Форумы GIS-Lab.info

Разрабатываю способ проверки гипотезы притяжения объекта изучения (птиц) к тепловым пятнам (т.е. к местам, в которых температура выше, чем температура окружающих территорий) – при помощи карты температур снимка ASTER (AST-08), сделанного в один из дней года проведения полевых работ.
Аналогичных решений нигде не нашла и придумала свой простой способ.

Есть ли в нем разумность или, наоборот, проблемность? Или есть ли что-то иное лучшее моему решению?
В общем, можно ли так делать, как вы считаете?



Способ такой.
Для каждого пикселя (i) ROI (области вокруг точек обзора, всего их 26 с радиусом 600 м). посчитать в растровом калькуляторе :сумму разностей его температуры с температурой каждого из 8-ми соседних пикселей:
Gi = (Ti - T1) + (Ti - T2) +(Ti - T3) + ... (Ti - T8)
2)И дальше уже вести статистику (с численностью птиц), оперируя этими значениями. Чем больше значение Gi нуля, тем более сильный показатель положительного градиента (т.е. теплового пятна, пятна с повышенной температурой) он имеет. Чем ниже Gi нуля,тем больше градиент в обратную сторону (пятно холода).

Внизу пример картинки для одной из точек обзора. Красные столбики - это (опуская детали) сумма учтенных птиц за год.
Сторона квадрата пикселя - 90м. Каждый имеет зафиксированную температуру 31.2, 29.7, 26.5, etc.

У вас тепловое пятно завязано на соседстве, при этом соседство считается попиксельно. А размер пикселя взят наобум.

На мой взгляд самая большая проблема --- нигде не формализовано понятие теплового пятна. Что это такое? Как-то можно это понятие сформулировать математически? После этого вопрос о том, как его считать, скорее всего автоматически разрешится.

KolesovDmitry писал(а):У вас тепловое пятно завязано на соседстве, при этом соседство считается попиксельно. А размер пикселя взят наобум.

Пока задача - сделать это в наибольшем масштабе. Размер пикселя - определен разрешением термо-канала ASTER, это 90м.

На мой взгляд самая большая проблема --- нигде не формализовано понятие теплового пятна. Что это такое? Как-то можно это понятие сформулировать математически? После этого вопрос о том, как его считать, скорее всего автоматически разрешится.

Данный вид птиц (Black Vultures) по сведениям некоторых авторов, в своем планирующем полете жестко привязаны к термикам - вертикальным потокам теплого воздуха. Однако нигде это точно не доказывается, лишь словесное описание.
Я хочу попробовать выявить эту приуроченность птиц в полете к термикам - на основе тех полевых данных и технических возможностей, которыми располагаю.
Термик будет сильнее там, где выше температура поверхности. Поэтому (что пробую проверить).. если птица находится над территорией, она будет тяготеть более к местам, где температура выше, чем в соседних местах, именно граничащих. Вот отсюда - поиск возможности выявить "тепловые пятна".

Определить более точно "тепловое пятно" - действительно, вроде бы не могу (хотя неточность - это сплошь и рядом в зоологии). Потому и выношу метод на обсуждение и критику.



Размер пикселя 90х90м тут может служить плюсом, поскольку эта территория достаточно большая. То есть, возможно, так и можно (да, беря из технических ограничений) взять этот квадратик за параметр разбивки территории для анализа по температуре.
Потому как иных других вариантов данных и технических возможностей - у меня нет. И тут нужно только подумать, как максимально использовать то, что есть.



Можно будет построить точную карту температур для каких-то наиболее интересных точек для уточнения анализа. Но это уже другая тема, другими методами и пока из области идей.

по-моему все хищники поднимаются на этих термиках, как на лифте, а дальше летят по своим делам, и выше какого-то порога по высоте зависимости не будет. тут нужен не астер, а скорее беспилотник с ИК-камерой, чтобы ловить термики (и грифов) невысоко, а не по всему слою атмосферы аж до ионосферы?
+ еще появляется проблема микселей и наоборот, может восходящий поток меньше огромного квадрата 90 м?

Natalia Novoselova писал(а):Аналогичных решений нигде не нашла

решения давно придуманы и подробно описаны, в частности для птиц (с учетом "эффективности наблюдателя", и прочего). Вы бы хоть литературу почитали, что-ли. Просто обидно, если данные (если это реальные данные) так бездарно пропадут ...

gamm писал(а):

Natalia Novoselova писал(а):Аналогичных решений нигде не нашла

решения давно придуманы и подробно описаны, в частности для птиц (с учетом "эффективности наблюдателя", и прочего). Вы бы хоть литературу почитали, что-ли. Просто обидно, если данные (если это реальные данные) так бездарно пропадут ...

