Создание размещенного слоя изображений и извлечение объектов из изображения
Чтобы определить инфраструктуру, уязвимую для стихийных бедствий, таких как оползни, сначала вы должны узнать о расположении инфраструктуры. После получения аэрофотоснимков, представляющих часть Гренады, вы создадите онлайн-слой изображений, размещенный в облаке ArcGIS Online. Затем вы примените возможности анализа глубокого обучения в ArcGIS Online для автоматического извлечения контуров зданий из слоя изображений.
Загрузка данных и создание слоя изображений листов
Сначала вы загрузите сжатый файл, содержащий аэроснимок, чтобы он был на вашем локальном компьютере.
- Скачайте файл Grenada_TIFF_files.zip.
- Найдите загруженный файл Grenada_TIFF_files.zip на компьютере.
Примечание:
Большинство веб-браузеров по умолчанию скачивают все в папку Загрузки.
- Щелкните правой кнопкой файл Grenada_TIFF_files.zip и распакуйте его в местоположение на вашем компьютере, на пример, на диск C.
- Откройте извлеченную папку Grenada_TIFF_files, чтобы изучить ее.
Папка содержит 16 изображений в формате TIFF, а также их вспомогательные файлы. Вместе они представляют экстент Гренады, который вы хотите проанализировать.
Теперь у вас есть загруженный на ваш компьютер снимок и вы готовы начать текущий рабочий процесс.
Создание онлайн-слоев изображений листов
Поскольку вы собираетесь выполнять рабочий процесс анализа в облаке, вы выгрузите 16 изображений в ArcGIS Online, собрав их в одном размещенном слое изображений.
- Войдите под учётной записью организации ArcGIS.
Примечание:
Если у вас нет учетной записи организации, см. варианты доступа к программному обеспечению.
- На верхней ленте щелкните Ресурсы.
- Щелкните Новый элемент.
- В окне Новый элемент щелкните Слой изображений.
Откроется страница Создать слои изображений.
Примечание:
Если вы не видите опцию Слой изображений в меню нового элемента, возможно, у вас нет типа пользователя (Professional или Professional Plus) или прав на размещение изображений.
- На вкладке Шаг 1 – Начало работы проверьте, что отмечен Слой изображений листов.
Тип Слой изображений листов оптимизирован для распределенной обработки и анализа в облаке. Он хорошо подходит для вашего анализа.
Примечание:
Дополнительные сведения о различных типах онлайн-слоев изображений, поддерживаемых ArcGIS Online, см. в разделе Ваш гид по публикации изображений и растровых данных.
- Щелкните Далее. На вкладке Шаг 2 – Настроить слой в Выберите конфигурацию слоя на основе вашего изображения укажите Одно мозаичное изображение.
Эта опция позволит вам собрать 16 изображений в один слой, который будет охватывать всю область интереса.
- Щелкните Далее. На вкладке Шаг 3 – Задать изображение в Выберите тип растра, который лучше всего описывает ваше изображение оставьте заданный параметр Набор растровых данных.
- В разделе Выберите входные изображения щелкните Обзор.
- В окне Открыть перейдите к скачанной папке Grenada_TIFF_files. Нажмите Ctrl+A, чтобы выбрать 64 перечисленных файла и нажмите Открыть.
Файлы изображений начнут выгружаться. Вы можете следить за процессом в столбце Статус загрузки.
- Когда все файлы выгружены на 100%, нажмите Далее.
- В Шаг 4 – Задать информацию об элементе для Заголовка введите Grenada_aerial_imagery и добавьте ваши инициалы.
Примечание:
Когда вы создаете слой изображений или класс объектов в ArcGIS Online, необходимо убедиться, что его имя уникально в вашей организации. Одним из способов достичь этого является добавление инициалов в конце имени каждого слоя, создаваемого вами. Например, если вас зовут Jane Smith, имя слоя будет Grenada_aerial_imagery_JS.
- Введите остальную информацию об изображениях:
- Теги - Grenada.
- Краткая информация - Аэроснимок острова Гренада.
- В поле Сохранить в папке примите местоположение по умолчанию или выберите другую папку в своей учетной записи ArcGIS Online.
- Нажмите Создать.
Начнется процесс создания размещенного слоя изображений. Через несколько минут появится страница информации об элементе для нового слоя. Взяв 16 изображений в формате TIFF, вы создали один слой изображений листов, размещенный в облаке ArcGIS Online. Теперь вы откроете слой на веб-карте и изучите его визуально.
