tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2021-7-1-105-121tuzsut-157Research ArticleИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕINFORMATICS, COMPUTER ENGINEERING AND MANAGEMENTОрганизация Web-ориентированного сервиса мониторинга окружающей среды с использованием данных дистанционного зондирования Земли и конвейеризации обработки данныхOrganization of Web-Based Environmental Monitoring Service Using Earth Remote Sensing Data and Pipelining Data Processinghttps://orcid.org/0000-0002-5678-9587СкатковА. В.ScatkovA.https://orcid.org/0000-0002-9670-6141КротовК. В.KrotovК.krotov_k1@mail.ruСевастопольский государственный университетРоссияSebastopol State UniversityRussian Federation20211804202171105121Copyright © Скатков А.В., Кротов К.В., 20212021Скатков А.В., Кротов К.В.Scatkov A., Krotov К.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/157

Анализируются виды данных дистанционного зондирования Земли и способы их обработки, которые реализуются с целью идентификации на земной поверхности негативных природных явлений и техногенных воздействий на окружающую среду, их характеристик и условий распространения. Выполняется обоснование необходимости конвейеризации обработки данных дистанционного зондирования Земли в Web-ориентированных сервисах мониторинга окружающей среды. Обосновывается архитектурная организация Web-ориентированных сервисов мониторинга окружающей среды, функциональная схема системы получения и обработки данных. На основе анализа способов тематической и POST-тематической обработки данных выполняется обоснование организации многостадийной (конвейерной) системы реализации действий с ними, обеспечивающих разносторонний мониторинг окружающей среды. 

The article analyzes the types of remote sensing data and methods of their processing, which is implemented in order to identify negative natural phenomena and man-made impacts on the environment on the earth’s surface, their characteristics and distribution conditions. The substantiation of the pipelining remote sensing data processing necessity in Web-oriented services environmental monitoring services is carried out. The article substantiates the architectural organization of Web-oriented services for environmental monitoring services and the functional scheme of the data acquisition and processing system. Based on the analysis of the thematic and POSTthematic data processing methods, the organization of a multistage (pipeline) system for the implementing actions with them that provide versatile environmental monitoring is justified. 

данные дистанционного зондирования Земликонвейеризированная обработка данныхWeb-ориентированный сервис мониторинга окружающей средыReferencesВтюрин С.А., Князев Н.А., Палатов Ю.А., Романенко С.Н. Использование данных дистанционного зондирования Земли из космоса для прогнозного моделирования экологической обстановки // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007. Т. 1. № 1. C. 111‒118.Vtyurin S. A., Knyazev N. A., Palatov Yu. A., Romanenko S. N. Using Earth Remote Sensing Data from Space for Predictive Modeling of the Environmental Situation. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2007;1(4): 111‒118. (in Russ.)Жарко В.О. Методы обработки данных спутниковых измерений спектрально-временных характеристик отраженного излучения для дистанционной оценки параметров лесного покрова. Дис. … канд. физ.-мат. наук. Москва. Институт космических исследований РАН, 2015. 131 с.Zharko V.O. Methods of Processing Data from Satellite Measurements of Spectral and Temporal Characteristics of Reflected Radiation for Remote Estimation of Forest Cover Parameters. PhD Thesis. Moscow. Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences Publ.; 2015. 131 p. (in Russ.)Сутырина Е.Н. Дистанционное зондирование Земли. Иркутск: Из-во Иркутского государственного университета, 2013. 