Я искала, только по наводкам "Vultures" и всё про риски от птиц для самолетов. В контексте данной задачи - не нашла.

Данные реальные. Но они имеют свои ограничения по точности (что я обсуждала здесь), мной решенные через ГИС. То есть самим построением в ГИС - я учла эту неточность.

Хотя, при сравнении с характером точности данных аналогичных работ (риск птиц для самолетов) - наши смотрятся уже буквально на высоте.

Если вам известна такая литература, или хоть по каким словам искать - буду очень признательна за совет!! Сейчас пока еще есть время повернуть обработку данных в любую сторону.

nadiopt писал(а):по-моему все хищники поднимаются на этих термиках, как на лифте, а дальше летят по своим делам, и выше какого-то порога по высоте зависимости не будет. тут нужен не астер, а скорее беспилотник с ИК-камерой, чтобы ловить термики (и грифов) невысоко, а не по всему слою атмосферы аж до ионосферы?
+ еще появляется проблема микселей и наоборот, может восходящий поток меньше огромного квадрата 90 м?

В моей работе (а также связанных научных публикациях) хочу сделать раздел, куда поместить все идеи по улучшению техники работы в этом направлении, по улучшению точности данных, и всё это дать - в контексте выявленных моей работой гипотез. Мол, чтобы проверить эти гипотезы лучше - можно делать вот так.

А цель моей работы - это взять из имеющихся данных то, что можно взять, и использовать для этого доступную просто технику ГИС\ДЗЗ.

Итого, про "беспилотник с ИК-камерой" - можно изложить в том разделе. Также как и про лазерный дальномер и веб-камеру слежения за птицами с автоматической регистрацией каждой птицы (наверняка, такие есть). Но вряд ли мы это сможем сделать сейчас. Максимум на что я могу рассчитывать, это попробовать с земли снять более точно характер температур, может быть - альбедо типов поверхности для каких-то наиболее интересных точек.

Пока же - я хочу использовать то, что уже есть в доступе. Но и - думая и набирая данные по возможностям улучшения. Рекомендации - которые могут использовать после нас другие научные коллективы (не только в Бразилии, проблема риска самолетов от птиц - общемировая).

Natalia Novoselova писал(а):

gamm писал(а):

Natalia Novoselova писал(а):Хотя, при сравнении с характером точности данных аналогичных работ (риск птиц для самолетов) - наши смотрятся уже буквально на высоте.

очень странное заявление - те данные по птицам в аэропортах, с которыми я имел дело (а это стандартный источник данных), поступают с радаров, которые намного точнее наблюдателей.

У вас стандартная пространственная Пуассоновская модель, скорее всего корелированная (если птицы стайные), про которую написаны горы литературы. Наберите в гугле spatial Poisson GLM GAMM GLMM birds abundance и обрящете, там во первых строках книжка, с примерами. Очень много аналогичных по математике задач описано в медицине (вместо птичек наблюдали заболевших) - журнал International Journal of Health Geographics, он доступен без подписки. Там обретает один из корифеев гоестатистики, Pierre Goovaerts - это другой вариант моделей для ваших данных.

gamm писал(а):очень странное заявление - те данные по птицам в аэропортах, с которыми я имел дело (а это стандартный источник данных), поступают с радаров, которые намного точнее наблюдателей.

При поиске доступной литературы по Bird Strike Problem, - выявилось, что проблема это общемировая, в решении которой брошено много людских и финансовых ресурсов. Однако описание супер-глобальных проектов, которые были основаны на многолетнем сборе базы данных по птицам и потом ее каком-то анализе, эту базу данных собирали методами весьма неточными. В одну кучу мешали данные разных наблюдателей, с самой общей географической привязкой (вроде пролетала над деревней такой-то). Потом делали анализ - который, очевидно при таком наборе, не давал никаких прогнозов. Максимум, что делалось - эта выявлялась некая вероятность столкновения с птицей в той или иной точке пространства. По-моему, в смысле практического применения для конкретного аеропорта - всеп эти проекты не давали ничего.
Ни в одном проекте - не ставилась задача выявить закономерности нахождения птицы от факторов среды (покрытие поверхности, антропогенные объекты и погода). Один из авторов общей сводки таких программ - подчеркивал это упущение.


