«Наука в Сибири» ГЕОИНФОРМАТИКА:
|
В Сибирском отделении давно существует пристальный интерес к этой проблематике. Об истории и научных традициях исследований в области геоинформационных систем в СО РАН на открытии конференции рассказал сопредседатель её научного и организационного комитетов академик Ю. И. Шокин.
Первый большой толчок работе в этом направлении дал В. А. Коптюг, когда провёл в 1995 году первое совещание по ГИС-технологиям, где впервые было собрано всё, что делалось в Сибирском регионе, в академических институтах и вузах, в отраслевых академиях. После этого были организованы ГИС-подразделения во всех научных центрах и ряде институтов СО РАН.
Вторым и необходимым этапом, без которого было бы невозможно дальнейшее продвижение, явилось создание сети передачи данных Сибирского отделения. И третий этап начался, по сути дела, три года назад, с принятием в 2007 году программы СО РАН 4.5.2 «Разработка научных основ распределённой информационно-аналитической системы на основе ГИС и веб-технологий для междисциплинарных исследований». Задания одиннадцати проектов программы были определены в рамках трёх основных направлений: теоретические исследования в области информационных и вычислительных систем; технологические разработки, алгоритмы, методы и программы; предметно-ориентированные исследования природных, техногенных и социально-экономических процессов. В результате успешного выполнения программы были созданы новые и дополнены существующие информационные системы, классификаторы, каталоги и базы данных, объединённые в сеть локальных и распределённых информационных ресурсов СО РАН. Опубликованы более 400 научных работ, защищены несколько диссертаций.
Немаловажным стимулом для развития ГИС стала заинтересованность власти, когда полномочный представитель Президента РФ в СФО А. В. Квашнин поставил перед Сибирским отделением и всем научным сообществом Cибири цель посильного внедрения геоинформационных технологий в задачи принятия решений на разных уровнях властных структур.
Первая международная конференция по геоинформатике состоялась два года назад в Иркутске. Время доказало важность такого мероприятия, где встречаются и обмениваются опытом активно работающие люди, которые реально создают продукт, используемый в тех или иных предметных областях.
В конференции приняло участие более 90 специалистов из научных центров, академических институтов, вузов и предприятий Барнаула, Иркутска, Кемерова, Красноярска, Кызыла, Москвы, Нижнего Новгорода, Новосибирска, Омска, Томска, Тюмени, Улан-Удэ, а также Кыргызстана, Сербии и Чехии. Высок научный квалификационный уровень участников — академик и член-корреспондент РАН, действительный член Кыргызской национальной академии наук, 36 докторов наук и 38 кандидатов наук (т.е. «остепенённость» участников — около 80 %). С другой стороны, 40 участников относятся к категории молодых учёных, что составляет более 40 % от общего количества.
На конференции прозвучали 94 доклада, из них 10 — на пленарных заседаниях и 84 — в трёх секциях: «Новые модели, методы, алгоритмы и технологии», «Интеграция данных, метаданные и геосервисы», «Геоинформационные системы, геоинформационное картографирование».
Доклады были посвящены развитию технологий геоинформационного моделирования, функциональным возможностям геоинформационных систем, проблемам создания и поддержания инфраструктуры пространственных данных, баз метаданных, геосервисов, геопорталов, методам обработки и применения данных дистанционного зондирования Земли для решения широкого круга задач изучения и мониторинга природной среды и социально-экономических процессов, вопросам интеграции данных и технологий в единое информационное пространство. Пленарные доклады транслировались в научные центры Сибирского отделения по корпоративной Сети передачи данных СО РАН, осуществлялась видео- и аудиозапись.
Заметным явлением стало проведение второго (первый состоялся в прошлом году в Кемерово) мастер-класса для молодых сотрудников научных и образовательных организаций Сибири. Мастер-класс — это новый и, как представляется, очень удачный формат профессионального общения, сочетающий лекционный материал, демонстрацию практических примеров, неформализованное общение и проблемные дискуссии с ведущими специалистами России и Европы (Барнаул, Новосибирск, Красноярск, Москва, Брно) в интерактивном режиме.
В рамках конференции состоялись выездные заседания научно-координационных советов программы фундаментальных исследований СО РАН № IV.31.2. и программы «Телекоммуникационные и мультимедийные ресурсы СО РАН», совещания исполнителей заказного интеграционного проекта СО РАН № 9, а также интеграционных проектов СО РАН №№ 4, 116, 121.
Естественно, нет никакой возможности в рамках газетной статьи подробно рассказать обо всём, что происходило на этой интереснейшей конференции. Без сомнения, ряд конкретных вопросов, поднимавшихся в Барнауле, мы рассмотрим в последующих публикациях. Пока же постараемся несколькими широкими мазками передать читателю палитру затронутых тем.
