Развитие методов и технологий картографии, геоинформатики и аэрокосмического зондирования в исследованиях природы и общества (ГЗ)НИР

Development of methods and technologies of cartography, geoinformatics and aerospace sensing in the research of nature and society

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Развитие методов и технологий картографии, геоинформатики и аэрокосмического зондирования в исследованиях природы и общества (ГЗ)
Результаты этапа: Подтема 1. Теория и методология географической картографии и геоинформатики Собраны и адаптированы для ГИС существующие формулы перспективно-цилиндрических проекций, выведены недостающие. Перспективно-цилиндрические проекции сферы дополнены переходом от поверхности эллипсоида вращения к сфере. Выявлены проблемы и выработан общий алгоритм интеграции данных о небесных телах в ГИС. Описаны рекомендации, которым следует придерживаться для минимизации совершаемых ошибок. Подтема 2. Тематическое картографирование природных, социально-экономических и геоэкологических систем Проведена доработка геоботанической и почвенной карт части охотоморского побережья Алёхинского участка заповедника ""Курильский"" и подготовка их к публикации. Осуществлена предварительная обработка данных для составления геоботанической и почвенной карт долины реки Андреевка и междуречья рек Саратовская и Тятина (остров Кунашир). Созданы серии карт для атласа ДНК-маркеров, контролирующих цвет глаз и волос человека, на основе новой панели полиморфных маркеров для российских популяций. Проведено картографирование результатов полевых исследований торфяных залежей в 44 болотах в трех районах, расположенных в центральной части Европейской России в пределах ландшафтного пояса Полесья. Составлены фотокарты поверхности Фобоса в поперечной азимутальной проекции, на которых с помощью горизонталей показаны высоты относительно референц-поверхности трёхосного эллипсоида. Выбранные проекции хорошо передают «короткую» и «длинную» стороны небесного тела по сравнению с проекциями сферы, где все полушария выглядят одинаково. Азимутальные проекции, сохраняющие длины вдоль меридианов, являются компромиссным вариантом между равноугольными и равновеликими проекциями. Выполнено геоинформационное картографирование состояния объектов культурного наследия Ивановской области. Чудского озера подготовлена серия картографических моделей продуктивности промысловых видов рыб, обеспеченных за последние 20-25 лет режимными (по сезонам года: весна, лето, осень), натурными измерениями, а также данными о термических особенностях, водности озер и в отдельных случаях их гидрохимическими параметрами. При этом были проведены некоторые уточнения методики моделирования, разработанной ранее для Псковского озера. В частности по космическим снимкам определена специфика спектральных образов участков акваторий Чудского озера, где в различные сезоны года наблюдаются повышенные значения продуктивности отдельных промысловых видов рыб. К сожалению, некоторые структурные изменения в ГосНИОРХ не позволили опробовать разработанную методику для северных озер ЕТР, для которых характерны другие особенности динамики водных масс Подтема 3. Геоинформационные методы исследования и моделирования геосистем Продолжены методические и закончены практические работы по прогнозированию природных пожаров на территории России по пространственным данным, получены предварительные результаты, сделаны выводы. Проведены работы по сбору и интерпретации полевых данных сверхвысокого пространственного разрешения для тематического картографирования на научно-экспедиционной базе ТИГ ДВО РАН ""Смычка"", восточном побережье Чудского озера, озере Байкал, заповеднике ""Белогорье"". Продолжены работы по разработке структуры базы данных для работы научного отдела заповедника ""Белогорье. Проведен анализ существующих данных пространственно-временной реконструкции морфодинамики берегов Белого моря в позднеледниковье-голоцене, полученных в результате полевых исследований. Выделены сущности для определения и создания таблиц классификаторов. Разработаны таблицы классификаторы. Начато наполнение базы данных фактическими данными. Разработана серия скриптов на языке Python, которая делится на 4 группы, в скобках указаны использованные библиотеки: 1) загрузка сообщений из RSS-каналов; 2) загрузка разделов веб-сайтов (библиотеки requests, selenium); 3) организация хранения полученных сообщений и результатов анализа (psycopg2); 4) синтаксический разбор полученных текстов и извлечение географической информации (beautifulsoup4, nltk); 5) геокодирование (geopy); 6) уточнение местоположения по дополнительным источникам (requests, (beautifulsoup4, nltk, geopy); 7) визуализация результатов (geopandas, folium). Как результат, разработанные решения позволяют загружать информационные сообщения, извлекать географические названия и отмечать их на дежурной карте, которая сохраняется в формате html-страницы. И может быть размещена на сервере (на уровне факультета решаются технические вопросы публикации генерируемой веб-страницы, что выходит на рамки научного исследования). Предложен показатель электросетевой центральности, учитывающий особенности электрических сетей. Изучены возможности задачи сетевого анализа Closest Facility, а также подготовлено обзорное исследование методов пространственного синтаксиса для изучения городов. Предложена структура базы данных для хранения пространственно-временных электросетевых данных, разработан картографический веб-сервис. Реализована модификация