Method and Procedures of Aerospace Thermal Tomography of Near-Surface Areas of the Earth

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article presents a method and procedures for developing aerospace monitoring tools for the underlying surface based on computer processing of data from optical-electronic means of unmanned aerial vehicles. The work considers a thermal model for the formation of a spatial distribution of a temperature field, an inverse problem of radiation thermal physics, and a problem of classifying objects based on multi-temporal multispectral images. The method and procedures for data processing have been tested in full-scale tests under various weather conditions for all seasons - several hundred flights of multi-rotor heavy-duty unmanned aerial vehicles equipped with optical-electronic means of remote monitoring have been conducted.

About the authors

A. V Osadchuk

The Main Department of Innovative Development of the Ministry of Defense Russian Federation

Moscow, Russia

Yu. G Veselov

The Main Department of Innovative Development of the Ministry of Defense Russian Federation

Moscow, Russia

I. N Ischuk

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: boerby76@mail.ru
Moscow, Russia

A. A Dolgov

Military Training and Research Center of the Air Force "Air Force Academy named after Prof. N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin"

Voronezh, Russia

V. V Rodionov

Military Training and Research Center of the Air Force "Air Force Academy named after Prof. N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin"

Voronezh, Russia

References

  1. Веревочкин Ю.Г., Ильин Ю.А. Влияние ветра на информативность тепловой аэрокосмической съемки в дальней ИК-области спектра при отсутствии облачности // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2008. № 2. С. 135–142.
  2. Verevochkin Yu.G., Il’in Yu.A. Vliyanie vetra na informativnost’ teplovoy aerokosmicheskoy s’emki v dal’ney IK-oblasti spectra pri otsutstvii oblachnosti [The influence of wind on the informativeness of thermal aerospace photography in the far infrared region of the spectrum in the absence of clouds] // Izvestiya vysshyh uchebnyh zavedeniy. Geodeziya i aerofotos’emka. 2008. № 2. P. 135–142. (In Russian).
  3. Веревочкин Ю.Г., Ильин Ю.А. Неоднородность поля яркостной температуры земной поверхности в дальней ИК-области спектра при наличии облачности // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2008. № 4. С. 51–55.
  4. Verevochkin Yu.G., Il’in Yu.A. Neodnorodnost’ polya yarkostnoy temperatury zemnoy poverhnosti v dal’ney IK-oblasti spektra pri nalichii oblachnosti [Inhomogeneity of the field of the brightness temperature of the Earth’s surface in the far infrared region of the spectrum in the presence of clouds] // Izvestiya vysshyh uchebnyh zavedeniy. Geodeziya i aerofotos’emka. 2008. № 4. P. 51–55. (In Russian).
  5. Веревочкин Ю.Г., Ильин Ю.А., Малинников В.А. Исследование влияния гидрометеорологических условий на формирование тепловых полей излучения земных ландшафтов // Приложение к журналу Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. Сборник статей по итогам научно-технической конференции. 2013. № 6. С. 27–35.
  6. Verevochkin Yu.G., Il’in Yu.A., Malinnikov V.A. Issledovanie vliyaniya gidrometeorologicheskih usloviy na formirovanie teplovyh poley izlucheniya zemnyh landshaftov [Investigation of the influence of hydrometeorological conditions on the formation of thermal radiation fields of terrestrial landscapes] // Prilozhenie k zhurnalu Izvestiya vysshyh uchebnyh zavedeniy. Geodeziya i aerofotos’emka. Sbornik statey po itogam nauchno-tehnicheskoy konferentsii. 2013. № 6. P. 27–35. (In Russian).
  7. Веревочкин Ю.Г., Ильин Ю.А. Влияние растительности на контраст яркостной температуры подстилающей поверхности в дальней ИК-области // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2013. № 6. ­С. 44–49.
  8. Verevochkin Yu.G., Il’in Yu.A. Vliyanie rastitel’nosti na contrast yarkostnoy temperatury podstilayuschey poverhnosti v dal’ney IK-oblasti [The effect of vegetation on the contrast of the brightness temperature of the underlying surface in the far infrared region] // Izvestiya vysshyh uchebnyh zavedeniy. Geodeziya i aerofotos’emka. 2013. № 6. P. 44–49. (In Russian).
  9. Веревочкин Ю.Г., Ильин Ю.А., Малинников В.А., Престон Н.Е. Моделирование тепловых ИК-изображений земных ландшафтов // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2014. № 6. С. 82–86.
  10. Verevochkin Yu.G., Il’in Yu.A., Malinnikov V.A., Preston N.E. Modelirovanie teplovyh IK-izobrazheniy zemnyh landshaftov [Modeling of thermal IR images of terrestrial landscapes] // Izvestiya vysshyh uchebnyh zavedeniy. Geodeziya i aerofotos’emka. 2014. № 6. P. 82–86. (In Russian).
  11. Гашников М.В., Глумов Н.И., Гошин Е.В., Денисова А.Ю., Кузнецов А.В., Митекин В.А., Мясников В.В., Сергеев В.В., Сойфер В.А., Федосеев В.А., Фурсов В.А., Чичева М.А., Якимов П.Ю. Перспективные информационные технологии дистанционного зондирования Земли / Под ред. В.А. Сойфера, Самара: Новая техника, 2015. 256 с.
