
êîíòóðà àáðàçèè áåðåãà.
))()((
cos
2
1
2
1
22
11
++
++
+⋅+
⋅+⋅=θ
iiii
iiii
i
yxyx
yyxx
,
∑
=
θ⋅=θ
N
i
i
ivecVec
1
)(
Ðàñ÷åò êîýôôèöèåíòîâ êîððåëÿöèè ìåæäó èññëåäóåìûì
ïÿòíîì è ïðåäëîæåííûìè òåñòîâûìè ôèãóðàìè äàåò çíà÷åíèÿ
ôóíêöèè ),,( 321 kxxxf . Ðàñ÷åò ïðîâîäèëñÿ ïî ôîðìóëå [9]:
21
),( 21
12
xx
xxK
r
σ⋅σ
= ; 11 ≤≤− r ,
ãäå 12r � íîðìèðîâàííûé êîýôôèöèåíò êîððåëÿöèè,
[ ]
∫ ∫
∞
∞−
⋅−⋅−=
=⋅==
21212211
212112
),()()(
);(
dxdxxxfxxxx
xxMxxKK &&
.
Âåðîÿòíîñòè òèïîâ çàãðÿçíåíèÿ ðàññ÷èòûâàëèñü ïî îäíî-
ìåðíûì (2.1), äâóõìåðíûì(2.2) è òðåõìåðíûì(2.3) ïëîòíîñòÿì
ðàñïðåäåëåíèÿ [9].
Îäíîìåðíàÿ ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ:
2
2
2
)(
2
1
)( σ
−−
σπ
=
ax
exf . (2.1)
Äâóìåðíàÿ ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ:
103
ÏðåðîìàíòèçìÐîçä³ë 1. Åêîëîã³÷íà áåçïåêà
−⋅
σ
−+
σ
−⋅
σ
−⋅−
σ
−
−×
×
−⋅σ⋅σ⋅π⋅
=
)1(2
2
exp
12
1
),(
2
12
2
2
22
2
22
1
11
12
2
1
11
2
1221
21
r
mxmxmx
r
mx
r
xxf
, (2.2)
ãäå
21
12
12 σσ
= K
r íîðìèðîâàííûé êîýôôèöèåíò êîððåëÿöèè 1x è
õ2 [].
Òðåõìåðíàÿ ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ:
−⋅−⋅
−×
×
π
=
∑∑
= =
K
mxmxK
K
xf
M
i
M
j
jjiiij
M
1 1
212
)()(
2
1
exp
)2(
1
)(
r
, (2.3)
ãäå Ì=3; K � îïðåäåëèòåëü ìàòðèöû [ ]K ; ijK � àëãåáðàè-
÷åñêîå äîïîëíåíèå ýëåìåíòà K
ij.
 êà÷åñòâå ðåøàþùåé ôóíêöèè âûáðàíà ôîðìóëà Áàéåñà
(1.1).
Îïðåäåëåíèå âåðîÿòíîñòè òèïà çàãðÿçíåíèÿ äàë ñëåäóþùèå
ðåçóëüòàòû:
ïî îäíîìåðíûì çàêîíàì ðàñïðåäåëåíèÿ
Ððå÷íîãî ñòîêà = 0,49, Ðàáðàçèè áåðåãà=0,45;
ïî äâóõìåðíûì çàêîíàì ðàñïðåäåëåíèÿ
Ððå÷íîãî ñòîêà = 0,66, Ðàáðàçèè áåðåãà=0,75;
ïî òðåõìåðíûì çàêîíàì ðàñïðåäåëåíèÿ
Ððå÷íîãî ñòîêà = 0,87, Ðàáðàçèè áåðåãà=0,92.