- На странице информации об элементе слоя изображений щелкните Открыть в Map Viewer.
Слой изображений появится на новой карте.
- Масштабируйте и перемещайте карту, чтобы более внимательно изучить местоположения зданий.
В этой части Гренады находятся сотни зданий. Вы могли бы вручную трассировать каждое здание и сохранить контуры как объекты в векторном слое, но это было бы утомительно и отнимало бы много времени. Вместо это вы примените глубокое обучение, чтобы автоматически извлечь контуры зданий.
Извлечение контуров зданий при помощи глубокого обучения
Модели глубокого обучения могут эффективно классифицировать или выявлять объекты на снимке. Построение и обучение собственной модели или точная настройка существующей обученной модели - это сложная задача. Самый сложный и долгий аспект использования глубокого обучения - это создание серии обучающих выборок, чтобы научить модель распознавать определенный тип информации, которая вас интересует.
В качестве альтернативы вы можете использовать существующую модель, которая обучена для вас. ArcGIS Living Atlas of the World предоставляет растущую библиотеку подобных обученных моделей глубокого обучения. Используя эти модели, вы можете сразу же приступить к использованию искусственного интеллекта, чтобы извлечь информацию и вникнуть в суть ваших изображений. Далее вы используете предварительно обученную модель из ArcGIS Living Atlas, чтобы выявить контуры зданий в слое изображений.
- На панели инструментов Настройки (светлая), щелкните Анализ.
- В панели Анализ щелкните Инструменты.
- На панели Инструменты щелкните раздел Использовать глубокое обучение и выберите инструмент Выявить объекты при помощи глубокого обучения.
Появится панель инструмента Выявить объекты при помощи глубокого обучения.
Примечание:
Если вы не видите раздел Использовать глубокое обучение на панели Инструменты, возможно, у вас нет типа пользователя (Professional или Professional Plus) или прав на размещение изображений.
- Для Входного слоя задайте следующие значения параметров:
- Входной слой изображений или векторный слой - щелкните Слой и выберите Grenada_aerial_imagery.
- Режим обработки - проверьте, что выбрано Обработать как мозаичное изображение.
Подсказка:
Более подробно о каждом параметре можно узнать, указав на кнопку i рядом с каждым из них или просмотрев документацию инструмента Выявить объекты при помощи глубокого обучения.
- Для Настроек модели в Модель для выявления объектов щелкните Выбрать модель.
- В окне Выбрать элемент щелкните Мои ресурсы и выберите Living Atlas.
Появится список предварительно подготовленных моделей глубокого обучения, управляемых ArcGIS Living Atlas.
- В окне поиска введите Building Footprint Extraction.
- В списке результатов выберите Building Footprint Extraction - USA и нажмите Подтвердить.
После выбора модели глубокого обучения, на панель инструмента автоматически загрузятся аргументы модели.
- В разделе Аргументы модели для Threshold введите 0.6.
Выявленные объекты будут добавляться в выходной набор данных, только если уровень доверия больше или равен пороговому значению (Threshold). Оптимальное пороговое значение ищется путем проб и ошибок.
- В разделе Слой результата для Имени слоя результата, введите Grenada_buildings и добавьте свои инициалы.
Инструмент готов к запуску. Всегда при выполнении анализа в ArcGIS Online имеется стоимость в кредитах Esri на использование его ресурсов для обработки ваших данных. Вы можете определить, сколько кредитов будет истрачено инструментом до того, как вы его запустите. Как только вы запустите анализ, кредиты будут вычтены из доступных кредитов вашей организации.
- Щелкните Оценить кредиты.
Через несколько секунд появится количество кредитов - цена запуска инструмента с вашими данными: 10.63.
Примечание:
Стоимость запущенного инструмента анализа в ArcGIS Online основана на сложности анализа и числе обрабатываемых пикселов. Вы можете сократить стоимость, запустив инструмент с меньшим экстентом: на карте приблизьтесь к области интереса, затем на панели инструмента разверните раздел Параметры среды и для Экстента обработки выберите Экстент отображения.
- Внизу панели инструмента нажмите кнопку Запустить.
Через несколько мгновений всплывающее окно объявляет о том, что процесс был отправлен. Выполнение инструмента может занять 10-15 минут.