165 с.Sutyrina E.N. Remote Sensing of the Earth. Irkutsk: Irkutsk State University Publ.; 2013. 165 p. (in Russ.)Герман М.А. Космические методы исследования в гидрометеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 352 с.Herman M.A. Space Research Methods in Hydrometeorology. Leningrad: Hydrometeoizdat Publ.; 1985. 352 p. (in Russ.)Токарева О.С., Климентьев Д.С. Оценка последствий нефтяных разливов на основе данных дистанционного зондирования Земли // Гео-Сибирь. 2010. Т. 4. № 1. С. 130‒133.Tokareva O.S., Klimentiev D.S. Assessment of Consequences of Oil Floods on the Basis of Remote Sensing Data. Geo-Siberia. 2010;4(1):130‒133. (in Russ.)Барталев С.А., Лупян Е.А. Спутниковый мониторинг бореальных систем // Природа. 2005. № 9. с.44‒53.Bartalev S.A., Lupyan E.A. Satellite Monitoring of Boreal Systems. Priroda. 2005;9:44‒53. (in Russ.)Бондура В.Г. Аэрокосмический мониторинг объектов нефтегазового комплекса. М.: Научный мир, 2012. 558 с.Bondur V.G. Aerospace Monitoring of Oil and Gas Facilities. Moscow: Nauchnyi mir Publ.; 2012. 558 p. (in Russ.)Федотова Е.В., Жолдуев А.А., Изосимов В.Г. Шпирук Ю.Д., Маглинец Ю.А., Цибульский Г.М. Анализ сезонной динамики растительного покрова на основе данных дистанционного зондирования Земли // Журнал Сибирского Федерального университета. Техника и технологии. 2014. Т. 7. № 8. С. 976‒983.Fedotova E.V., Zholudev A.A., Izosimov V.G., Shpiruk Yu.D., Maglinets Yu.A., Tsybul’skii G.M. Analysis of Seasonal Dynamics of Vegetation on Remote Sensing Data. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2014;7(8): 976‒ 983. (in Russ.)Кирвякова А.В. Эрозия почв юго-западной части Ставропольской возвышенности и прилегающих территорий Прикубанской равнины. Автореферат дис. … канд. географ. наук. Ставрополь: Ставропольский государственный университет, 2008. 28с.Kirvyakova A.V. Soil Erosion in the South-Western Part of the Stavropol Upland and Adjacent Territories of the Prikuban Plain. Phd Theses. Stavropol: Stavropol State University Publ.; 2008. 28 p. (in Russ.)Аввакумова А.О. Анализ динамики структуры землепользования на основании данных дистанционного зондирования Земли // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2018. Т. 42. № 2. С. 214–222. DOI:10.18413/2075-4671-2018-42-2-214-222Avvakumova A.O. Land-Use Structure Dynamics Analysis Using the Earth Remote Sensing Data. Scientific bulletins of the Belgorod State University. Series: Natural Sciences. 2018;42(2):214‒222. (in Russ.) DOI:10.18413/2075-4671-2018-42-2-214222Скрипчинский А.В., Бурым Ю.В. Мониторинг эрозионных процессов средствами космической съемки // Наука. Инновации. Технологии. 2016. № 2. С. 89‒98.Skripchinsky A.V., Burym Yu.V. Monitoring Erosion Satellite Imagery Means // Nauka. Innovations. Technologies. 2016;2:89‒98. (in Russ.)Тимофеева С.С., Шешукова Л.В., Охотин А.Л. Мониторинг свалок твердых бытовых и промышленных отходов в Иркутском районе по данным космических снимков // Вестник ИрГТУ. 2012. № 9(68). С. 76‒81.Timofeeva S.S., Sheshukova L.V., Okhotin A.L. Monitoring Dumps of Solid Domestic and Industrial Waste in the Irkutsk Region by Satel-Lite Imagery Data. Proceedings of Irkutsk State Technical University (Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta). 2012;9(68):76‒81. (in Russ.)Липилин Д.А. Распределение и динамика объектов размещения твердых бытовых отходов на территории Краснодарского края. Дис. … канд. географ. наук. Краснодар: Кубанский государственный университет, 2014. 184 с.Lipilin D.A. Distribution and Dynamics of Solid Waste Disposal Facilities on the Territory of the Krasnodar Territory. PhD Theses. Krasnodar: Kuban State University Publ.; 2014. 184 p.Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов. М.: Мир, 1978. 416 с .Tu J., Gonzalez R. Principles of Image Recognition. Moscow: Mir Publ.; 1978. 414 p. (in Russ.)Лабутина И.А., Балдина Е.А. Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга экосистем ООПТ. Методическое пособие / Всемирный фонд дикой природы (WWF России). Проект ПРООН/ГЭФ/МКИ «Сохранение биоразнообразия в российской части Алтае-Саянского экорегиона». М: Всемирный фонд дикой природы, 2011. 88 с.Labutina I.A., Baldina E.A. Using Remote Sensing Data for Monitoring Protected Area Ecosystems. Moscow: World Wildlife Fund Publ.; 2011. 88 p. (in Russ.)Малышева Н.В. Автоматизированное дешифрирование аэрокосмических изображений лесных насаждений. М.: Издательство Московского государственного университета леса, 2012. 154 с.Malysheva N.V. Automated Decoding of Aerospace Images of Forest Stands. Moscow: Moscow State University of the Forest Publ.; 2012. 154 p. (in Russ.)Савицкая О.В. Методы спутникового мониторинга оценки состояния и продуктивности посевов зерновых культур. Дис. … канд. геогр. наук. Обнинск: Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной метеорологии, 2016. 184 с.Savitskaya O.V. Methods of Satellite Monitoring of the Assessment of the State and Productivity of Grain Crops. PhD Thesis. Obninsk: All-Russian Research Institute of Agricultural Meteorology Publ.; 2016. 184 p. (in Russ.)Адамович Т.А., Ашихмина Т.Я., Кантор Г.Я. Использование различных комбинаций спектральных каналов космических снимков спутника Landsat 8 для оценки природных сред и объектов (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2017. № 2. С.9–18.Adamovich T.A., Ashikhmina T.Ya., Kantor G.Ya. Use of Various Combinations of Spectral Channels of Satellite Images from the Landsat 8 Satellite for an Assessment of Natural Environments and Objects (Review). Theoretical and Applied Ecology. 2017;2:9‒18. (in Russ.)Клименко К.В., Орлова Т.А., Исмаилов Р.Р. Мониторинг распространения стихийных свалок твердых коммунальных отходов в республике Крым // Вестник факультета землеустройства Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2017. № 3. С. 26‒29.Klimenko K.V., Orlova T.A., Ismailov R.R. Monitoring the Spread of Natural Landfills of Solid Municipal Waste in the Republic of Crimea. Vestnik fakulteta zemleustroistva Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2017;3:26‒29. (in Russ.)Чыонг Н.К. Оценка состояния лесного фонда Ленинградской области и ГИС-прогноз его развития. Дис. … канд. с.-х. наук. СПб: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, 2014. 174 с.Chuong N.K. Assessment of the State of the Forest Fund of the Leningrad Region and GIS-Forecast of its Development. Phd Theses. St. Petersburg: Saint-Petersburg State Forest Technical University Named after S.M. Kirov Publ.; 2014. 174 p. (in Russ.)Черепанов А.С. Вегетационные индексы // Геоматика. 2011. № 2. С. 98–102.Cherepanov A.S. Vegetative Indexes. Geomatics. 2011;2:98–102. (in Russ.)McFeeters S.K. The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features // International Journal of Remote Sensing. 1996. Vol. 17. Iss. 7. PP. 1425–1432. DOI:10.1080/01431169608948714McFeeters S.K. The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features. International Journal of Remote Sensing. 1996;17(7):1425–1432. DOI:10.1080/01431169608948714Landsat 7 Science Data Users Handbook. // NASA.GOV: сервер Национального управления США по воздухоплаванию и исследованию космического пространства. URL: https://www.usgs.gov/media/files/landsat-7-data-users-handbook (дата обращения 15.10.20)NASA.GOV: Server of the US national Aeronautics and Space administration. Landsat 7 Science Data Users Handbook. Department of the Interior U.S. Geological Survey. Available from: https://www.usgs.gov/media/files/landsat-7-data-users-handbook [Accessed 15th October 2020]Landsat 8 Science Data Users Handbook. // NASA.GOV: сервер Национального управления США по воздухоплаванию и исследованию космического пространства. URL: https://www.usgs.gov/media/files/landsat-8-data-users-handbook (дата обращения 15.10.20)NASA.GOV: Server of the US national Aeronautics and Space administration. Landsat 8 Science Data Users Handbook. Department of the Interior U.S. Geological Survey. Available from: https://www.usgs.gov/media/files/landsat-8-data-users-handbook [Accessed 15th October 2020]Дамбаева З.