алгоритма создания ЦМР по изолиниям и данным в точках и построены различные варианты ЦМР дна южной части Онежского озера. Анализ построенных моделей позволил выявить некоторые недостатки алгоритма, требующие его дальнейшего усовершенствования. Разработан предварительный вариант алгоритма выделения потенциальных водотоков на основе ЦМ водосборной площади. Тестирование алгоритма на ряде моделей показало его перспективность для получения более реалистичной картины водотоков (включая ветвление русел), чем с помощью имеющихся на данный момент алгоритмов. В программе GeneGeo реализован пакетный режим создания цифровых моделей частот генетических признаков (сразу для всех, имеющихся в таблице исходных данных) и соответствующих карт. Проанализированы данные полевых исследований 2021 г. по производственному экологическому мониторингу и контролю на территории Салмановского (Утреннего) НГКМ, проведена оценка экологического состояния территории месторождения по результатам опробования компонентов природной среды, ДДЗ и съемки с БПЛА. Проведено картографирование результатов полевых исследований фонового состояния компонентов природной среды в переделах Центрально-Пограничного лицензионного участка недр федерального значения в Охотском море для обоснования намечаемой деятельности по геологическому изучению недр и оценке возможного воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду. За отчетный год отснят и обработан массив полевых материалов, полученных при исследовании памятников историко-культурного наследия (с.Ремонтное, Ростовская обл.), построены цифровые модели рельефа и ортомозаики изучаемых территорий. Принимала участие в Крымской экспедиции с целью изучения и мониторинга динамики оползневых склонов берегов Севастопольского региона. Проведено крупномасштабное зондирование территории с применением ГНСС и БПЛА, создана цифровая модель рельефа и ортомозайка территории. Выполнен семантический анализ текстовых сообщений из лент новостей наиболее популярных интернет-ресурсов СМИ, выявлены типичные для новостных сообщений упоминания географических объектов (как правило, населенный пункт, страна, регион, море), а также локаторы местоположения (к северу, на восток и т.д.). Информация в СМИ пригодна для автоматизированного разбора и внесения в базу пространственных данных, а фактически и на цифровую карту, так как однозначно локализует событие, объект или явление. Однако такая локализация чаще всего площадная даже для мелкомасштабного картографирования, что требует дальнейших исследований в направлении поиска новостных сообщений об этом же событии, но с большей географической детальностью. Разработка геопортала выполнена с использованием стека технологий, который включает средства извлечения информации из баз пространственных данных, их подготовки и визуализации на основе языков программирования Python и Java Script, а также языка запросов SQL в СУБД Postgre. На данном этапе исследований ведущим фактором при выборе оформления слоев на геопортале является ""заметность"" автоматически найденных и опубликованных объектов по сравнению с географической основой. Это выражается, в том числе, в выборе наиболее контрастных цветов и перемещением фокуса изображения на поставленный объект. Для решения задач пространственной привязки семантических данных выполнен анализ различных источников информации и проведена их классификация по частоте обновления информации, встречаемости (обязательности) географической информации в сообщении, характеру представления географической информации в сообщении. Выявлено, что типичным географическим локатором является упоминание населенного пункта, региона и страны, дополнительно используют указатели направления по сторонам света. Выполнена работа по исследованию безопасности на железных дорогах России. Подготовлена классификация чрезвычайных происшествий, сформированных в базе данных. Осуществлен перевод инцидентов, выраженных в тарифном расстоянии, в действительные географические координаты с использованием построенного графа железных дорог, на основе данных OSM. Это является основой для создания в будущем информационной системы по представлению и визуализации происшествий на сети железных дорог. Реализован алгоритм генерализации графа железнодорожной сети для оптимизации вычислений, связанных с решением транспортных и логистических задач на региональном и национальном уровне. Подготовлена статья по материалам исследования. Проведено исследование структуры общего образования мегаполиса на примере г. Москвы, разработаны принципы создания базы данных общеобразовательных учреждений, на их основе создана информационно-картографическая система. Систематизированы существующие на данный момент методики построения дискретных глобальных сеточных систем (ДГСС). Разработаны общие принципы построения автоматизированной системы алгебры карт и генерализации на основе гексагональных моделей. Выявлена корреляция между плотностью пространственных данных и ландшафтной структурой местности. Разработана модель предсказания плотности пространственных данных на основе соотношения типов земельного покрова и морфометрических характеристик ландшафта. В репозитории GitHub опубликованы дополнительные модули QGIS для целей генерализации ЦМР, конфляции ЦМР и гидрографии, а также восстановления ЦМР по данным топографических карт. Зарегистрирована: База данных «очаги опасных природных процессов в горных районах». Проведен геоинформационный анализ структуры и социально-экономических функций университетских кампусов