Проблема прогнозирования и предупреждения катастроф в природной и техногенной сферах относится сегодня к числу приоритетных исследований как в России, так и за рубежом. На её решение в последнее время выделяются значительные научные и финансовые ресурсы. Основным инструментом этих исследований является моделирование катастрофических природных процессов и техногенных аварий.
— Все проблемы природно-техногенной безопасности являются результатом дестабилизации тройственной системы социума, техносферы и природной среды, — убеждён д.т.н. В. В. Москвичёв. — Поэтому требуется переход от решения отдельных экологических проблем к комплексному обеспечению экологической и природно-техногенной безопасности регионов. При этом основной задачей должна стать защита населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера. Эта проблема тесно связана с экономическими задачами, и контроль экологической и природно-техногенной безопасности необходимо рассматривать как фактор стабилизации кризисных явлений в экономике, обеспечивающий сохранность и функционирование основных производственных фондов. Оценка уровня природных и техногенных рисков должна стать основой экономических механизмов регулирования безопасности. Снижение рисков так или иначе обеспечивает устойчивое функционирование экономического потенциала регионов и повышает их конкурентоспособность.
Исследования в области природно-техногенной безопасности ведутся в разных институтах Сибирского отделения, в первую очередь в ИВМ, ИВТ, ИДСТУ, ИУУ, ИФТПС, СКТБ «Наука». Однако, к сожалению, за последние 10 лет так и не удалось сформировать программу Сибирского отделения по проблемам природно-техногенной безопасности.
В результате многолетних усилий в ряде институтов СО РАН были разработаны базовые модели антропогенных рисков. Их количество уже приближается к сотне. Оценка степени опасности территорий по субъектам СФО показывают серьёзные проблемы в ряде регионов. Большинство из них относится к первой категории опасности. В этой ситуации необходимо развитие соответствующих систем мониторинга.
В. В. Москвичёв продемонстрировал несколько из них: систему геодинамического мониторинга Алтае-Саянского региона, сейсмического мониторинга Ангаро-Енисейского каскада ГЭС, оценки экологических рисков на угледобывающих и нефтегазодобывающих территориях и ряд других.
Выводы однозначны: состояние природно-техногенной и экологической безопасности регионов Сибири требует разработки и принятия свода нормативно-правовых актов регионального уровня. Их основой должны стать количественные оценки рисков на базе экологических критериев и показателей устойчивого развития конкретно по каждому из субъектов СФО. Первоочередная задача — нормирование уровней рисков для промышленных и урбанизированных территорий на базе данных мониторинга природной среды.
Институт водных и экологических проблем не впервые участвует в организации научных конференций и совещаний геоинформационной направленности. Это во многом связано с тем, что при выполнении работ водно-экологической тематики использование геоинформационных технологий является для института приоритетным. Применение ГИС для обработки больших объёмов пространственной информации методом цифрового картографирования — важная часть комплексных исследований в области наук о Земле, выполняемых в ИВЭП. Для решения многих экологических задач используются спутниковые данные. Институт участвует в проекте «Разработка проблемно ориентированных ГИС и информационно-моделирующих комплексов для изучения водных объектов Сибири на основе новых методов интегрирования пространственных и междисциплинарных данных», а также активно использует предоставляющиеся возможности складывающегося единого информационного пространства Сибирского отделения, в т.ч. доступа к банкам данных и вычислительным ресурсам СО РАН. Полученные результаты нашли своё практическое приложение в крупном проекте, выполняемом по заказу Водного агентства — «Исследование современного состояния и научное обоснование методов и средств обеспечения устойчивого функционирования водохозяйственного комплекса бассейнов рек Оби и Иртыша».
О применении ГИС-технологий для создания информационно-управляющей системы Обь-Иртышского водохозяйственного комплекса рассказала к.г.н. И. Н. Ротанова.
Принятие управленческих решений в водохозяйственном комплексе, впрочем, как и везде, основано на использовании большого объёма разнородной информации. Использование геоинформационных технологий значительно облегчает выполнение задач сохранения и восстановления водных объектов, устойчивого функционирования водохозяйственного комплекса, предотвращения негативного воздействия вод.
Информационно-управляющая система (ИУС), над которой работает институт, состоит из трёх основных блоков: информационного, моделирующего и экспертного. В ней реализованы как картографические, так и табличные сервисы. Комплект цифровых ситуационных, оценочных, исполнительных и прогнозных карт позволяет выполнять комплексную оценку водных объектов Обь-Иртышского бассейна. Атрибутивная база данных отражает состав и взаимосвязи количественных и качественных параметров системы в виде логически скомпонованных показателей, привязанных к картографической основе. Создание ИУС ещё не завершено, но её возможности уже впечатляют.