Б., Цыбикдоржиев Ц.Ц. Краткий курс основ почвоведения: методическое пособие. Улан-Удэ: Изд-во БГСХА им. В.Р. Филиппова, 2009. 51 с.Dambaeva Z.B., Tsibikdorzhieva T.S. Brief Course in the Fundamentals of Soil Science. Ulan-Ude: Buryat State Academy of Agriculture by V.R. Philippov Publ.; 2009. 51 p. (in Russ.)Григорьян Б.Р., Кулагин В.И. Почвоведение: учебное пособие. Казань: Из-во Казанского государственного университета, 2008. 96 c.Grigoryan B.R., Kulagin V.I. Soil Science. Kazan: Kazan State University Publ.; 2008. 96 p. . (in Russ.)Савин И.Ю. Использование спутниковых данных для составления почвенных карт: современные тенденции и проблемы // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 6. С. 29–39. DOI:10.21046/2070-7401-2016-13-6-29-39Savin I.Yu. Usage of Satellite Data for Soil Mapping: Modern Tendencies and Problems. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2016;13(6):29–39. (in Russ.) DOI:10.21046/2070-7401-2016-13-6-29-39Симакова М.С. От визуального дешифрирования аэрофотоснимков и полевого картографирования почв до автоматизированного дешифрирования и картографирования по космическим снимкам // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2014. № 74. С. 3–19. 29. Лупян Е.А., Балашов И.В., Бурцев М.А., Ефремов В.Ю., Кашницкий А.В., и др. Создание технологий построения информационных систем дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 53–75.Simakova M.S. From Visual Aerial Photo Interpretation and Field Soil Survey to Automated Decoding and Soil Mapping by Satellite Imagery. Dokuchaev Soil Bulletin. 2014;74:3–19. (in Russ.)Миклашевич С.Э., Балашов И.В., Бурцев М.А., Ефремов В.Ю., Мазуров А.А., Матвеев А.М. и др. Программно-аппаратный комплекс для сбора, обработки, архивации и распространения спутниковых данных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 4. С. 47–56.Loupian E.A., Balashov I.V., Bourtsev M.A., Efremov V.Yu., Kashnitskiy A.V., Kobets D.A., et al. Development of Information Systems Design Technologies. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2015;12(5): 53–75. (in Russ.)Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А., Балашов С.А., Барталев С.А., Ефремов В.Ю. и др. Центр коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных ИКИ РАН для решения задач изучения и мониторинга окружающей среды // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 263–284.Miklashevich S.E., Balashov I.V., Burtsev M.A., Efremov V.Yu., Mazurov A.A., et al. Complex System for the Receiving, Processing, Archiving and Distribution of Satellite Data and Products of Thematic Processing. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2012;9(4):47–56. (in Russ.)Барталев С.А., Егоров В.А., Жарко В.О., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Хвостиков С.А. и др. Спутниковое картографирование растительного покрова России. М.: ИКИ РАН, 2016. 208 с.Loupian E.A., Proshin A.A., Burtsev M.A., Balashov S.A., Bartalev S.A., Efremov V.Yu., et al. IKI Center for Collective Use of Satellite Data Archiving, Processing and Analysis Systems Aimed at Solving the Problems of Environmental Study and Monitoring. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2015;12(5):263–284. (in Russ.)Кашницкий А.В., Балашов И.В., Лупян Е.А., Толпин В.А., Уваров И.А. Создание инструментов для удаленной обработки спутниковых данных в современных информационных системах // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 1. С. 156–170.Bartalev S. A., Egorov V.A., Zharko V.O., Loupian E.A., Plotnikov D.E., Khvostikov S.A., et al. Satellite Mapping of the Vegetation Cover of Russia. Moscow: Space Research Institute of Russian Academy of Sciences Publ.; 2016. 