Да, еще одна линия -это радары. Не изучала детально, поскольку у нас не было возможности использовать радары. Но, как уже выше сказала, в своей работе хочу пробовать выявить перспективные направления - действительного решения задачи и давать рекомендации по их развитию (в т.ч. за счет получения более точных данных).

Дают ли радары точную географ. привязку птицы? Определяют ли они ее вид?
Вид - вряд ли, то есть, в этом, наш проект имеет преимущество, поскольку он нацелен на один вид, наиболее опасный для самолетов (Black Vultures).
И в задачи входит именно попытка привязки пространственного распределения птиц от обозначенных выше факторов среды.
То есть - научная и методологическая новизна, как минимум, будет. Хотелось бы еще и практических результатов каких-то добиться..

У вас стандартная пространственная Пуассоновская модель, скорее всего корелированная (если птицы стайные), про которую написаны горы литературы. Наберите в гугле spatial Poisson GLM GAMM GLMM birds abundance и обрящете, там во первых строках книжка, с примерами. Очень много аналогичных по математике задач описано в медицине (вместо птичек наблюдали заболевших) - журнал International Journal of Health Geographics, он доступен без подписки. Там обретает один из корифеев геостатистики, Pierre Goovaerts - это другой вариант моделей для ваших данных.

Спасибо, изучу!
Не знаю.. по-моему хищные птицы - не стайные. Эти птицы парят вместе по 5-6 особей, не больше.. то, что я вижу.

gamm писал(а):очень странное заявление - те данные по птицам в аэропортах, с которыми я имел дело (а это стандартный источник данных), поступают с радаров, которые намного точнее наблюдателей.

При поиске доступной литературы по Bird Strike Problem, - выявилось, что проблема это общемировая, в решении которой брошено много людских и финансовых ресурсов. Однако описание супер-глобальных проектов, которые были основаны на многолетнем сборе базы данных по птицам и потом ее каком-то анализе, эту базу данных собирали методами весьма неточными. В одну кучу мешали данные разных наблюдателей, с самой общей географической привязкой (вроде пролетала над деревней такой-то). Потом делали анализ - который, очевидно при таком наборе, не давал никаких прогнозов. Максимум, что делалось - эта выявлялась некая вероятность столкновения с птицей в той или иной точке пространства. По-моему, в смысле практического применения для конкретного аеропорта - все эти проекты не давали ничего.
Ни в одном проекте - не ставилась задача выявить зависимость /b]нахождения птицы от факторов среды (покрытие поверхности, антропогенные объекты и метео параметры). Один из авторов общей сводки таких программ - подчеркивал это упущение.


Да, вторая методологическа линия набора данных -это радары. Не изучала это детально, поскольку у нас не было возможности использовать радары. Но, как уже выше сказала, в своей работе хочу пробовать выявить перспективные направления - действительного решения задачи, и дать общие рекомендации по их развитию (в т.ч. за счет техники получения более точных данных).

Дают ли радары точную географ. привязку птицы? Определяют ли они ее вид? Какой радиус действия съемки?

Вид - вряд ли, то есть, в этом, наш проект имеет преимущество, поскольку он нацелен на один вид, наиболее опасный для самолетов (Black Vultures).
Радиус съемки радаров - скорее всего только вокруг аэропорта. А опасная зона столкновения - имеет радиус 20 км от аэропорта. Мы проводили промеры в разных точках в пределах этого радиуса.

И в задачи входит именно попытка привязки пространственного распределения птиц от обозначенных выше факторов среды.
То есть - научная и методологическая новизна (в подходе решения задач типа "Bird Strike Problem"), как минимум, будет. Хотелось бы еще и практических результатов каких-то добиться..

У вас стандартная пространственная Пуассоновская модель, скорее всего корелированная (если птицы стайные), про которую написаны горы литературы. Наберите в гугле spatial Poisson GLM GAMM GLMM birds abundance и обрящете, там во первых строках книжка, с примерами. Очень много аналогичных по математике задач описано в медицине (вместо птичек наблюдали заболевших) - журнал International Journal of Health Geographics, он доступен без подписки. Там обретает один из корифеев геостатистики, Pierre Goovaerts - это другой вариант моделей для ваших данных.

