Мобильная версия
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЕКТА
Наименование: «Разработка методов и создание макета аппаратно-программного комплекса мониторинга пространственной структуры волнения в широком диапазоне частот по оптическим и радиолокационным космическим изображениям для выявления антропогенных воздействий на морские акватории»
Федеральная Целевая Программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы»
Головной исполнитель проекта: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга "АЭРОКОСМОС" (НИИ «АЭРОКОСМОС»), г. Москва
Научный руководитель проекта: академик РАН, профессор В.Г.БОНДУР
Уникальный идентификатор научных исследований (проекта) RFMEFI57716X0234
Соглашение № 14.577.21.0234
Дата начала проекта: 03.10.2016
Дата окончания проекта: 31.12.2018
Цели проекта
Создание комплекса научно-технических решений для организации мониторинга пространственной структуры волнения в широком диапазоне частот для выявления антропогенных воздействий на морские акватории по оптическим и радиолокационным космическим изображениям.
Разработка методов, алгоритмов, программного обеспечения и техническая реализация аппаратно-программного комплекса дистанционного мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения по оптическим и радиолокационным космическим изображениям.
Разработка методов, алгоритмов, программного обеспечения и техническая реализация аппаратно-программного комплекса дистанционного мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения по оптическим и радиолокационным космическим изображениям.
Актуальность исследований
Одной из наиболее актуальных проблем современной океанологии является загрязнение вод морей и океанов под действием антропогенных и естественных факторов.
В связи с этим актуальными становятся организация мониторинга акваторий морей и океанов, а также создание соответствующих систем, важное место среди которых занимают аэрокосмические средства дистанционного зондирования. Основными преимуществами космических методов, технологий и средств дистанционного зондирования морей и океанов являются: большая обзорность; высокая оперативность; возможность работы в любых труднодоступных районах морей и океанов; высокая достоверность полученных данных и др.
Космические оптические и радиолокационные изображения могут применяться не только для определения качественных характеристик морской поверхности, но и для получения количественных характеристик значимых параметров водной среды, что повышает информационную ценность данных дистанционного зондирования для мониторинга акваторий морей и океанов. Особые перспективы использования оптической и радиолокационной космической информации для исследования поверхностного волнения стали открываться при появлении спутниковой аппаратуры высокого пространственного разрешения (0,5 – 5,0 м), а также развитии методов и технологий обработки больших потоков космических данных.
Для решения задач в области экологического мониторинга, рационального природопользования и охраны окружающей среды в морях и океанах необходимо регистрировать различные эффекты, возникающие на границе раздела атмосфера-гидросфера под влиянием антропогенных и природных факторов, которые проявляются в изменении пространственно-временной структуры поверхностного волнения.
В связи с этим для решения задач обнаружения и идентификации антропогенных и природных загрязнений морей и океанов важно разрабатывать новые и развивать существующие методы и технологии, позволяющие осуществлять мониторинг пространственно-временной структуры поверхностного волнения на обширных акваториях дистанционными методами.
Для получения информации о характеристиках поверхностного волнения и их изменениях под влиянием различных естественных процессов, а также при антропогенных воздействиях на водную среду, целесообразно использовать методы регистрации пространственных, частотных и пространственно-частотных спектров морских волн.
Одним из наиболее перспективных способов получения информации о двумерных и одномерных пространственных спектрах морских волн в различных районах морей и океанов является пространственный спектральный анализ аэрокосмических изображений. Пространственные спектры, полученные при обработке аэрокосмических изображений чрезвычайно важны для обнаружения различных явлений, происходящих на поверхности и в приповерхностном слое морей и океанов, связанных с негативными антропогенными и природными воздействиями на водную среду исследуемых акваторий.
Для достоверной оценки двумерных и одномерных спектров поверхностного волнения по спутниковым оптическим изображениям должны использоваться специальные методы восстановления характеристик пространственной структуры морских волн по характеристикам полей яркости, регистрируемым космическими датчиками. При этом должны применяться специальные восстанавливающие операторы, которые строятся на основе учета различных условий формирования оптических изображений и характеристик аппаратуры дистанционного зондирования.
Для проверки адекватности восстановления спектров волнения, регистрируемых по космическим изображениям, необходимо проведение их сопоставление со спектрами, полученными стандартными волнографами в контролируемых условиях.