- Во всплывающем окне щелкните Просмотр статуса.
Появится вкладка История, показывающая, что процесс идет в данный момент.
Подсказка:
Также получить допуск к вкладке История можно, нажав кнопку История на панели инструмента Выявить объекты при помощи глубокого обучения.
Когда процесс завершится, сообщение о статусе обновится, чтобы сказать об этом.
Примечание:
Можно щелкнуть на сообщении о статусе, чтобы показать дополнительную информацию о процессе.
Слой результата Grenada buildings - ObjectsDetected появится в списке на панели Слои.
Он также появится на карте. Это векторный слой, в котором каждый полигон представляет здание.
- Приблизьте карту и изучите результаты анализа.
- На панели Слои рядом со слоем Grenada buildings - ObjectsDetected включите и выключите кнопку Видимость.
На карте вы можете сравнить здания на снимке и здания, выявленные в результате использования глубокого обучения.
IТолько снимок (слева) и выявленные здания (справа). Вы можете заметить, что модель успешно распознала почти все здания на снимке.
На данный момент в этом рабочем процессе вы создали онлайн-слой изображений из 16 отдельных изображений, собранных в мозаику. Затем вы применили возможности анализа глубокого обучения в ArcGIS Online и предварительно подготовленную модель из ArcGIS Living Atlas для автоматического извлечения контуров зданий из этого слоя.
Теперь у вас имеются здания в виде векторного слоя, и вы можете использовать его во многих типах операций. В оставшейся части этого руководства вы используете его, чтобы лучше изучить, как возможные оползни могут повлиять на структуры зданий в области.
Выполнение анализа подверженности оползням
Теперь, когда у вас есть местоположения контуров зданий, необходимо идентифицировать области на острове Гренада, которые подвержены оползням. Для выполнения этого анализа вы используете четыре растровых слоя и примените их в нескольких растровых функциях, собранных в один шаблон растровой функции. В итоге вы сравните итоговый слой подверженности оползням со слоем извлеченных зданий, чтобы определить структуры с наибольшим риском.
Открытие веб-карты и изучение слоев анализа
Чтобы проанализировать подверженность оползням, вы используете четыре растровых слоя. Каждый из них представляет по одному главному фактору в оценке подверженности оползням:
- Тип почв (Soil type) — области с определенными типами глины в почве подвержены более высокому риску оползней.
- Высоты (Elevation) — области с более крутыми склонами подвержены более высокому риску.
- Расстояния от рек (Distance from rivers) — области, расположенные ближе к рекам, подвержены более высокому риску.
- Землепользование (Land use) — области с дорогами, зданиями и искусственно озелененными участками подвергаются более высокому риску; лесные массивы подвержены меньшему риску.
Сейчас вы изучите четыре растровых слоя, которые собраны для вас на опубликованной веб-карте. Сначала вы откроете карту.
- На новой вкладке веб-браузера откройте страницу информации об элементе для веб-карты Grenada landslide analysis.
- На странице информации об элементе, если необходимо, выполните вход под учетной записью организации ArcGIS.
- Щелкните Открыть в Map Viewer.
На открывшейся веб-карте вы увидите остров Гренада. Сейчас, кроме топографической базовой карты, на ней не отображаются другие слои, так как они выключены.
Эта карта размещена в другой организации ArcGIS Online и не принадлежит вам. Перед тем, как продолжить анализ, вы сохраните копию веб-карты в вашей учетной записи.
- На панели инструментов Содержание (темная) щелкните Сохранить и открыть и выберите Сохранить как.
- В окне Сохранить карту примите значения по умолчанию и щелкните Сохранить.
Карта, которую вы видите теперь, это ваша собственная копия, сохраненная в вашей учетной записи ArcGIS Online. Сейчас вы изучите четыре растровых слоя, представляющих важные факторы риска оползней.
- На панели инструментов Содержание щелкните Слои.
- На панели Слои рядом с Land use включите кнопку Видимость.
Слой появится на карте.
- На панели инструментов Содержание щелкните Легенда.
Появится легенда для слоя Land use.
Подсказка:
Панель Легенда показывает только информацию легенды для слоев, которые в настоящее время видны на карте.
- Изучите слой Land use на карте и его легенду на панели Содержание. Масштабируйте и перемещайте карту, чтобы лучше понять информацию, содержащуюся в слое.
