Apdorojimo įrankinės naudojimas sniego klasifikavimo automatizavimui

Snowy Hydro Limited (SHL) - tai piko elektros generatorius, esantis Snowy Mountains, New South Wales, Australijoje. Nepaisant to, kad Snowy Hydro Limited turi daug įvairių generatorių visoje šalyje, ji geriausiai žinoma už žymų Australijos infrastruktūros gabalą - Sniego kalnų hidroelektrinių schemą.

Sniego kalnų hirdoelektrinių schemai veikti leidžia sezoninis snygis Naujojo Pietų Velso alpių regione. Pavasarinio sniego vanduo naudojamas piko elektros generavimui nacionalinėse elektros rinkose, tuo pačiu vandenį nukreipiant į sausesnes Pietrytinės Australijos vietas drėkinimui ir žemdirbystei.

Sniego dangos klasifikavimas žiemos mėnesių metu leidžia SHL stebėti sniegu padengtų plotų gyvavimo ciklą, archyvuoti padengimo istorinius įrašus, teikti padengimo statistiką hidrografijos paslaugos komandai vandens gavimo ir saugojimo prognozėms.

Žemėlapis 1.1 Sniego vandens baseino žemėlapis

Žemėlapis 1.1 Sniego vandens baseino žemėlapis

Bendra informacija

Kiekvienų metų žiemos mėnesiais (nuo birželio 1-os iki spalio 31-os) SHL gauna kiek galima daugiau vaizdų be debesų iš MODIS Terra (EOS AM) palydovo. Šie vaizdai pateikiami algoritmui, žinomam kaip Normalizuotas Sniego Skirtumo Indeksas (NDSI), kuris naudojamas aptinkant plotus su sniegu. Nors šis algoritmas nėra unikalus ar pririštas prie kokio nors konkretaus jutiklio, MODIS buvo pasirinktas dėl savo tinkamos erdvinės raiškos ir kasdieninio projekto ploto padengimo (Žemėlapis 1.1 Sniego vandens baseinai).

Tikslas

Šio projekto tikslas yra automatizuoti NDSI procesus kaip QGIS apdorojimo įrankinės modelį. Reikiama išvestis yra vektorinis poligonas, rodantis sniegu padengtą plotą Sniego vandens baseine, kartu su atributais, aprašančiais visą padengtą plotą kvadratiniais kilometrais.

Metodas

Pats NDSI algoritmas yra gan paprastas (rodomas žemiau Formulėje 1.1 - Normalizuotas Sniego Skirtumo Indeksas (NDSI)), o tolimesni reikiami žingsniai ištraukia sniego padengimą vektoriniu formatu, kuris taip pat puikiai tinka apdorojimo įrankinės modeliui.

Formulė 1.1 - Normalizuotas Sniego Skirtumo Indeksas (NDSI)

Formulė 1.1 - Normalizuotas Sniego Skirtumo Indeksas (NDSI)

NDSI algoritmas grąžina rezultatus tarp -1 ir 1, sniego ribinė reikšmė paprastai būna didesnė už 0,4. Žemiau pateikiamas NDSI išvesties pavyzdys (Žemėlapis 1.3 - NDSI išvestis), kartu su natūralių spalvų vaizdu (Žemėlapis 1.2 MODIS tikros spalvos) 2014 liepos 13. Kaip matome šiuose rezultatuose, NDSI išvestis labai gerai atskiria plotus padengtus sniegu nuo kitų dangos tipų ir debesų. Kaip ten bebūtų, jis gali neteisingai klasifikuoti didelius vandens telkinius kaip sniegą, kadangi vanduo turi panašias absorbavimo charakteristikas spektre artimam infraraudonajam. Ši NDSI charakteristika rodo poreikį įtraukti vandens šabloną kažkuriame modelio etape.

Žemėlapis 1.2 MODIS tikros spalvos

Žemėlapis 1.2 MODIS tikros spalvos

Žemėlapis 1.3 - NDSI išvestis

Žemėlapis 1.3 - NDSI išvestis

Žemėlapis 1.4 - Perkoduotas „Sniegas“ ir „Ne sniegas“

Žemėlapis 1.4 - Perkoduotas „Sniegas“ ir „Ne sniegas“

NDSI išvestis kuriama su labai paprastos juostos žemėlapiu naudojant GRASS modulį „r.mapcalculator“. Gavus NDSI gardelę, pritaikomas NDSI slenkstis 0.4 ir taip gaunamas loginių langelių tinklas, vaizduojantis „Sniego“ ir „Ne sniego“ plotus. Norint gauti tokią klasifikacija, naudojamas kitas GRASS modulis „r.recodr“, kuris sukuria aukščiau pateikiamą žemėlapį 1.4 Perkoduotas „Sniegas“ ir „Ne sniegas“.

Tada įrašytas tinklelis buvo konvertuotas į vektorinių poligonų duomenų rinkinį ir buvo ištraukti sniegu padengti plotai (rodomi žemiau, Žemėlapis 1.5 - Ištrauktas sniegas). Sniegu padengti plotai tada buvo apkarpyti pagal Sniego Vandens Baseiną (rodoma apačioje, Žemėlapis - 1.6 Sniegas SWC), tada buvo atfiltruoti dideli vandens telkiniai (rodoma žemiau, Žemėlapis 1.7 - Galutinis sniegu padengtas plotas), ir galų gale buvo paskaičiuota sniegu padengtų plotų statistika.

Žemėlapis 1.5 - Ištrauktas sniegas

Žemėlapis 1.5 - Ištrauktas sniegas

Žemėlapis 1.6 - Sniegas SWC

Žemėlapis 1.6 - Sniegas SWC

Žemėlapis 1.7 - Galutinis sniegu padengtas plotas

Žemėlapis 1.7 - Galutinis sniegu padengtas plotas

Modelio išvestis yra vektorinis poligonas, rodantis sniegu padengtą plotą Sniego vandens baseino ribose. Poligono atributuose yra sniegu padengtas plotas ir baseino padengimo procentas. Pilnas modelis matomas žemiau „Piešinys 1.1 - Normalizuotas Sniego Skirtumo Indeksas (NDSI) QGIS apdorojimo įrankinės modelis“.

Piešinys 1.1 - Normalizuotas Sniego Skirtumo Indeksas (NDSI) QGIS apdorojimo įrankinės modelis

Piešinys 1.1 - Normalizuotas Sniego Skirtumo Indeksas (NDSI) QGIS apdorojimo įrankinės modelis

Rezultatai/Išvados

QGIS apdorojimo įrankinė yra galingas būdas automatizuoti procesus, tokius kaip sniego klasifikavimas. Aukščiau vaizduojamas modelis sėkmingai automatizuoja sniego klasifikavimo procesą ir sukuria GIS duomenų aibę, kurią galima naudoti vaizdavimui ir kaip įvestį tolimesniems statistiniams taikymams. Jis sėkmingai pašalina subjektyvias naudotojo klaidas, susijusias su ankstesniais SHL naudotais metodais, ir tuo pačiu teikia pakartojamą ir pastovų klasifikavimo įrankį. Čia galima matyti kai kuriuos sezoninius rezultatus.

Autorius

Andrew Jeffrey yra Snowy Hydro Limited, Cooma NSW, Australia GIS analitikas. Jis baigė Wagga Wagga Charles Sturt Universiteto mokslų bakalaurą (Bsc), o 2004 Erdvinių informacinių sistemų magistrą. Snowy Hydro Limited jis teikia erdvinę paramą įspūdingiems projektams, tokiems kaip Debesų sėjimo eksperimentui ir kasdieniams darbams organizacijoje.