Спасибо, изучу!
Не знаю.. по-моему эти птицы - не стайные. Парят вместе по 5-6 особей, не больше.. то, что я вижу.
Однако и не одиночки. Чем больше перспектив к поиску пищи, тем их больше в небе..


За советы по статистике - спасибо!
Пожалуй, геостатистика - будет самой сложной частью работы. Так что, пока исхожу из стратегии - пытаться разбираться и делать то, что получается.

Natalia Novoselova писал(а):Пожалуй, геостатистика - будет самой сложной частью работы. Так что, пока исхожу из стратегии - пытаться разбираться и делать то, что получается.

образования вам не хватает, и способности искать литературу. Поэтому результат будет, скорее всего, на уровне школьных упражнений, который ни один серьезный журнал не примет.

Литературу бы вам почитать, горы ведь по теме написаны ... обычно строится модель наблюдателя (sampling efforts), а потом Пуасоновская (или ZIP - Zero Inflated Poisson, или ZAP - Zero Alternated Poisson, или NB - Negative Binomial, или ZNB - Zero Inflated NB) регрессионная модель. Геостатистика - тут дело еще сложнее

1) Дают ли радары точную географ. привязку птицы? 2) Определяют ли они ее вид? 3) Какой радиус действия съемки?

1) дают, как по координатам, так и по высоте
2) вид - нет, только примерный размер. Вид, теоретически, можно определить по динамическим характеристикам, как это делается для самолетов, но такого для птиц не видел.
3) то, что я видел - 5 км, дальше просто не интересовало.

gamm писал(а):

Natalia Novoselova писал(а):Пожалуй, геостатистика - будет самой сложной частью работы. Так что, пока исхожу из стратегии - пытаться разбираться и делать то, что получается.

образования вам не хватает, и способности искать литературу. Поэтому результат будет, скорее всего, на уровне школьных упражнений, который ни один серьезный журнал не примет.

Литературу бы вам почитать, горы ведь по теме написаны ... обычно строится модель наблюдателя (sampling efforts), а потом Пуасоновская (или ZIP - Zero Inflated Poisson, или ZAP - Zero Alternated Poisson, или NB - Negative Binomial, или ZNB - Zero Inflated NB) регрессионная модель. Геостатистика - тут дело еще сложнее

Упор на статистику - это всё в работах чисто экологических (от слова наука "Экология"). Вот там - да, моего образования их даже читать часто не хватает.
Наша работа - в аспекте несколько другом, там статистика намного проще. И упор не на чисто статистику собираюсь делать, а использовать ее - для поиска решений, ответа на вопрос - что именно влияет на нахождение птиц в определенном месте. И какие рекомендации (для аэропортов и дальнейшего изучения по проблеме) можно сделать на этой основе.
Плюс наши данные - имеют не точечную точность. И потому, любая статистика здесь может навести только на гипотезы, так думаю..
Но в целом - да, конечно, вы правы. По статистике - мне бы найти на верные общие в ней направления, подходящие под задачи проекта и наши данные, по проведению самих анализов - есть с кем советоваться. Так что (про журналы) - шансы определенные есть.

Natalia Novoselova писал(а):Упор на статистику - это всё в работах чисто экологических (от слова наука "Экология"). Вот там - да, моего образования их даже читать часто не хватает.
Наша работа - в аспекте несколько другом, там статистика намного проще. И упор не на чисто статистику собираюсь делать, а использовать ее - для поиска решений, ответа на вопрос - что именно влияет на нахождение птиц в определенном месте. И какие рекомендации (для аэропортов и дальнейшего изучения по проблеме) можно сделать на этой основе.

рекомендации без использования статистики, а значит без научного обоснования, годятся для гуманитарного школьного кружка, а не для принятия производственных решений. Ни один сотрудник аэропорта, находясь в здравом уме, никаких решений на основе таких рекомендаций принимать не будет. Именно статистические модели отвечают на вопрос, что именно влияет на нахождение птиц в определенном месте, и оценивают достоверность такого ответа

чисто в порядке бреда, а нельзя ли нейтрализовать термики? постелить там что-нибудь, уменьшающее тепловое излучение...

nadiopt писал(а):чисто в порядке бреда, а нельзя ли нейтрализовать термики? постелить там что-нибудь, уменьшающее тепловое излучение...

боюсь, что проблема завязана не на термики, а на экологию вида, его среду обитания, трофические цепи, ландшафт, и т.д. Я про это в каких-то умных толстых книжках читал ...