с выявлением географических факторов в размещении кампусов; создана база пространственных данных, отражающая пространственные, структурные и функциональные особенности университетских кампусов, входящих в мировые академические рейтинги. Анализ позволил выявить 6 исторических этапов формирования кампусов, соответствующие исторической периодизации, темам расселения и освоения новых территорий. Продолжены исследования естественных оползневых склонов на территории Сатинского учебно-научного полигона, ведущиеся с 2017 г. с использованием ГНСС и БЛА, а также наземного лазерного сканирования и геодезических измерений. Проведен мониторинг состояния морфологии оползня около д. Беницы на основе натурных наблюдений анализа цифровой модели рельефа, различных производных моделей участка, 3D модели оползня и ортофотоснимка. Составлена геоморфологическая схема оползня, показывающая, что оползание захватило фрагмент крутого склона долины р. Протвы около 8 м относительной высоты. Ширина фрагмента участка достигает 10-12 м. Проведено дистанционное зондирование оползневого склона и прибрежной полосы абразионного берега Крыма в пределах г. Севастополя. Собраны материалы и исследованы возможности построения батиметрических карт прибрежной полосы исследуемого участка с использованием ГНСС и БЛА. Опробована методика съёмки местности с помощью БПЛА, оснащённого высокоточным ГНСС-приёмником, в условиях отсутствия наземной опорной сети. Изучены возможности и ограничения этого подхода для природных ландшафтов с разным характером растительного покрова. Созданы детальные ЦМР экспериментальных участков для оценки точности фрагментов глобальных наборов высотных данных. Для созданных ЦМР обеспечена точная геодезическая привязка. Выполнены предварительные оценки взаимного соответствия детальных ЦМР и фрагментов глобальных наборов высотных данных Подтема 4. Исследования изменений природной среды и общества на основе методов аэрокосмического зондирования Развитие методов и технологий аэрокосмического зондирования в исследованиях природных и антропогенных объектов на примере различных регионов России основано на использовании материалов разновременных съемок в видимом, инфракрасном и радиодиапазоне, полученных с БПЛА, аэро- и космических носителей. Выполнены эсперименты по использованию интерферометрической когерентности, рассчитанной по разносезонным данным Sentinel-1, которые показали возможность определения свойств поверхности для картографирования труднодоступных и слабоизученных участков арктических островов. Проведен предварительный анализ возможностей оценки характеристик снежного покрова по радиолокационным изображениям, показавший, что для разработки методики расчета параметров снежного покрова необходим большой массив наземных измерений глубины и влажности снега. Выполнено исследование возможностей применения данных Sentinel-1 для оценки сезонного протаивания грунта. Установлено, что для таких районов как восточная Чукотка, точность определения глубины слоя протаивания на основе метода дифференциальной интерферометрии по данным Sentinel-1 недостаточна. Исследована загрязненность снежного покрова Мурманска, Воркуты и Норильска за последние 5 лет. Выполнен предварительный анализ возможностей применения интерферометрических данных Radarsat-2 для оценки сезонной динамики городских и природных территорий на примере Ленинградской области. Проведено исследование возможности использования многовременных полнополяризованных радиолокационных данных ALOS-2 PALSAR для оценки запасов древесины и высот деревьев для лесов центральной Якутии. Показано, что связь с высотами деревьев и запасами древесины, предварительно рассчитанными по данным наземных исследований, а также снимкам с Sentinel-2 (MSI) и с БПЛА невысока, предположительно из-за сильной разреженности лесов. По снимкам сверхвысокого разрешения определена сомкнутость древостоя на эталонных участках лесов центральной Якутии. Выявлено, что в сравнении с контрольными значениями, полученными по БПЛА и полевым наблюдениям, сомкнутость для сосновых и березовых лесов завышена, для лиственничников – близка к контрольным значениям. Выполнен сбор и предварительная обработка данных Sentinel-1 за 2016-2021 гг.. Оценка их применимости для изучения состояния разновозрастных гарей, показала возможность исследования восстановления растительности на гарях возраста 1-7 лет. Разработана и опробована на примере района в дельте Волги методика совместного применения разносезонных тепловых и радиолокационных данных, позволившая выделить на неиспользуемых пахотных землях участки с разной степенью деградации. Выполнен обзор исследований изменения состояния растительности Норильского промышленного района в конце XIX – начале XX века, а также анализ динамики северных лесов в районе Норильска с 1985 г. в контексте влияния климата и техногенного воздействия. В ходе и по результатам комплексной экспедиции по исследованию современного состояния и динамики растительности Норильско-Пясинской водной системы и Норильского промышленного региона выполнена и обработана перспективная аэрофотосъемка местности, составлен электронный каталог аэрофотоснимков, созданы обучающие выборки для классификации космических снимков Sentinel-2 на исследуемую территорию. Разработана методика спектральной декомпозиции снимков GLAD Landsat ARD и составлена схема дешифрирования карликовой березки и ольхи в тундровой зоне Западной Сибири. Схема использована для валидации положения южной границы арктических тундр и южной границы