  12. Gashnikov M.V., Glumov N.I., Goshin E.V., Denisova A.Yu., Kuznetsov A.V., Mitekin V.A., Myasnikov V.V., Sergeev V.V., Soyfer V.A., Fedoseev V.A., Fursov V.A., Chicheva M.A., Yakimov P.Yu. Perspectivnye informatsionnye tehnologii distantsionnogo zondirovaniya Zemli [Promising information technologies for remote sensing of the Earth] / Edc. V.A. Soyfer, Samara: Novaya tehnika, 2015. 256 p. (In Russian).
  13. Ищук И.Н., Громов Ю.Ю., Степанов Е.А., Филимонов А.М. Классификация объектов дистанционного мониторинга по тепловым томограммам. М.; СПб.; Баку; Вена; Стокгольм; Буаке; Варна: МИНЦ “Нобелистика”, 2019. 132 с.
  14. Ischuk I.N., Gromov Yu.Yu., Stepanov E.A., Filimonov A.M. Klassifikatsiya ob’ektov distantsionnogo monitiringa po teplovym tomogrammam [Classification of remote monitoring objects by thermal tomograms] M.; SPb.; Baku; Vena; Stokgolm; Buake; Varna: MINTS “Nobelistika”, 2019. 132 p. (In Russian).
  15. Самарский А.А. Численные методы решения обратных задач математической физики. М.: Едиториал УРСС, 2009. 480 с.
  16. Samarskiy A.A. Chislennye metody resheniya obratnyh zadach matematicheskoy fiziki [Numerical methods for solving inverse problems of mathematical physics]. М.: Editorial URSS, 2009. 480 p. (In Russian).
  17. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1979. 283 с.
  18. Tihonov A.N., Arsenin V.Ya. Metody resheniya nekorrektnyh zadach [Methods for solving incorrect problems]. M.: Nauka, 1979. 283 p. (In Russian).
  19. Ahern A.A., Rogers A.D., Edwards C.S., Piqueux S. Thermophysical Properties and Surface Heterogeneity of Landing Sites on Mars from Overlapping Thermal Emission Imaging System (THEMIS) Observations // Journal of Geophysical Research: Planets. 2021. Vol. 126. № 6. doi: 10.1029/2020JE006713.
  20. Ischuk I., Tyapkin V., Dolgov A. Verification of a mathematical model for constructing thermal tomograms based on the reduction of a set of different-time visible and infrared images // 6th IEEE International Conference on Information Technology and Nanotechnology (ITNT 2020). 26‒29 May 2020. Samara, Russia, 2020. P. 649‒657.
  21. Šimůnek J., Th. van Genuchten M., Šejna M. The HYDRUS-1D Software Package for Simulating the One-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media. Version 3.0. Сalifornia: Preprint Department of environmental sciences university of Сalifornia riverside, 2005. 270 p.
  22. Громов Ю.Ю., Ищук И.Н., Веселов Ю.Г. и др. Алгоритмы решения прямой и обратной задачи теплопроводности по данным разновременных многоспектральных изображений Земли с беспилотных летательных аппаратов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2024. № 12.
  23. Gromoff Yu.Yu., Ishchuk I.N., Veselov Yu.G i dr. Algoritmy resheniya pryamoj i obratnoj zadachi teploprovodnosti po dannym raznovremennyh mnogospektral’nyh izobrazhenij Zemli s bespilotnyh letatel’nyh apparatov // Pribory i sistemy. Upravlenie, kontrol’, diagnostika. 2024. № 12. (In Russian).
  24. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы / Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 752 с.
  25. Matveev L.T. Kurs obschey meteorogii. Fizika atmosfery [General meteorology course. Physics of the atmosphere] // L.: Gidrometeoizdat, 1984. 752 p. (In Russian).
  26. Ищук И.Н., Филимонов А.М., Долгов А.А. и др. Алгоритм совместной обработки многоспектральных изображений по данным воздушной съемки с беспилотных летательных аппаратов // Промышленные АСУ и контроллеры. 2018. № 10. С. 27–34.
  27. Ishchuk I.N., Filimonov A.M., Dologov A.A. i dr. Algoritm sovmestnoy obrabotki mnogospektral’nykh izobrazheniy po dannym vozdushnoy s’emki s bespilotnykh letatel’nykh apparatov [Algorithm of joint processing of multispectral images based on aerial survey data from unmanned aerial vehicles] // Promyshlennye ASU I kontrollery. 2018. № 10. P. 27–34. (In Russian).
  28. Ищук И.Н., Долгов А.А., Лихачев М.А., Тельных Б.К. Модель расчета теплофизических параметров материалов по данным многоспектральной разновременной фотографической съемки земной поверхности // Журн. Сиб. федер. ун-та . 2020. № 13(7). С. 906–918.
  29. Ishchuk I.N., Dologov A.A., Lihachev M.A., Tel’nyh B.K. Model’ rascheta teplofizicheskih parametrov materialov po dannym mnogospektral’noj raznovremennoj fotograficheskoj s”emki zemnoj poverhnosti // Zhurn. Sib. feder. un-ta. 2020. № 13(7). P. 906–918. (In Russian).
  30. Ischuk I., Tyapkin V., Dolgov A. Verification of a mathematical model for constructing thermal tomograms based on the reduction of a set of different-time visible and infrared images // Proceedings of ITNT 2020 – 6th IEEE International Conference on Information Technology and Nanotechnology : Samara, 2020. P. 9253218. doi: 10.1109/ITNT49337.2020.9253218. EDN CFUQWT.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».