Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 1. С. 101-119
Мониторинг ночных судовых огней по данным VIIRS
М.Н. Жижин
1, 2, 3 , А.А. Пойда
4 , Е.О. Тютляева
5 , В.В. Коноплев
3 , К. Элвидж
2 1 Университет Колорадо, Брумфилд, США
2 Национальный информационный центр по окружающей среде НОАА, Болдер, США
3 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
4 Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия
5 РСК Технологии, Москва, Россия
Одобрена к печати: 21.12.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-1-101-119
С 70-х гг. прошлого века известно, что на спутниковых изображениях, полученных в ночное время суток, можно выделять яркие электрические бортовые огни на рыболовных судах, но, несмотря на это, до сих пор не было алгоритма автоматического детектирования судов по спутниковым данным без участия оператора. В статье представлена автоматическая система детектирования ночных судовых огней по изображениям мультиспектрального радиометра VIIRS на спутнике Suomi NPP. Алгоритм детектирования выделяет изолированные яркие точки, резко видимые на ночной поверхности моря. В основу алгоритма положен высокочастотный пространственный фильтр на основе медианного и винеровского фильтров. Результаты детектирования уточняются дополнительными фильтрами грозовых молний, паразитной засветки в оптике прибора, локальной резкости, лунных бликов, корреляции видимого и инфракрасного каналов для удаления помех от лунной засветки и облаков. Описана архитектура хранилища исходных данных, программная реализация алгоритма и способы её многоядерной оптимизации для различных архитектур, включая KNL, Haswell, Broadwell. В качестве экологического приложения проведён BACI-анализ последствий массового отравления рыбы у берегов Вьетнама в апреле 2016 г. Разработанная система может быть использована как для оперативного мониторинга морского рыболовства, так и для анализа долгосрочных экологических последствий ограничений на вылов рыбы и морских экологических катастроф техногенного и природного происхождения.
Ключевые слова: ДЗ ночной поверхности Земли, мультиспектральное ДЗЗ, VIIRS, ночные огни, рыболовные судовые огни, высокопроизводительные вычисления, многоядерная архитектура
Полный текстСписок литературы:
- Коноплев В. В., Боярский М. Н., Назиров Р. Р. SCARP: масштабируемая и отказоустойчивая платформа легкой виртуализации для интенсивной работы с большими данными и облачных приложений // Вычислительные технологии в естественных науках: Методы суперкомпьютерного моделирования: сб. тр. Ч. 3. ИКИ РАН, 2015. С. 132–139.
- Cho K., Ito R., Shimoda H., Sakata T. Fishing fleet lights and sea surface temperature distribution observed by DMSP/OLS sensor // Intern. J. Remote Sensing. 1999. V. 20. P. 3–9.
- Cox C., Munk W. Measurement of the Roughness of the Sea Surface from Photographs of the Sun’s Glitter // J. Optical Society of America. 1954. V. 44. Iss. 11. P. 838–850.
- Croft T. A. Nighttime Images of the Earth from Space // Scientific American. 1978. V. 239. P 86–98.
- Croft T. A., Colvocoresses A. P. The Brightness of Lights on Earth at Night, Digitally Recorded by DMSP Satellite: USGS Open File Report. Reston, VA: U. S. Geological Survey, 1979. 57 p.
- Elvidge C. D., Baugh K. E., Zhizhin M., Hsu F. C. Why VIIRS data are superior to DMSP for mapping nighttime lights // Proc. Asia-Pacific Advanced Network. 2013. V. 35. P. 62–69.
- Elvidge C. D., Baugh K. E., Zhizhin M., Hsu F. C. Automatic Boat Identification System for VIIRS Low Light Imaging Data // Remote Sensing. 2015. V. 7. No. 3. P. 3020–3036. DOI:10.3390/rs70303020.
- Gonzales R. C., Woods R. E. Digital Image Processing. 2nd ed. Englewood Cliffs. New Jersey: Prentice-Hall, 2002. 122 p.
- Janiczek P. M., De Young J. A. Computer programs for sun and moon illuminance with contingent tables and diagrams: U. S. Naval Observatory Circulars. 1987.
- Kiyofuji H., Saitoh S. Use of nighttime visible images to detect Japanese common squid Todarodes pacificus fishing areas and potential migration routes in the Sea of Japan // Marine Ecology Progress Series. 2004. V. 276. P. 173–186.
- Lim J. S. Two-Dimensional Signal and Image Processing. Englewood Cliffs. New Jersey: Prentice Hall, 1990. 548 p.
- Maxwell M. R., Henry A., Elvidge C. D., Safran J., Hobson V. R., Nelson I., Tuttle B. T., Dietz J. B., Hunter J. R. Fishery Dynamics of the California market squid (Loligo opalescens), as measured by satellite remote sensing // Fishery Bulletin. 2004. V. 102. P. 661–670.
- Miller S. D., Mills S. P., Elvidge C. D., Lindsey D. T., Lee T. F., Hawkins J. D. Suomi satellite brings to light a unique frontier of environmental imaging capabilities // Proc. National Academy of Sciences USA. 2012. V. 109. P. 15 706–15 711.
- Miller S. D., Straka W. III, Mills S. P., Elvidge C. D., Lee T. F., Solbrig J., Walther A., Heidinger A. K., Weiss S. C. Illuminating the Capabilities of the Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP) Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) Day/Night Band // Remote Sensing. 2013. V. 5. P. 6717–6766.
- Paddock R. C. Taiwan-Owned Steel Factory Caused Toxic Spill, Vietnam Says // New York Times. June 30, 2016.
- Rodhouse P. G., Elvidge C. D., Trathan P. N. Remote sensing of the global light-fishing fleet: An analysis of interactions with oceanography, other fisheries and predators // Advances in Marine Biology. 2001. V. 39. P. 261–303.
- Schueler C. F., Lee T. F., Miller S. D. VIIRS constant spatial-resolution advantages // Intern. J. Remote Sensing. 2013. V. 34. P. 5761–5777.
- Stewart-Oaten A., Bence J. R. Temporal and Spatial Variation in Environmental Impact Assessment // Ecological Monographs. 2001. V. 71. No. 2. P. 305–339.
- Straka W. C. III, Seaman C. J., Baugh K., Cole K., Stevens E., Miller S. D. Utilization of the Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP) Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) day/night band for Arctic ship tracking and fisheries management // Remote Sensing. 2015. V. 7. P. 971–989.
- Vu C. T., Phan T. D., Chandler D. M. S3: A spectral and spatial measure of local perceived sharpness in natural images // IEEE Trans. Image Process. 2012. V. 21. P. 934–945.
- Waluda C. M., Trathan P. N., Elvidge C. D., Hobson V. R., Rodhouse P. G. Throwing light on straddling stocks of Ilex argentinus: Assessing fishing intensity with satellite imagery // Canadian J. Fisheries and Aquatic Sciences. 2002. V. 59. P. 592–596.
- Waluda C. M., Yamashiro C., Elvidge C. D., Hobson V. R., Rodhouse P. G. Quantifying light-fishing for Dosidicus gigas in the eastern Pacific using satellite remote sensing // Remote Sensing Environment. 2004. V. 91. P. 129–133.
- Zhang X., Saitoh S.-I., Hirawake T., Nakada S., Koyamada K., Awaji T., Ishikawa Y., Igarashi H. An attempt of dissemination of potential fishing zones prediction map of Japanese common squid in the coastal water, southwestern Hokkaido, Japan // Proc. Asia-Pacific Advanced Network. 2013. V. 36. P. 132–141.