- Когда закончите изучение на панели Содержание щелкните Слои.
- Выключите видимость Land use и включите видимость для Distance to rivers.
- Изучите слой Distance to rivers. Аналогично, изучите слои Elevation и Soil types, обращаясь, при необходимости, к их легенде.
Примечание:
Значения Distance to rivers выражаются в метрах и показывают расстояние до ближайшей реки.
Значения Elevation также выражаются в метрах и указывают высот над уровнем моря.
Четыре растровых слоя: (A) Землепользование, (B) Расстояние до рек, (C) Высоты, (D) Типы почв.
Далее вы примените эти слои в качестве входных данных для анализа подверженности оползням.
Создание слоя подверженности при помощи шаблона растровой функции
Вы выполните анализ подверженности, используя эти четыре растровых слоя в качестве входных. Вы примените к ним несколько растровых функций, собранных (или соединенных) вместе в одном шаблоне растровой функции (RFT). Вы примените уже существующий RFT, опубликованный на ArcGIS Online. Сначала вы найдете шаблон и изучите его содержание.
- На панели инструментов Настройки щелкните Анализ.
- На панели Анализ щелкните Функции растра.
Примечание:
Если вы не видите Функция растра на панели Инструменты, у вас может не быть типа пользователя (Professional или Professional Plus) или прав на размещение изображений и анализ.
- Вверху панели Функции растра щелкните Открыть шаблон функции растра.
- В окне Поиск шаблонов функций растра щелкните Мои ресурсы и выберите ArcGIS Online.
Вы выполните поиск интересующего вас RFT в ArcGIS Online.
- В строке поиска введите Landslide Susceptibility Grenada owner:Learn_ArcGIS. В списке результатов для Landslide Susceptibility Grenada щелкните Подробнее.
Появится боковая панель, показывающая подробную информацию о шаблоне.
- Внизу боковой панели щелкните Просмотр подробной информации.
В новой вкладке вашего веб-браузера откроется страница элемента для этого шаблона.
- На странице информации об элементе, если необходимо, выполните вход под учетной записью организации ArcGIS.
Чтобы просмотреть содержание шаблона растровой функции, вы откроете его в редакторе функций растра.
- Щелкните Открыть в Редакторе функций растра.
Через несколько секунд в окне Редактор функций растра появится шаблон, показывающий все содержащиеся в нем элементы, соединенные в цепочку.
Четыре зеленых элемента в шаблоне представляют четыре входных растра, которые вы должны предоставить при запуске шаблона. Каждый желтый элемент представляет функцию растра. Процесс происходит следующим образом:
- Сначала некоторые растры предварительно обрабатываются, например, растр Elevation преобразуется в растр уклонов, где каждая ячейка идентифицирует крутизну ландшафта в конкретном его местоположении (функция Slope (Уклон)).
- Каждый растр обрабатывается так, чтобы исходное значение каждой ячейки преобразовалось в значение от 1 до 10, где 10 представляет наивысший риск оползня, а 1 - самый низкий (функции Remap (Перекодировка) или Calculator (Калькулятор)).
- Четыре итоговых слоя затем объединяются (Weighted Sum (Взвешенная сумма)) и преобразуются в выходной растр, где каждая ячейка содержит значение от 1 до 5, представляющее общую оценку подверженности оползням (Remap: Classify Results Перекодировка: Классифицировать результаты).
- И наконец, к числовым значениям от 1 до 5 прикрепляются подписи, представляющие 5 классов риска (Очень низкий, Невысокий, Умеренный, Высокий, Очень высокий — Very Low, Low, Moderate, High, Very High), и назначаются символы с подходящей цветовой шкалой (Таблица атрибутов).
- Дополнительно дважды щелкните на некоторых растровых функциях в шаблоне растровой функции, чтобы увидеть, как они настроены.
Примечание:
Дополнительно можно щелкнуть кнопку Сохранить как, чтобы создать собственную копию этого RFT и изменять его в редакторе растровых функций. Но в этом руководстве вы сначала примените существующий шаблон к вашим данным, не изменяя его.
- Когда закончите просмотр, переключитесь обратно на вкладку веб-браузера, содержащую веб-карту Grenada landslide analysis с окном Поиск шаблонов функций растра.
Теперь вы примените RFT к вашим данным.