типичных тундр, полученных как среднее положение границ ареалов видов-индикаторов. Исследованы возможности использования разновременных снимков разного разрешения при изучении динамики северных рек. Проведены эксперименты со снимками разного разрешения на пиксельном уровне и показано повышение точности результатов за счет привлечения современных снимков высокого разрешения. Выполнено исследование динамики дельты Северной Двины в конце XIX – начале XX века на основе компьютерной обработки разновременных космических снимков со спутников KeyHole 1977 г., Sentinel 2020 г. и данных гидрометеорологических постов с привлечением снимков Landsat 7 и топографических карт разных лет. Определены доверительные интервалы полученных изменений положения береговой линии с учетом ошибок обработки снимков и дешифрирования. Для оценки выявленных изменений положения береговой линии приливной дельты предложена и апробирована методика использования космических снимков меженного периода, соответствующих разным фазам приливно-отливных колебаний уровня воды. Впервые составлена карта динамики дельты, показавшая, что наряду с традиционными для этой дельты процессами ее нарастания при потеплении климата проявились процессы размыва вдоль морского края дельты со стороны Двинского залива. Изучено влияние климатогенной динамики растительности и таяния мерзлоты на расходы воды в арктических водосборах на северо-западе Аляски. Установлено, что в водосборах с интенсивным таянием мерзлоты и большими лесопокрытыми площадями расход воды существенно уменьшается за счет потерь на инфильтрацию и транспирацию древесной растительности. Показано, что уменьшение расходов воды в малых реках существенно меняет геохимический состав воды и имеет последствия для биоразнообразия. Карты ландшафтно-морфологической структуры Анапской пересыпи, составленные в 2012-2019 гг. по аэрокосмическим снимкам и полевым материалам, приведены к единой системе условных обозначений и подготовлены к изданию, подана заявка на издательский грант РГО. Выполнено картографирование динамики дюнного рельефа ключевых участков пересыпи по данным разновременного воздушного лазерного сканирования и беспилотной аэрофотосъёмки. Обработаны материалы космической стереосъемки Эльбруса 2017 г. Определены параметры современного состояния оледенения Эльбруса и его динамики за 2007-2017 гг. по результатам сравнения разновременных космических стереосъемок. Составлен обзор научных исследований по состоянию водных экосистем республик Средней Азии по космическим снимкам. По линии работы Геопортала МГУ организована закупка и ввод в эксплуатацию оборудования, программного обеспечения и материалов космической съемки по программе развития МГУ. Проведен конкурс на использование материалов космической съемки в научных исследованиях. Проведены полевые работы с использованием закупленного оборудования. Введены практические занятия по работе с приемной станцией, специализированными сервисами (морской, лесной, сельскохозяйственный). Проведено успешное тестирование полученного по линии Геопортала МГУ портативного многоканального спектрометра в лабораторных и полевых условиях в ходе полевой практики студентов-картографов. Проведены обучающие мероприятия для студентов по использованию данных дистанционного зондирования Геопортала МГУ (автоматическая обработка космических данных, обработка данных БПЛА), а также обучение работе с оборудованием для исследования спектрального образа объектов с дальнейшей обработке полученных результатов. Организован доступ к ресурсам Геопортала для перспективных научных исследований по рассматриваемым заявкам. Проведена инвентаризация оборудования и программного обеспечения Геопортала МГУ. Выявлен рост интенсивности поверхностных островов тепла изучаемых городов Москвы, Санкт-Петербурга, Астаны. Наибольший вклад в формирование поверхностных островов вносят территории промышленных зон и плотная жилая застройка с малым количеством зелёных насаждений, однако в случае Астаны их преимущественное влияние проявляется гораздо слабее. Участок в Кузнецком Алатау показал репрезентативные результаты дешифрирования тепловых космических снимков. Наиболее уверенно распознаются лиственничные и березово-лиственничные леса (до 70% площади правильно дешифрированных контуров), пихтовые и березово-пихтовые леса (56%), ерниковые и мохово-лишайниковые тундры (49%), степная растительность (45%). Изучены особенности данных дистанционного зондирования высокого разрешения в оптическом и радиодиапазоне для изучения динамики пожаров в в полупустынях Казахстана и Калмыкии. Подтема 5. Развитие университетского образования в области картографии, геоинформатики и аэрокосмических методов По курсу "Интернет технологии в картографии" разработаны 7 упражнений по HTML\CSS. Завершены регистрацией электронного издания редакционные, оформительские и организационные работы по подготовке электронного учебника Е.А.Балдиной и И.А.