Результат интеллектуальной деятельности: Способ выбора аэрокосмических изображений из баз данных по критериям пользователя и формирования покрытия участка местности на их основе

Изобретение относится к области функционально ориентированного поиска в геоинформационных базах данных, содержащих материалы дистанционного зондирования Земли, и может быть использовано при обработке данных, решении расчетно-аналитических и фотограмметрических задач. Предлагаемый способ позволяет на основе критериев пользователя выбрать из базы (баз) данных необходимые аэрокосмические изображения (АКИ) и на их основе сформировать мозаичное покрытие требуемого участка местности, наилучшим образом соответствующее требованиям решения задачи пользователем.

Известен способ построения и применения веб-каталогов для фокусированного поиска (патент RU №2382400, МПК G06F 017/30 от 20.02.2010 г.), в котором каждому источнику информации (сайту) назначается вес, который показывает релевантность сайта по отношению к тематическому разделу и/или характеристикам пользователя.

Недостатком известного способа является невозможность (или высокая сложность) задания весового коэффициента для возможности использования АКИ при решении конкретной задачи.

Известен способ информационного поиска (варианты) и компьютерная система для его осуществления (патент RU 2506636, МПК G06F 17/30 от 10.02.2014 г.), в котором поиск данных осуществляется на основе словесного описания задачи пользователем.

Недостатком известного способа является использование рубрик, а также необходимость преобразования словесного описания задачи к формальному виду.

Известен способ формирования структуры агрегированных данных и способ поиска данных посредством структуры агрегированных данных в системе управления базами данных (патент RU 2433467, МПК G06F 17/30 от 10.11.2011 г.), в котором сортировка искомой информации осуществляется благодаря сформированной структуре агрегированных данных и ее динамического обновления.

Недостатком известного способа является необходимость формирования агрегированных данных, а также сложностью применения к поиску АКИ.

Известен способ, реализованный в полезной модели информационно-поисковой системы (патент RU №110847, МПК G06F 17/30 от 27.11.2011 г.), в котором предложен поиск в базе данных, содержащей сведения об исходных адресах информационных ресурсов.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности формирования мозаичного покрытия требуемой территории, максимально удовлетворяющей требованиям пользователя.

Известны способ и устройство поиска метаданных с использованием индексов метаданных (патент RU №2304805, МПК G06F 17/30 от 20.08.2007 г.), в котором осуществляется поиск ключа по индексной структуре мультиключей, содержащей значения мультиключей и идентифицирующую информацию для метаданных, соответствующую значению мультиключа, причем мультиключи структурированы посредством комбинации заранее установленных полей метаданных, после чего по найденному ключу осуществляют извлечение фрагмента метаданных.

Недостатком известного способа является необходимость генерации ключей, которая при малом количестве полей в базе метаданных не целесообразна.

Наиболее близким по своей сущности к заявляемому изобретению является способ поиска данных об объектах и в различных базах данных и система для его реализации (патент RU 2396593, МПК G06F 17/00 от 10.08.2010 г.), включающий формирование пакета данных на основании введенных параметров пользовательских запросов, таких как: поисковые атрибуты и условия; идентификация пользователя с помощью устройства авторизации; создание с помощью устройства управления контекстом объект контекста пользовательской сессии, в котором сохраняют параметры поискового запроса и формируют поисковые запросы с помощью устройства формирования пользовательских запросов на основании полученных из устройства управления конфигурацией метаданных, описывающих тип, состав, структуру и принадлежность баз данных, а также сведений, указанных в сформированном пакете данных пользовательского запроса; определение набора баз данных, участвующих в поиске, с учетом уровня доступа пользователя; выполнение поиска элементов общих для всех баз данных классификаторов и определение множества соответствующих им идентификаторов для каждой базы данных, участвующей в поиске, после чего для каждой из набора баз данных выполняется последовательность запросов для поиска объектов каждого типа и составление списка идентификаторов найденных объектов, удовлетворяющих условиям поиска; получение списка идентификаторов найденных объектов, удовлетворяющих условиям поискового запроса для каждой базы, который трансформируется в единый формат информации и сохраняется в объекте контекста пользовательской сессии, при этом при выполнении последовательности запросов для поиска объектов каждого типа, сведения о которых содержатся в базе данных, значения атрибутов объектов, которые распределены по нескольким таблицам, собираются в одно плоское денормализованное представление данных с учетом множественности значений атрибутов, содержащее помимо значений поисковых атрибутов также и идентификаторы объектов.