- В окне Поиск шаблонов функций растра выберите Landslide Susceptibility Grenada и нажмите Подтвердить.
Через какое-то время шаблон растровой функции появится в виде инструмента сбоку от карты, со списком необходимых параметров.
- На панели Landslide Susceptibility Grenada выберите следующие значения входных параметров:
- Для Distance to Rivers выберите Distance to rivers.
- Для Land Use выберите Land use.
- Для Elevation выберите Elevation.
- Для Soil Types выберите Soil types.
- В разделе Слой результата для Выходное имя введите Landslide susceptibility и добавьте свои инициалы.
- В Тип результата проверьте, что задано Веб-слой изображений листов.
- Щелкните Оценить кредиты.
Через несколько секунд появится количество кредитов - цена запуска инструмента с вашими данными: 1.46.
- Щелкните Запустить.
Через 3-4 минуты появится слой результатов.
- На панели Слои проверьте, что Видимость всех слоев выключена, кроме слоя результатов Landslide susceptibility.
- На панели инструментов Содержание щелкните Легенда, чтобы просмотреть цветные символы для пяти классов Landslide susceptibility.
- Масштабируйте и перемещайте карту, чтобы изучить слой результатов.
Красные участки наиболее подвержены оползням, а зеленые - наименее.
В этом разделе вы изучили шаблон растровой функции и запустили его, чтобы создать растровый слой подверженности оползням.
Добавление контуров зданий и сравнение слоев
Теперь проведете визуальное сравнение контуров зданий, которые вы получили ранее, со слоем подверженности рискам, с целью определения структур в зоне риска. Сначала вы добавите на текущую карту слой контуров зданий.
- При необходимости щелкните Слои на панели Содержание. На панели Слои щёлкните Добавить.
- На панели Добавить слой проверьте, что выбрано Мои ресурсы, и найдите в списке Grenada_buildings. Для слоя Grenada_buildings щелкните Добавить.
Слой появится на карте. Можете приблизить его, чтобы лучше его видеть.
- Рядом с Добавить слой щелкните кнопку, чтобы вернуться к панели Слои.
- Для слоя Grenada_buildings нажмите кнопку Опции и выберите Приблизить к.
Карта приблизится к области со зданиями, извлеченными вами при помощи модели глубокого обучения.
Примечание:
Для краткости руководства, вы извлекли контуры зданий только для части острова. В реальной ситуации, возможно, вместо этого вы выбрали бы извлечение контуров зданий для всего острова.
- Масштабируйте и перемещайте карту, чтобы найти здания, находящиеся в зонах высокого риска (красных или оранжевых).
Похоже, что большинство зданий на Гренаде находятся в областях низкого риска. Однако некоторые здания находятся в зонах высокого риска (оранжевый). Теперь вы сохраните свою карту.
- На панели инструментов Содержание щелкните Сохранить и открыть и выберите Сохранить.
В качестве возможных следующих шагов, на панели инструментов Содержание можно нажать Опубликовать карту и поделиться ей с вашими коллегами и сообществом. Вы также можете получить в любое время слои - результаты анализа, выполнив вход в учетную запись организации ArcGIS и нажав Содержание. Вы можете повторно использовать эти слои множеством способов.
Примечание:
Например, их можно показать в 3D веб-сцене. Обратите внимание, что на этом примере сцены здания отображаются как 3D-объекты благодаря тому, что к 2D контурам зданий применено вытягивание на высоту 10 метров. Более подробно о рабочих процессах в 3D-сцене можно узнать в руководстве Создание сцены.
В этом руководстве вы использовали снимки и другие типы растровых данных для изучения структур, находящихся в зоне риска оползней острова Гренада. Сначала вы выгрузили 16 изображений в формате TIFF в ArcGIS Online и собрали их вместе в слой изображений листов. Затем вы получили доступ к обученной модели глубокого обучения в ArcGIS Living Atlas и применили ее для извлечения контуров зданий из слоя снимков. Далее вы применили шаблон функции растра, чтобы выполнить анализ растра и классифицировать ландшафт в соответствии с подверженностью оползням. В итоге вы сравнили слой подверженности оползням и извлеченные контуры зданий для визуализации структур в зонах риска. Итоговую веб-карту теперь можно опубликовать для ваших коллег и сообщества.
Вы можете найти больше учебных пособий в галерее учебных пособий.