В связи с этим актуальными становятся организация мониторинга акваторий морей и океанов, а также создание соответствующих систем, важное место среди которых занимают аэрокосмические средства дистанционного зондирования. Основными преимуществами космических методов, технологий и средств дистанционного зондирования морей и океанов являются: большая обзорность; высокая оперативность; возможность работы в любых труднодоступных районах морей и океанов; высокая достоверность полученных данных и др.
Космические оптические и радиолокационные изображения могут применяться не только для определения качественных характеристик морской поверхности, но и для получения количественных характеристик значимых параметров водной среды, что повышает информационную ценность данных дистанционного зондирования для мониторинга акваторий морей и океанов. Особые перспективы использования оптической и радиолокационной космической информации для исследования поверхностного волнения стали открываться при появлении спутниковой аппаратуры высокого пространственного разрешения (0,5 – 5,0 м), а также развитии методов и технологий обработки больших потоков космических данных.
Для решения задач в области экологического мониторинга, рационального природопользования и охраны окружающей среды в морях и океанах необходимо регистрировать различные эффекты, возникающие на границе раздела атмосфера-гидросфера под влиянием антропогенных и природных факторов, которые проявляются в изменении пространственно-временной структуры поверхностного волнения.
В связи с этим для решения задач обнаружения и идентификации антропогенных и природных загрязнений морей и океанов важно разрабатывать новые и развивать существующие методы и технологии, позволяющие осуществлять мониторинг пространственно-временной структуры поверхностного волнения на обширных акваториях дистанционными методами.
Для получения информации о характеристиках поверхностного волнения и их изменениях под влиянием различных естественных процессов, а также при антропогенных воздействиях на водную среду, целесообразно использовать методы регистрации пространственных, частотных и пространственно-частотных спектров морских волн.
Одним из наиболее перспективных способов получения информации о двумерных и одномерных пространственных спектрах морских волн в различных районах морей и океанов является пространственный спектральный анализ аэрокосмических изображений. Пространственные спектры, полученные при обработке аэрокосмических изображений чрезвычайно важны для обнаружения различных явлений, происходящих на поверхности и в приповерхностном слое морей и океанов, связанных с негативными антропогенными и природными воздействиями на водную среду исследуемых акваторий.
Для достоверной оценки двумерных и одномерных спектров поверхностного волнения по спутниковым оптическим изображениям должны использоваться специальные методы восстановления характеристик пространственной структуры морских волн по характеристикам полей яркости, регистрируемым космическими датчиками. При этом должны применяться специальные восстанавливающие операторы, которые строятся на основе учета различных условий формирования оптических изображений и характеристик аппаратуры дистанционного зондирования.
Для проверки адекватности восстановления спектров волнения, регистрируемых по космическим изображениям, необходимо проведение их сопоставление со спектрами, полученными стандартными волнографами в контролируемых условиях.
Основные решаемые задачи
1. Выбрать и обосновать направления ПНИ в области разработки методов и технологий восстановления двумерных спектров морского волнения в широком диапазоне частот по оптическим космическим изображениям.
2. Провести теоретические исследования, направленные на разработку методов анализа данных космического мониторинга, оценки пространственных и временных спектров волнения в широком диапазоне частот по оптическим и радиолокационным космическим изображениям.3. Разработать методы мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения по оптическим и радиолокационным космическим изображениям.
4. Разработать математические модели и методы для оптимизации процесса построения операторов, восстанавливающих спектры уклонов и возвышений морской поверхности по оптическим космическим изображениям.
5. Разработать методики выявления антропогенных воздействий на морские акватории по оптическим и радиолокационным космическим изображениям .
6. Разработать подход к проверке адекватности восстановления двумерных спектров уклонов и возвышений морской поверхности для последующей оценки и валидации результатов космического мониторинга спектров волнения с использованием данных контактных и подспутниковых бесконтактных измерений характеристик морской поверхности.
7. Разработать алгоритмы и исследовательское программное обеспечение функционирующее в составе макета аппаратно-программного комплекса мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения в широком диапазоне частот по оптическим изображениям.
8. Разработать и создать макет аппаратно-программного комплекса мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения в широком диапазоне пространственных частот для выявления антропогенных воздействий на морские акватории.
