Change Detection

Компания	НИУ ВШЭ
Учебный семестр	Осень 2018
Учебный курс	3-4-й курс
Максимальное количество студентов, выбравших проект: 7

Что это за проект?

Обнаружение изменений (change detection) на спутниковых снимках является практически важной задачей при управлении развитием городских и других территорий.

Примеры результатов работы алгоритмов обнаружения изменений:

• на месте здания появилось футбольное поле
• на месте пустыря появился жилой комплекс
• длина строящегося моста выросла на 250 метров за прошедшие пол года
• площадь зеленых зон в городе увеличилась на 10%

Таким образом, подходы обнаружения изменений позволяют повысить оперативность (за счет автоматизации) и объективность (за счет использования спутниковых данных) работы.

Обзор методов обнаружения изменений: Change detection from remotely sensed images: From pixel-based to object-based approaches PDF

Pipeline обнаружения изменений может выглядеть следующим образом:

• подготовка входных данных: спутниковые данные Sentinel (или другие) + векторные данные OpenStreetMap
• совмещение OpenStreetMap со спутниковыми данными (вырезка из них тренировочной выборки)
• обучение алгоритма обнаружения изменений
• применение обученного алгоритма к другим данным
• разработка приложения для отображения входных данных и результатов работы
• возможно использование дополнительных источников данных для улучшения результатов (напр., другие спутники или сервисы)

При командной работе задачи можно распределить следующим образом:

• реализация алгоритма (1-2 человека в зависимости от числа выбранных алгоритмов)
• подготовка и совмещение входных данных (1-3 человека, в зависимости от разнообразия источников данных)
• разработка приложения (1-2 человека, можно back-end + front-end)

Примеры практической пользы обнаружения изменений

Роскосмос "Цифровая Земля"

Файл:ПользаГеоданныеРоскосмос.PNG

Космический "Google для планеты"

Источник: ссылка

Файл:ПользаГеоданныеPlanet.PNG

Чему вы научитесь?

• алгоритмы обнаружения изменений
• алгоритмы, которые полезны не только для обнаружения изменений
• знакомство с геопространственными данными
• библиотеки работы с геопространственными данными

Какие начальные требования?

• технический английский (для чтения статей)
• язык программирования -- любой
• желание разбираться с геопространственными данными

Какие будут использоваться технологии?

Перечень технологий доступен на сайте курса Разработка геоприложений

Темы вводных занятий

Мы возьмем некоторые темы из курса Разработка геоприложений

• что такое геопространственные данные, какие они бывают и какие особенности работы с ними
• как устроены спутниковые данные (данные дистанционного зондирования Земли)
• библиотеки для работы с геопространственными данными
• подходы для обнаружения изменений на спутниковых данных

Направления развития

• реализация алгоритма (алгоритмов) обнаружения изменений на основе
  • нейронных сетей
  • SVM
  • деревьев решений
  • нечеткой логики
  • объектных подходов
• использование входных данных сразу с нескольких космических аппаратов
• сохранение результатов работы в базу данных (напр., PostGIS) и выполнение над ними запросов (напр., вычисление площади полигона)
• разработка веб-сервиса для обнаружения изменений (любой язык программирования)
• разработка серверной части (автоматическая загрузка входных данных и обнаружение изменений)

Критерии оценки

4-5:

• выполнить подготовку данных (можно вручную)
• реализовать алгоритм обнаружения изменений (любой)
• реализованный алгоритм должен находить изменения

6-7:

• выполнить программную реализацию подготовки данных (с использованием OpenStreetMap, исходные данные можно загрузить вручную)
• реализовать алгоритм обнаружения изменений (см. Направления развития)
• простой графический интерфейс визуализации входных данных и результатов
• реализованный алгоритм должен находить изменения

8-10:

• выполнить программную реализацию подготовки данных (с использованием OpenStreetMap)
• реализовать алгоритм обнаружения изменений (см. Направления развития, один либо несколько)
• сохранение результатов работы в базу данных (напр., PostGIS) и выполнение над ними запросов (напр., вычисление площади полигона)
• разработка приложения (не обязательно веб) для визуализации входных данных и результатов
• дополнительные баллы можно также получить при выполнении пунктов из раздела "Направления развития"

Ориентировочное расписание занятий

По договоренности. Ориентировочно ВТ 16.40-18.10 (по четной неделе)