К настоящему моменту известны два основных подхода к решению сложной проблемы атмосферной коррекции спутниковых изображений земной поверхности. Первый подход является приближённым и основан на различных допущениях, характер которых зависит от стоящей задачи. В ряде случаев, связанных с массовой рутинной обработкой больших объёмов спутниковой информации, это позволяет упростить решение. Например, в задаче спутниковых измерений температуры подстилающей поверхности учитывается поглощение излучения водяным паром, но игнорируется влияние аэрозоля и облачности. В задаче детектирования высокотемпературных источников учёт влияния атмосферы вообще отсутствует. При восстановлении коэффициентов отражения от поверхности вызывает вопросы методика учёта бокового подсвета.
Другой подход связан с применением последовательного физического (RTM) метода, в котором используется теория переноса оптического излучения через многокомпонентную среду (атмосферные газы, аэрозоль, облачность) совместно с оперативной информацией о состоянии атмосферы в момент съёмки. Несмотря на сложность и трудоёмкость, именно физический подход обеспечивает максимальную точность атмосферной коррекции спутниковых данных. Стремительное развитие вычислительных средств, применение вычислительных кластеров, суперкомпьютеров и параллельного программирования позволяют использовать RTM-подход на практике наряду с приближёнными методами.
О развитии этого подхода в Институте оптики атмосферы
им. В. Е. Зуева СО РАН рассказал
Территория Кыргызстана характеризуется широким распространением руд благородных металлов. К настоящему времени накоплен огромный материал, освещающий геологические, минерало-геохимические, структурные и другие особенности этих месторождений. Задачи его систематизации заставляют обратиться к модельным построениям. Перспективам оценки благороднометаллоносности на основе геоинформационных моделей был посвящён доклад академика АН Кыргызстана А. Жайнакова.
Модели основных рудных формаций, прослеженных на сотни и тысячи километров, позволяют вскрыть закономерности появления родственных месторождений, что создаёт возможность прогнозирования скрытого оруденения и оценки глубоких горизонтов даже при ограниченном объёме информации.
— Для модельных построений на основе компьютерной программы необходимо соблюдать ряд условий, — считает академик А. Жайнаков. — С одной стороны, группа месторождений должна отвечать требованиям единства, т.е. их формирование некогда было обусловлено единым рудообразующим процессом и происходило в близких геологических условиях. С другой стороны, это должны быть месторождения руд определённого состава. Это требование не исключает необходимости построения моделей для крупных, уникальных месторождений. Но в целом моделирование должно базироваться на совокупности факторов и процессов, установленных на примере месторождений небольших и средних размеров.
Столкновение нашей планеты с кометой или астероидом занимает одно из первых мест в рейтинге излюбленных заокеанским кинематографом сценариев конца света. Но такой возможности уделяют внимание и серьёзные учёные.
В настоящее время в мире существует свыше десяти каталогов и баз данных по импактным (т.е. вызванным падением на поверхность планеты космических тел) структурам Земли. Особенностью разработанной в отделе математических задач геофизики ИВМиМГ СО РАН под руководством
Индекс достоверности — это экспертная оценка, выражаемая в баллах от 1 до 4 и отражающая наличие сведений по четырём группам признаков (морфологические, структурно-геологические, петрографические, микроструктурные), по которым обычно и проводится доказательство. Оценка 4 показывает, что критериям импактности соответствует информация по всем четырём группам признаков, значение меньше 4 — только по отдельным.
Каталог импактных кратеров и кратерных полей в настоящее время содержит 1073 структуры, с разной степенью достоверности имеющих внеземное происхождение. Из них 203 кратера имеют достоверность 4, 211 — достоверность 3, 477 — достоверность 2 и 68 — достоверность 1. Помимо этого, в базе данных содержатся сведения о 114 структурах с нулевой достоверностью, т.е. о таких, в отношении которых когда-то было высказано предположение об их импактном происхождении, но дальнейшие исследования опровергли эту гипотезу (см., например, статью о Патомском кратере). Поскольку «что написано пером, не вырубишь топором» и информация об этих структурах так или иначе присутствует в литературе и Интернете, они сохраняются в основном каталоге, но в дальнейшем анализе не участвуют.
Учёт параметра достоверности существенно меняет оценку частоты падений метеоритов на Землю. Например, включение в расчёты данных о предполагаемых и вероятных событиях приводит возрастанию этой оценки на
На заключительном пленарном заседании было единодушно признано, что конференция состоялась как значимый научный форум. Особо отмечена её роль в определении приоритетов научных исследований в области геоинформатики. В итоговом решении рекомендовано продолжить и расширить практику организации мастер-классов, привлекая к участию в этом мероприятии новых слушателей и ведущих специалистов-лекторов, а также высказано предложение об организации и проведении III Международной конференции по геоинформатике в 2012 году.
Участники конференции выразили благодарность за поддержку Российскому фонду фундаментальных исследований и Сибирскому отделению Российской академии наук.
Фото автора
стр. 8-9