Недостатком прототипа является то, что в нем на рабочее место пользователя выгружаются (копируются) все данные, соответствующие запросу пользователя, без оценки их избыточности. Поэтому при использовании прототипа для формирования покрытия АКИ требуемого участка местности необходимо непосредственное участие оператора в этом процессе, а именно: последовательное извлечение из базы данных имеющихся изображений искомого участка местности, визуальное оценивание их характеристик и принятие решения о возможности их использования по назначению. Субъективизм, отсутствие у некоторых операторов достаточного опыта определяют, что не всегда возможно оперативно получить необходимый вид покрытия участка местности АКИ с требуемыми характеристиками. Иногда подобная организация выбора АКИ приводит к существенной избыточности информации, а именно дублирующим покрытиям одного и того же участка местности. Кроме того, уже при наличии в базе данных 7-10 разновременных изображений требуемого участка местности выбор АКИ может занимать до нескольких десятков минут. При числе таких АКИ, достигающем 30 и более, процедура становится чрезвычайно длительной и трудоемкой. Кроме того, копирование на рабочее место пользователя избыточной информации занимает дополнительное время.

Целью изобретения является повышение оперативно-технических характеристик выбора аэрокосмических изображений из баз данных, в том числе сокращение времени на формирование покрытия требуемого участка местности аэрокосмическими изображениями и исключение дублирования (избыточности) покрытий.

Заявляемые преимущества обеспечиваются введением новых операций: сравнение значений характеристик (метаданных) АКИ, хранимых в базе данных, с критериальными значениями и последующим определением АКИ, имеющим наилучшие характеристики на рассматриваемом участке местности; построение структуры мозаичного покрытия местности на основе результатов сравнения и взаимного пересечения АКИ, формирование векторной рамки для каждого фрагмента; вырезка той части АКИ, которая входит в мозаичное покрытие местности; выгрузка на рабочее место пользователя только вырезанных фрагментов АКИ.

Сопоставительный анализ технического решения со способом, выбранным в качестве прототипа, показывает, что заявляемый способ отличается новыми операциями, такими как: проверка полноты покрытия заданного участка местности отобранными АКИ; исключение избыточных АКИ из списка; формирование векторных рамок информативной части фрагментов в соответствии с приоритетами характеристик АКИ и их значениями; вырезка фрагментов из АКИ по полученным векторным рамкам.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

Анализ известных технических решений в исследуемой области и в смежных областях позволяет сделать вывод о том, что введенные операции известны. Однако введение их в способ выбора аэрокосмических изображений из баз данных по критериям пользователя и формирования покрытия участка местности на их основе в указанной последовательности придает этому способу новые свойства. Введенные операции осуществляются таким образом, что позволяют значительно снизить время формирования мозаичного покрытия участка местности, исключить избыточность этого покрытия, что, в свою очередь, позволяет однозначно определять координаты объектов, изображенных на фрагментах АКИ, входящих в мозаичное покрытие.

Таким образом, техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня развития техники.

Техническое решение может быть использовано в геоинформационных системах, содержащих большое количество аэрокосмических изображений с различными и близкими значениями характеристик на одни и те же участки местности, для выполнения фотограмметрической обработки на основе использования опорных изображений, анализа местности и решения других задач.

Таким образом, изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Задачу выбора аэрокосмических изображений из баз данных по критериям пользователя и формирования покрытия участка местности на их основе будем рассматривать как формирование безызбыточного покрытия заданного участка местности изображениями, характеристики которых соответствуют требованиям выполняемой задачи пользователя.

Под безызбыточным покрытием заданного участка местности будем понимать мозаику, составленную из его разновременных аэрокосмических изображений, обеспечивающую полное покрытие его территории. Каждое из изображений в мозаике, обеспечивая покрытие некоторого фрагмента заданного участка местности, должно соответствовать требованиям задачи пользователя. В предельном случае такая мозаика может состоять из единственного изображения, обеспечивающего полное покрытие заданного участка местности.

В качестве необходимого условия формирования безызбыточного покрытия будем рассматривать наличие в базе данных таких АКИ, которые в совокупности обеспечивают полное покрытие заданного участка местности. В качестве достаточного условия - существование хотя бы одного варианта состава АКИ в мозаичном покрытии искомого участка местности, в котором каждое изображение по своим характеристикам соответствует требованиям выполняемой фотограмметрической обработки.

На фиг. 1 представлена общая блок-схема процесса выбора из баз данных по критериям пользователя аэрокосмических изображений, необходимых для формирования безызбыточного покрытия участка местности,

на фиг. 2 - блок-схема процесса формирования векторной рамки информативных частей аэрокосмических изображений, которые войдут в состав безызбыточного покрытия участка местности,

на фиг. 3 - блок-схема формирования безызбыточного покрытия участка местности.

Пусть имеется база данных, содержащая множество D изображений земной поверхности мощностью М. Каждому изображению из D соответствуют метаданные, всю совокупность которых содержит множество

Каждое изображение из D характеризуется множеством G_i, i∈[1,M] точек местности, покрываемой данным АКИ, каждой из которых в соответствие поставлены геодезические координаты.