Лабутиной "Дешифрирование аэрокосмических снимков". Учебник издан. Разработан учебный курс «Трехмерное геомоделирование» для магистратуры кафедры картографии и геоинформатики. Лекции и компьютерный практикум по курсу «Виртуальное геомоделирование» для студентов факультета космических исследований МГУ. Проведено 8 дистанционных семинаров для студентов и молодых ученых МГУ и Кембриджского университета по обработке космических снимков, в том числе радиолокационных изображений в целях изучения состояния гарей; а также один дистанционный семинар для студентов университета Хоккайдо по обработке радиолокационных снимков. Обновлено содержание лекций и практических занятий по курсам: «Космическое картографирование» для магистров факультета космических исследований; «Космическое картографирование» для магистров кафедры картографии и геоинформатики географического факультета; «Данные радиолокационного зондирования для географического картографирования» для магистров кафедры картографии и геоинформатики географического факультета; «Космические методы геоэкологических исследований» с введением элементов обучения Google Earth Engine для магистров кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета; «Дешифрирование аэрокосмических снимков» для бакалавров кафедры картографии и геоинформатики; «Фонд космических снимков» для бакалавров кафедры картографии и геоинформатики. Проведенны занятия по «Цифровой фотографии» на общегеографической практике студентов 1 курса в Сатино.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Развитие методов и технологий картографии, геоинформатики и аэрокосмического зондирования в исследованиях природы и общества (ГЗ)
Результаты этапа: Подтема 1. Теория и методология географической картографии и геоинформатики Для определения вертикальной координаты в равновеликой цилиндрической проекции получены оригинальные формулы, позволяющие представить соответствующий интеграл в элементарных функциях. Определение вертикальной координаты в проекции, сохраняющей угол между меридианом и параллелью, сведено к вычислению эллиптических интегралов первого, второго и третьего рода. Подтема 2. Тематическое картографирование природных, социально-экономических и геоэкологических систем Создан ряд карт и атласов, связанных с тематикой популяционной генетики и геногеографии, в том числе для целей развития персонализированной медицины и применения в криминалистике. В программу GeneGeo добавлен ряд новых опций и картографических основ. Составлена карта исторических этапов возникновения и развития университетских кампусов (6 периодов), входящих в мировые академические рейтинги. Проанализированы данные полевых исследований 2022 г. по производственному экологическому мониторингу и контролю на территории Салмановского (Утреннего) НГКМ, проведена оценка экологического состояния территории месторождения по результатам полевого обследования, лабораторного анализа проб компонентов природной среды и ДДЗ. Проведено картографирование результатов мониторинга состояния компонентов природной среды по данным полевых исследований (создано более 400 карт) в пределах лицензионных участков Баренцева, Карского и Охотского морей, Байдарацкой и Тазовской губы для организации эффективной системы локального экологического мониторинга акваторий. Проведено картографирование ареалов древесной растительности в районе плато Путорана для реконструкции естественной динамики окружающей среды, лесных пожаров и изменений растительности на северо-западной части плато. Построен глобус Фобоса в форме трёхосного эллипсоида, на который поочередно нанесена актуализированная фотомозаика поверхности высокого разрешения и гипсометрия. Разработан универсальный алгоритм, который позволяет воссоздать реальную фигуру небесного тела без привлечения высоких вычислительных мощностей. Для астероида (101955) Бенну составлены гипсометрическая карта, карта уклонов поверхности, фотокарта альбедо и фотокарта метеоритных кратеров в проекции трёхосного эллипсоида Бугаевского. Составлена серия из 38 карт, характеризующих продуктивность основных промысловых видов рыб за весенний, летний и осенний периоды в акваториях Псковского и российского сектора Чудского озер. Картографические модели подготовлены для трех лет наиболее отличных по водности. Также составлены карты температур у поверхности воды по сезонам года и интерактивные графики изменчивости абсолютных высот водной поверхности. Прошла апробацию стандартная методика картографического моделирования продуктивности ихтиофауны рассмотренных озер, позволившая устанавливать сезонные участки скопления нескольких видов рыб, имеющих наиболее значимую для организации рыболовства продуктивность. Для отдельных видов рыб выявлены некоторые закономерности сезонных миграций, связанные с особенностями хозяйственной деятельности в бассейнах рек, питающих эти озёра. Разработан картографический веб-сервис «Эволюция магистральных электрических сетей России» (https://powerlines.one/ru/). Проведены исследования велотранспортной инфраструктуры в Юго-Западном АО г. Москвы. Систематизированные данные (статистические и городских обследований) послужили основой для создания карт, продемонстрировавших возможности ее картографирования. Создана теоретическая основа для разработки картографического обеспечения велотранспортной инфраструктуры в ЮЗАО г.