104
Åêîëîã³÷íà áåçïåêà òà ïðèðîäîêîðèñòóâàííÿ
Çàêëþ÷åíèå
 ñòàòüå ïðåäëîæåí àëãîðèòì ðàñïîçíàâàíèÿ òèïîâ çàãðÿçíå-
íèé ×åðíîãî è Àçîâñêîãî ìîðåé ñ ïðèìåíåíèåì òåñòîâûõ ôè-
ãóð. Ðåøåíèå äàííîé çàäà÷è îáîñíîâàíî íåîáõîäèìîñòüþ àâòî-
ìàòèçèðîâàòü ïðîöåññ êîñìè÷åñêîãî ìîíèòîðèíãà ìîðñêèõ àêâàòîðèé.
Àíàëèç ïîëó÷åííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ ïîêàçàë, ÷òî
ïðèìåíåíèå ðàçðàáîòàííîãî àëãîðèòìà ïîçâîëÿåò èäåíòèôèöèðîâàòü
òèïû çàãðÿçíåíèé ñ äîñòàòî÷íîé âåðîÿòíîñòüþ, ÷òî äàåò âîçìîæ-
íîñòü àâòîìàòèçèðîâàòü ïðîöåññ ðàñïîçíàâàíèÿ àíîìàëüíûõ ÿâëå-
íèé íà ìîðñêîé ïîâåðõíîñòè.
* * *
1. Êðàñîâñêèé Ã.ß., Ïåòðîñîâ Â.À. Iíôîðìàö³éí³ òåõíîëî㳿 êîñ-
ì³÷íîãî ìîí³òîðèíãó âîäíèõ åêîñèñòåì ³ ïðîãíîçó âîäîñïîæèâàííÿ
ì³ñò. � Ê.: Íàóê. äóìêà, 2003. � 224 ñ.
2. Êðàñîâñêèé Ã.ß. Àýðîêîñìè÷åñêèé ìîíèòîðèíã ïîâåðõíîñ-
òíûõ âîä. � Ë.: ÂÍÈÈÊÀÌ, 1992. � 231ñ.
3. Ãîíñàëåñ Ð., Äæ. Òó. Ïðèíöèïû ðàñïîçíàâàíèÿ îáðàçîâ:
Ïåð. ñ àíãë. � Ì.: Ìèð, 1978. � 416 ñ.
4. Ïðýòò Ó. Öèôðîâàÿ îáðàáîòêà èçîáðàæåíèé: Ïåð. ñ àíãë.
� Ì.: Ìèð, 1982. � Êí. 2. � 480 ñ.
5. Ñëîáîäÿí Â.À. Èññëåäîâàíèå èíôîðìàòèâíîñòè òåñòîâûõ
ôèãóð ñ ïðèìåíåíèåì êîððåëÿöèîííîãî àíàëèçà // Àâèàöèîí-
íàÿ è êîñìè÷åñêàÿ òåõíèêà è òåõíîëîãèÿ. � 2008. � ¹ 2 (49). �
Ñ. 89�92.
6. Âåíòöåëü Å.Ñ., Îâ÷àðîâ Ë.À. Òåîðèÿ ñëó÷àéíûõ ïðîöåññîâ è åå
èíæåíåðíûå ïðèëîæåíèÿ. � Ì.: Âûñø. øê., 2000. � 383 ñ.
7. Áðàøåâàí À.Í. Ñòàòèñòè÷åñêàÿ ìîäåëü ìíîãîìîäîâûõ ýêñ-
ïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ // Ðàäèîýëåêòðîííûå è êîìïüþòåðíûå
ñèñòåìû. � 2003. � ¹ 2. � Ñ. 82�85.
8. Ãåëåöÿí Ä. Âåêòîðèçàöèÿ ðàñòðîâûõ èçîáðàæåíèé.
9. Ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè ýëåêòðîííûõ àïïàðàòîâ è ñèñòåì /
Ì. Ô. Áàáàêîâ, À. Â. Ïîïîâ, Ì. È. Ëóõàíèí. � Ó÷åá. ïîñîáèå.
� Õàðüêîâ: Íàö. àýðîêîñìè÷åñêèé óí-ò «Õàðüê. àâèà. èí-ò»,
2003. � 109 ñ.
Îòðèìàíî: 17.09.2008 ð.
|