208 p. (in Russ.)Кобец Д.А., Матвеев А.М., Мазуров А.А., Прошин А.А. Организация автоматизированной многопотоковой обработки спутниковой информации в системах дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 1. С. 145–155.Kashnitskiy A.V., Balashov I.V., Loupian E.A., Tolpin V.A., Uvarov I.A. Development of Software Tools for Satellite Data Remote Processing in Contemporary Information Systems. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2015;12(1):156–170. (in Russ.)Шокин Ю.И., Пестунов И.А., Смирнов В. В., Синявский Ю. Н., Скачкова А.П., Дубров И.С. и др. Распределенная информационная система сбора, хранения и обработки спутниковых данных для мониторинга территорий Сибири и Дальнего Востока // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2008. Т. 1. № 4. С. 291–314.Kobets D.A., Matveev A.M., Mazurov A.A., Proshin A.A. Organization of Automated Multithreaded Processing of Satellite Information in Remote Monitoring Systems. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2015;12(1):145–155. (in Russ.)Шокин Ю.И., Добрецов Н.Н., Кихтенко В.А., Смирнов В.В., Чубаров Д.Л., Чубаров Л.Б. О распределённой инфраструктуре системы оперативного спутникового мониторинга ЦКП ДДЗ СО РАН // Вычислительные технологии. 2013. Т. 18. Специальный выпуск. C. 86–94.Shokin Yu.I., Pestunov I.A., Smirnov V.V., Sinyavskiyа Yu.N., Skachkova A.P., Dubrov I.S., et al. The Distributed Informational System of Satellite Data Collecting, Storage and Processing for Siberia and the Far East Territories Monitoring. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2008;1(4):291–314. (in Russ.)Недолужко И.В. Интеграция ресурсов спутникового центра в информационные системы наблюдения за Землёй. Дис. … канд. техн. наук. Владивосток: Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, 2014. 138 с.Shokin Yu.I., Dobretsov N.N., Kikhtenko V.A., Smirnov V.V., Chubarov D.L., Chubarov L.B. On a Distributed Infrastructure for the Monitoring of Satellite Remote Sensing Data Using the Center for Shared Access. Computational Technologies. 2013;18(S1):86–94. (in Russ.)Бабяк П.В., Недолужко И.В., Фомин Е.В. Подход к предоставлению услуг по обработке спутниковых данных в Центре коллективного пользования регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН // Труды XIV Всероссийской объединенной конференции «Интернет и современное общество» (IMS-2011, Санкт-Петербург, Россия, 10–12 октября 2011). Санкт-Петербург: ООО "МультиПроджектСистемСервис" (МПСС), 2011. C. 27–32.Nedoluzhko I.V. Integration of Satellite Center Resources into Earth Observation Information Systems. Phd Theses. Vladivostok: Institute of Automation and Control Processes Publ.; 2014. 138 p. (in Russ.)Уваров И.А., Халикова О.А., Балашов И.В., Бурцев М.А., Лупян Е.А., Матвеев А.М. и др. Организация работы с метеорологической информацией в информационных системах дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 2. С. 30–45.Babyak P.V., Nedoluzhko I.V., Fomin E. V. An Approach Used to Provide Satellite Data Processing Services at Multiple Access Centre for Regional Satellite Monitoring of Environment FEB RAS. Proceedings of the XIV All-Russian Joint Conference on Internet and Modern Society", IMS-2011, 10–12 October 2011, St. Petersburg, Russia. St. Petersburg: MultiProdzhektSistemServis Publ.; 2011. p.27–32. (in Russ.)Uvarov I.A., Khalikov N.A., Balashov I.V., Burtsev M.A., Loupian E.A., Matveev A.M., et al. Meteorological Data Management in Framework of the Satellite Monitoring Information Systems. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2013;10(2):30–45. (in Russ.)Uvarov I.A., Khalikov N.A., Balashov I.V., Burtsev M.A., Loupian E.A., Matveev A.M., et al. Meteorological Data Management in Framework of the Satellite Monitoring Information Systems. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2013;10(2):30–45. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.