Москвы. Создано 7 карт для Атласа культурно-исторического наследия Республики Дагестан. Составлены почвенные и геоботанические карты масштабов 1:10 000 - 1:25 000 для 2 ключевых участков на территории Курильского заповедника и его охранной зоны. Подготовлена крупномасштабная карта историко-культурного наследия г. Юрьевца, включая бумажный вариант. Карта передана в ГБУ «Музеи г. Юрьевца». Выполнено составление батиметрических карт внутренних водоёмов и прибрежной полосы морей, накоплен значительный фактический материал (находится в режиме обработки и анализа). Подтема 3. Геоинформационные методы исследования и моделирования геосистем Выполнен предварительный анализ точности глобальной цифровой модели рельефа AW3D на материалах Горного Алтая, в ходе работ был выявлен систематический сдвиг и наклон полученного фрагмента относительно референсной модели. Проведён обзор методик устранения растительности с ЦМР, изученные методики не позволяют добиться приемлемых результатов, обработанные ЦМР характеризуются большим числом артефактов, не устранимых аналитически. Получены новые наборы данных о высотах местности на Сатинский учебный полигон и окрестности Беломорской биологической станции МГУ; эти наборы будут использоваться в качестве исходных данных в будущих исследованиях точности и достоверности ЦМР. Полностью оцифрованы данные навигационных карт с дополнительными изобатами на всю акваторию Онежского озера. Разработана новая версия алгоритма создания ЦМР по изолинейным и точечным данным, ориентированного на данные с навигационных карт. Реализована первая версия алгоритма автоматического выделения сети потенциальных водотоков по цифровым моделям водосборной площади, позволяющего при надлежащем качестве модели воссоздавать ветвление русел. Создан и апробирован в ГИС Аксиома модуль, позволивший реализовать системы координат трёхосного эллипсоида в цилиндрической проекции, сохраняющей длины вдоль меридианов, с учётом выбранного типа широт. Предложена методика оценки целостности данных в пространственно-временной базе данных по электрическим сетям и дана оценка точности результатов моделирования по сравнению с официальными данными. Проведено исследование взаимосвязи показателей теории графов и пространственного синтаксиса для улично-дорожной сети нескольких городов России с показателями городской активности. Изучены изменения транспортной доступности в Москве за последние 10 лет с учетом неоднородности размещения населения и транспортных сетевых моделей наземного и подземного городского общественного транспорта. Выполнена серия экспериментов в автоматическому сбору информации с веб-ресурсов и ее структурированию в пригодный для картографирования вид. Создана серия скриптов на языке Python, которое позволили обработать данные о морских портах мира, размещенные на ресурсе searates.com. Скрипт позволил автоматически выполнить фильтрацию всех морских портов, выбрать нужные (например, с наличием нефтеналивного терминала), собрать информацию о них в атрибутивную таблицу и нанести на новую карту, которая адаптирована для размещения в сети интернет. Скрипты, помимо создания и публикации карты позволяют выполнять обновление авторской карты. Технология веб-публикации выбрана, проводятся работы по размещению физическому размещению выполненных приложений на сервере. Разработана методика генерализации железных дорог с использованием семантической информации, топоморфологической структуры и представления транспортной сети в виде графа. Суть данной методики заключается в отборе элементов транспортной сети с использованием упрощенной топологической модели (графа). Для этого исследованы и разработаны алгоритмы построения и генерализации графа железных дорог на основе данных OpenStreetMap, определены уровни детализации железнодорожной сети РФ. Произведена оценка качества генерализации на примере железнодорожной сети Северо-Западного федерального округа. Осуществлено конструирование графа железнодорожной сети РФ как пространственной цифровой основы для визуализации транспортных объектов и событий. Разработанная методика геоинформационного моделирования пожарной опасности была расширена до информационной системы прогнозного мониторинга пожарной опасности территории России на основе открытых современных технологий, обеспечивающих прием, тематическую обработку, хранение и визуализацию пространственных данных. Впервые предложена концептуальная модель структуры базы данных для научной работы ООПТ федерального уровня (заповедник) и выявлены проблемы, возникающие при формализации, интеграции разнородных и разновременных пространственных данных собираемых в ООПТ, в единую БПД, определены пути их решения. Введена в рабоче-тестовую эксплуатацию информационная система пространственно-временной реконструкции морфодинамики берегов Белого моря. В систему добавлены новые объекты, улучшено взаимодействием с конечным пользователем (анимация при изменении масштаба, выбор и фильтрация данных по различным показателям, показ графической информации ), подготовлен блок показа графической информации. Разработаны требования к исходным данным и структура БПД криолитозоны Российской Федерации, включающий набор данных с основой, набор данных с тематическими и сервисными слоями, подготовлен рабочий прототип БПД криолитозоны. Построены картосхемы информационной обеспеченности данными. Заложены и измерены 2 знака долговременных опорной учебной геодезической сети Сатинского учебного полигона, включены в каталог сети. Внесены в ГИС Сатино кадастровые изменения на полигоне. Продолжается мониторинг опасных природных процессов (оползни, плоскостная эрозия) на Сатинском полигоне и его окрестностях, в целях изучения их геодинамического развития, накоплен значительный фактический материал (находится в режиме обработки и анализа). Подтема 4. Исследования изменений природной среды и общества на основе методов аэрокосмического зондирования По Северной Двине составленная по снимкам 1977 и 2020 гг. карта динамики дельты показывает, что продолжается отмечавшееся и ранее нарастание островов морского края дельты, островов основных рукавов дельты, усыхание и исчезновение мелких водотоков. Но к этой долговременной тенденции преобладания аккумулятивных процессов добавились впервые зафиксированные процессы размыва мористых берегов на островах