9. Провести сбор и систематизацию необходимой космической оптической и радиолокационной информации, а также дополнительных данных подспутниковых измерений поверхностного волнения.
10. Провести экспериментальные исследования и оценку эффективности разработанных методов и макета программно-аппаратного комплекса с использованием данных ДЗЗ и результатов подспутниковых измерений.
11. Разработать Техническое задание на опытно-конструкторскую работу по тематике ПНИЭР.
Основные ожидаемые результаты
1. Методы дистанционного мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения по оптическим и радиолокационным космическим изображениям.
2. Методы восстановления по оптическим космическим изображениям пространственных спектров уклонов и возвышений морской поверхности в широком диапазоне пространственных частот.
3. Программное обеспечение, реализующие разработанные методы и алгоритмы мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения и восстановления спектров уклонов и возвышений морской поверхности.
4. Методика выявления антропогенных воздействий на морские акватории по оптическим и радиолокационным космическим изображениям с использованием разработанных методов и программного обеспечения.
5. Программа и методики экспериментальных исследований по мониторингу морских акваторий с целью отработки разрабатываемых методов и выявления зон антропогенных воздействий по оптическим и радиолокационным космическим изображениям.
6. Макет аппаратно-программного комплекса для мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения по оптическим и радиолокационным космическим изображениям.
7. Программа и методики экспериментальных исследований макета аппаратно-программного комплекса для мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения в целях выявления антропогенных воздействий на морские акватории по оптическим и радиолокационным космическим изображениям.
8. База данных характеристик пространственной структуры поверхностного волнения в морских акваториях.
9. Рекомендации и предложения по использованию разработанного макета аппаратно-программного комплекса для мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения по оптическим и радиолокационным космическим изображениям в целях изучения характеристик поверхностного волнения и мониторинга антропогенных воздействий на морскую среду.
10. Проект технического задания на выполнение ОКР по созданию аппаратно-программного комплекса для мониторинга пространственной структуры поверхностного волнения по оптическим и радиолокационным космическим изображениям.
Область применения результатов исследования
Выполнение данной ПНИЭР обеспечит возможность применения современных подходов при построении систем мониторинга экологического состояния вод Мирового океана с использованием космических оптических и радиолокационных данных. Это сэкономит значительные средства при проведении контроля экологического состояния морских экосистем, подвергающихся интенсивным антропогенным воздействиям, а также обеспечит снижение негативных последствий от промышленных и бытовых загрязнителей, а также позволит повысить качество жизни людей на приморских территориях.
Результаты ПНИЭР предназначены для анализа процессов и явлений, протекающих в морских акваториях, подвергающихся антропогенным воздействиям и будут востребованы организациями Министерства природных ресурсов и экологии РФ, Росгидромета, МЧС России, а также научными учреждениями РАН и Минобрнауки России, предприятиями реального сектора экономики и международными организациями.
В соответствии с Договором о дальнейшем использовании результатов прикладных научных исследований от 16.09.2016, результаты ПНИЭР будут использованы в деятельности индустриального партнера ООО ИТЦ «СКАНЭКС».
Результаты ПНИЭР предназначены для анализа процессов и явлений, протекающих в морских акваториях, подвергающихся антропогенным воздействиям и будут востребованы организациями Министерства природных ресурсов и экологии РФ, Росгидромета, МЧС России, а также научными учреждениями РАН и Минобрнауки России, предприятиями реального сектора экономики и международными организациями.
В соответствии с Договором о дальнейшем использовании результатов прикладных научных исследований от 16.09.2016, результаты ПНИЭР будут использованы в деятельности индустриального партнера ООО ИТЦ «СКАНЭКС».
Этапы выполнения проекта
Этап №1 «Выбор направления исследований» 03.10.2016 - 31.12.2016
Этап№2 «Теоретические и экспериментальные исследования поставленных перед ПНИЭР задач» 01.01.2017 - 31.12.2017
Этап №3 «Экспериментальные исследования поставленных перед ПНИЭР задач. Обобщение результатов исследований» 01.1.2018 - 31.12.2018
105064, Москва, Гороховский пер. 4, "Аэрокосмос". Тел.: (495) 632-16-54, (495) 632-17-19. Факс: (495) 632-11-78.
E-mail: office@aerocosmos.info
www.aerocosmos.info
E-mail: office@aerocosmos.info
www.aerocosmos.info