Другие характеристики АКИ представлены в виде множества , где U - количество используемых характеристик. При этом будем считается, что изображение, выбираемое в качестве опорного, удовлетворяет требованиям выполняемой задачи пользователя, если значения каждого элемента w_u множества W окажутся в соответствующих интервалах допустимых значений , задаваемых пользователем.

Требуется для формирования безызбыточного покрытия заданного участка местности аэрокосмическими изображениями, удовлетворяющими требованиям выполняемой задачи пользователя, найти подмножество D_o множества D, для которого выполняется условие

где G₀ - множество точек местности, покрываемой мозаикой изображений, составленной из D_o, которым в соответствие поставлены геодезические координаты; G_T - множество точек в границах полигона, ограничивающего требуемый участок местности, каждой из которых в соответствие поставлены геодезические координаты; - значение u-й характеристики i-го АКИ.

Способ включает следующие операции:

1. Задание пользователем границ участка местности G_T, для которого планируется решение каких-либо задач.

2. Задание пользователем конкретных значений для критериев (2) исходя из требований к решению задачи пользователем, а также последовательности оценивания характеристик АКИ. Наивысший приоритет присваивается характеристикам, имеющим определяющее влияние на решение задачи пользователем.

3. Поиск в базе (базах) данных и выбор АКИ, частично или полностью покрывающих заданный в п. 1 участок местности.

4. Проверка отобранных на шаге 2 изображений на соответствие критериям пользователя .

5. Формирование множества АКИ D_n, соответствующих требованиям решения задачи пользователя. Те АКИ, для которых значения характеристик лежат в соответствующих допустимых интервалах, рассматриваются в качестве потенциально пригодных и включаются в множество D_n. Остальные изображения исключаются из рассмотрения.

6. Проверка полноты покрытия заданного участка местности изображениями из D_n. Проверка полноты покрытия осуществляется путем проверки справедливости выражения

где n=1, …, N, N - количество АКИ в наборе D_n.

Иными словами, если множество точек местности в границах полигона, ограничивающего требуемый участок местности, входит в объединенное множество точек в границах полигонов, ограничивающих участки местности, покрываемые отобранными изображениями, то осуществляется переход к следующей операции.

Если выражение (3) оказывается неверным, осуществляется возврат к шагу 1 для определения вида требуемого частичного покрытия заданного участка местности и границ его фрагментов, для которых далее будет осуществляться поиск безызбыточных покрытий.

7. Исключение из D_n избыточных АКИ, в результате чего формируется безубыточное покрытие D_o и мозаичное покрытие АКИ заданного участка местности. Для этих целей формируется пустое множество D_o. Исключение избыточных АКИ осуществляется на основе перебора изображений из D_n.

8. Формируется полигон G_T, соответствующий части заданного участка местности, еще не покрытой АКИ, уже включенными в D_o

где Δ - симметрическая разность G_T и G_n.

Для первого АКИ из .

9. Оценка типа формирования безызбыточного покрытия местности, заданного пользователем.

10. Если приоритетным является площадь получаемых фрагментов, то из D_n выбирается АКИ, имеющее максимальную площадь покрытия заданного участка местности .

11. Если приоритетным является получение фрагментов АКИ с наилучшими значениями характеристик, то из D_n выбирается АКИ, имеющее наилучшее значение характеристики, обладающей наивысшим приоритетом для решения задачи пользователем. Если наиболее значение приоритетной характеристики у всех АКИ из D_n одинаково, то выбирается АКИ, имеющее наилучшее значение характеристики, обладающей более низким приоритетом.

12. Выбранное в п. 10 и 11 АКИ заносится в D_o.

13. Формируется векторная рамка информативной части для выбранного АКИ - той части АКИ, которая будет использоваться пользователем при решении текущей задачи.

14. Оценка того, что требуемый участок местности полностью покрыт АКИ . Операции 8-14 выполняются до тех пор, пока не выполнен перебор всех АКИ из D_n или требуемый участок местности полностью покрыт АКИ из D_n.

15. Оценка того, сформирован ли D_o. Если нет, то осуществляется возврат к п. 1 и 2 для корректировки условий поиска или его прекращение. Если да, то выполняется переход к п. 16.

16. Вырезка фрагментов из выбранных АКИ (D_o) по векторной рамке, полученной в п. 13 и включение их в мозаику изображений.

17. Выгрузка фрагментов АКИ и векторных рамок на рабочее место пользователя.

Таким образом, при использовании заявляемого способа достигается повышение оперативно-технических характеристик выбора аэрокосмических изображений из баз данных, в том числе сокращение времени на формирование покрытия требуемого участка местности аэрокосмическими изображениями и исключение дублирования (избыточности) покрытий. При этом исключается ряд операций пользователя по просмотру пользователем каждого АКИ, соответствующего его критериям, и выбора лучших из них. Исключение избыточности и вырезка фрагментов АКИ с информативной частью позволяют сократить время на выгрузку данных на рабочее место пользователя.