морского края дельты. При составлении карты выполнен отбор контуров в соответствии с определённой ранее точностью обработки снимков и масштабом создаваемой карты (1:125 000) и при необходимости осуществлён переход к внемасштабным обозначениям. По Норильскому промышленному региону в результате анализа и преобразования составленной карты современного состояния растительности, создана карта районов с различным проявлением промышленного воздействия на растительность; 36 районов объединены в 9 экспозиционных профилей. На основе анализа трансформации растительности на разном расстоянии и в разных направлениях от комбината выявлена последовательность замещения погибших лесов кустарниковой и кустарничковой тундрой, деградированной кустарничковой тундрой, техногенными травянистыми и каменистыми пустошами. Разработанный алгоритм объединения данных в тепловом и радиодиапазоне позволил выделить в пределах неиспользуемых пахотных земель дельты Волги участки, в разной степени подвергающиеся опустыниванию, и представить результаты в виде соответствующей карты. Разработано содержание и составлена карта ПТК арктического острова Визе, значимый источник информации для которой - разносезонные многовременные композиты с когерентностью, формируемые из интерферометрических радиолокационных данных. При совместном анализе разновременных детальных космических снимков выявлена динамика склоновых процессов в долине р.Гейзерной за 57 лет и разработаны фрагменты карты на проблемные участки долины; отдешифрированы объекты на участках Кроноцкого заповедника для экспертизы состояния природных комплексов до и после работ по ликвидации накопленного экологического ущерба. Разработано и проведено на полевой практике студентов-картографов по тематическому дешифрированию задание по использованию портативного многоканального спектрометра. По материалам ранее проведенной обработки космической стереосъемки КА Pleiades составлена карта современного (по состоянию на 2017 г.) оледенения Эльбруса и его динамики за предшествующее десятилетие. Карта включает в себя ортофотоизображение, изолинии рельефа поверхности оледенения и окружающей местности с сечением 10 м, границы современного оледенения и их изменение за 2007-2017 гг., отметки высот окончаний ледников. Предполагаемое исследование возможности применения ранее разработанного алгоритма поиска воронок газового выброса по материалам дистанционного зондирования фактически оказалось ограничено отсутствием возможности получения новых материалов дистанционного зондирования. Завершение данного исследования отложено до появления возможности получения необходимых материалов. Создана пространственная база данных Сатинского полигона на основе архивных снимков (за период с 1951 года по 1997 год): проведена коррекция снимков, их привязка, создание бесшовного покрытия. Определены категории использования земель; проведена векторизация дорог разного класса, оценка изменения их протяжённости. При изучении возможностей детектирования пожаров в аридных территориях предложена методика совместного использования данных в оптическом и радиодиапазоне на основе сегментации и машинного обучения. Проведена оценка вариабельности вегетационных индексов и индексов гари на месте степных пожаров по прошествии разного количества лет. Проведена работа по оценке запасов древесины и определению породного состава лесов центральной Якутии на основе радиолокационных и оптических данных. Оценка запасов древесины проводилась через регрессионный анализ зависимости между радиолокационными сигналами и запасами, вычисленных по данным БПЛА. Результаты демонстрируют, что длинноволновые данные ALOS-2 PALSAR-2 более чувствительны, чем коротковолновые Sentinel-1 SAR. Наиболее чувствительны сигналы, полученные при отрицательной температуре воздуха. Данные в С-диапазоне не показали хороших результатов. Классификация породного состава проводилась алгоритмом Random Forest. Для снимков ALOS-2 PALSAR-2 достоверность составила 87 %. Ценными признаками были когерентности для пар снимков за разные даты и объемное рассеяние. Наибольшее количество ошибок в классах лиственничного, березово-лиственничного и березового лесов. Для снимков Sentinel-1 SAR достоверность 55 %. Таким образом, длинноволновые полнополяризованные данные хорошо справляются с описанными задачами, а коротковолновые данные могут не подходить для них. Выполнен сравнительный анализ дешифровочных свойств РЛИ Sentinel-1 и Radarsat-2 на территорию Ленинградской области. Выполнен анализ применимости Sentinel-1 для выделения гарей в Калмыкии. Начата работа по оценке влияния условий выполнения съемки на возможности геолого-геоморфологического дешифрирования. Выявлено, что данные высокого пространственного разрешения в тепловом инфракрасном диапазоне со спутников серии Landsat малопригодны для оценки карантинного периода пандемии ввиду их ограниченного количества; данные съёмочной системы MODIS в тепловом инфракрасном диапазоне характеризуются низким пространственным разрешением при высокой частоте съёмки - что в целом говорит об ограниченной пригодности тепловых космических снимков для оценки влияния противоэпидемиологических мер. результате анализа поверхностного острова тепла Нижегородской агломерации за период экстремально высоких температур лета 2021 г. изменения основных характеристик поверхностного острова тепла не выявлено; разработаны методические приёмы совместного анализа тепловых и оптических космических снимков для оценки поверхностного острова тепла. За отчетный период обработан массив разновременных данных дистанционного зондирования снегомерных накоплений на экспериментальной площадке, построены производные модели территории (в т.ч. цифровые модели рельефа и ортомозаики). Проведен анализ полученных результатов. Выполнялась разработка методов интеграции данных о строении рельефа, полученных с ортофотоплана и наземной инструментальной съемки. Собрана БД материалов радиолокационной космической съемки на основе которой проведена серия экспериментов по изучению динамики рельефа различными методами дифференциальной интерферометрии. Систематизированы и обработаны материалы оптической мультиспектральной и гиперспектральной космической съемки, на основе которой разрабатываются методы дешифрирования загрязнения земной поверхности нефтепродуктами. Продолжены работы по изучению рельефа берегов и процессов формирования рельефа в криолитозоне. Продолжены работы по направлению точного земледелия связанные с изучением отражательной способности агроценозов в связи с развитием различных болезней растений и борьбе с ними. Продолжены работы по изучению динамики растительного покрова Кольского полуострова в условиях антропогенного воздействия. Подтема 5. Развитие университетского образования в области картографии, геоинформатики и аэрокосмических методов Обновлены практические работы по радиолокации в курсах «Данные радиолокационного зондирования для географического картографирования», «Основы дистанционного зондирования», «Цифровая фотограмметрия», «Трехмерное геомоделирование». В курсе «Сетевые геоинформационные технологии» обновлены презентации, добавлено и апробировано практическое занятие по настройке беспроводной точки доступа. Выполнено обновление материалов по курсам «Геоинформатика», «Программирование и анализ данных» и другим.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Развитие методов и технологий картографии, геоинформатики и аэрокосмического зондирования в исследованиях природы и общества (ГЗ)
Результаты этапа: По результатам исследований систематизированы возможности многогранных проекций трехосного эллипсоида для картографирования внеземных объектов сложной формы. Разработаны многочисленные базы данных и тематические карты на их основе: по заповеднику Белогорье, шахтерским моногородам, шельфу арктических морей, геногеографическим переменным, месторождениям нефти и газа (в том числена акваториях морей России), астероидам и спутникам планет, туристской инфраструктуре Новой Зеландии, рискам и происшествиям на железных дорогах, велотранспортной инфраструктуре ЮЗАО Москвы, ООПТ юго-восточного Прионежья, города Юрьевца (с целью реконструкции памятников культуры), продуктивности промысловых видов рыб для акваторий озер Псковско-Чудской системы. Разработаны новые методы исследования и моделирования геосистем, включающие прототип модели генерализации ЦМР на основе автокордировщика, анимационные преобразования картографических объектов виде точка—полигон и полигон—полигон, пространственный куб данных на акваторию арктических морей России, программная библиотека на языке С++ для выполнения гидрологического анализа и функций растровой алгебры включая методы гидрологического анализа, технология извлечения географической информации из телеграм-каналов и соцсети Weibo, программный инструмент создания сетевых моделей электросетей, цифровая модель рельефа дна Онежского озера, технология геопозиционирования объектов железнодорожной инфраструктуры, модели климатических данных ) для Кавказских, Уральских гор и хребта Сихотэ-Алинь, модели схода лавин для Хибинских гор, сравнительный анализ алгоритмов сглаживающей фильтрации ЦМР. На основе методов аэрокосмического зондирования выявлены факторы проявления склоновых процессов в условиях газогидротермальных проявлений, составлены карты арктических островов Карского моря и динамики их береговой линии, систематизированы дешифровочные свойства тепловых космических снимков, показано возможность их использования для идентификации ветровалов, составлены почвенные карты и карты растительности двух ключевых участков в северной и южной частях острова Кунашир, предложен автоматический метод обработки радиолокационных интерферометрических наборов данных, установлена необходимость подспутниковых наблюдений для надежного дешифрирования снежного покрова, выделены районы восстановления растительности на местах золотодобычи и после пожаров, оценены возможности дешифрирования нефтяных разливов на суше, изучена динамика границ культурного памятника «Быковский пруд», выполнена оценка залесенности Центральной Якутии, изменения землепользования на Сатинском полигон, обнаружены изменения застройки на побережьях Чудского озера, Телецкого и Байкала, выявлены ограничения корегистрации ЦМР, полученных по данным БПЛА с различным разрешением и для территорий с различной стабильностью склонов. Разработаны новые учебные курсы «Фотограмметрия», «Основы геоинформатики», «Геоинформатика». Обновлены учебные материалы по другим курсам кафедры. Заложены новы знаки опорной геодезической сети Сатинского полигона. Обновлены информационные веб-ресурсы кафедры.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Развитие методов и технологий картографии, геоинформатики и аэрокосмического зондирования в исследованиях природы и общества (ГЗ)
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Развитие методов и технологий картографии, геоинформатики и аэрокосмического зондирования в исследованиях природы и общества (ГЗ)
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен