Декабрь 2016 г. Выполнен пятый этап проекта.
На пятом этапе получены следующие основные результаты:
1. Проведены обобщение и оценка результатов исследований, в том числе:
1.1 Проведен аналитический обзор, который позволил сделать выводы об основных проблемах прогноза землетрясяний, а также, позволил выявить положительные тенденции в развитии методов мониторинга сейсмоопасных территорий, в том числе методов, использующих данные дистанционного зондирования. Кроме того, анализ показал необходимость применения комплексного подхода, основанного на использовании как наземных, так и космических методов регистрации различных типов предвестников для осуществления краткосрочного и повышения надежности среднесрочного прогноза сейсмических событий.
1.2 Анализ возможных путей решения задачи исследования предвестников землетрясений позволил разработать концепцию построения системы формирования и сопровождения базы данных предвестников землетрясений, регистрируемых из космоса с учетом технологической последовательности мониторинга сейсмоопасных территорий.
1.3 На основании разработанной концепции осуществлен выбор программно-технической платформы, в том числе обоснована её архитектура, разработана схема деления технических и программных средств, определены характеристики основных технических средств.
1.4 Для получения исходных космических данных и сопутствующей информации, которое осуществляется через архивы космических и наземных данных, расположенных на специализированных серверах сети Интернет, а также через приемные тракты аппаратно-программных комплексов, используемых НИИ «АЭРОКОСМОС», разработана методика сбора и систематизации исходной космической информации для выявления предвестников землетрясений, содержащая указания по сбору и систематизации комплекса данных о сейсмических событиях, космические данные о динамике напряженно-деформированного состояния земной коры, изменениях параметров ионосферы, изменениях состояния тепловых полей, сопутствующей информации (данных о геомагнитной обстановке, солнечной активности, метеорологических данных), возможности формирования предвестников значительных сейсмических событий (M≥6), регистрируемых из космоса.
1.5 Для регистрации предвестников сильных землетрясений (М≥6), проявляющихся в аномалиях различных геофизических полей и их последующей интеграции в базу данных, разработаны методы и алгоритмы предварительной, тематической обработки и визуализации космической информации, обеспечивающие возможность исследования вариаций параметров ионосферы, геодинамических особенностей и аномалий тепловых полей, возникающих при подготовке и протекании сейсмических событий. Разработанные методы и алгоритмы предварительной и тематической обработки и визуализации данных предвестников землетрясений обеспечивают формирование набора предвестников землетрясений, в том числе ионосферных (значение электронной концентрации в максимуме слоя F2, полное электронное содержание ионосферы (ТЕС), скорость изменения ТЕС вдоль траектории подионосферной точки, вид высотного распределения электронной концентрации, динамика изменения высотного распределения электронной концентрации во времени и пространстве), геодинамических (динамика линеаментных систем, отношения суммарных длин линеаментов разных направлений), тепловых (динамика температуры земной поверхности, температуры приповерхностного слоя атмосферы, уходящего длинноволнового излучения).
1.6 Разработанные алгоритмы реализованы в виде модулей специального программного обеспечении экспериментального образца системы. В состав разработанных модулей специального программного обеспечения входят:
- модули сбора и предварительной обработки данных, получаемых из внешних источников;
- модуль конвертации данных и их ввода в базу данных;
- модуль управления данными (редактирования данных)
- модули обработки данных спутниковых навигационных систем;
- модули обработки космических данных для исследования геодинамических особенностей сейсмоопасных территорий;
- модуль тематической обработки космических данных, полученных в ИК-диапазоне.
1.7 В соответствии с заданной функциональностью, принятой технологией реализации процессов решения задач, техническими аспектами хранения данных о предвестниках землетрясений и организации информационного обмена разработан экспериментальный образец системы, который является совокупностью программно-технических средств, объединенных в локальную вычислительную сеть.
1.8 Разработанный экспериментальный образец обеспечивает следующие функциональные возможности:
- сбора данных космического мониторинга сейсмоопасных территорий;
- предварительной обработки данных;
- конвертации и ввода данных в базу данных;
- управления данными (редактирования данных) в базе данных;
- визуализации данных, в т.ч. с использованием картографической основы;
- тематической обработки данных и визуализации ее результатов.
1.9 На каждай программный модуль специального программного обеспечения и на экспериментальный образец в целом разработана эскизная конструкторская и программная документация в соответсвии с ГОСТ 19.401-78, ГОСТ 19.402-78, ГОСТ 19.502-78, ГОСТ 19.505-79, РД 50-34.698-90, ГОСТ 2.701-84, ГОСТ 2.106-96.
1.10 Проведенные экспериментальные исследования по проверке работы разработанного экспериментального образца позволили получить информацию о сейсмоионосферных вариациях, геодинамических особенностях и вариациях тепловых полей при подготовке и протекании землетрясений на выбранных тестовых участках. Выявленные особенности ионосферных проявлений сейсмических событий соответствуют установленным предвестникам в работах [50, 51, 75, 96, 97, 101], особенности вариаций тепловых полей свершившихся землетрясений соответствуют установленным предвестникам в работах [74, 104, 105, 130-132], геодинамические особенности в период подготовки и протекания сейсмических событий полностью соответствуют установленным предвестникам землетрясений в работах [48, 49, 106-110, 115-123].
1.11 По результатам сбора и обработки данных спутниковой навигационной системы GPS, космических изображений, полученных прибором MODIS (спутники Terra, Aqua) и космических данных, полученных прибором AIRS (спутник Aqua), модулями специального программного обеспечения при проведении экспериментальных исследований, а также сопутствующей информации, сформирован фрагмент фрагмент базы данных предвестников сильных землетрясений (М≥6), регистрируемых из космоса, для тестовых участков Курило-Камчатского региона, Байкальской рифтовой зоны, Кавказа, Чили, Перу, Мексики, Киргизии.
1.12 Проведено сопоставление анализа научно-информационных источников и результатов теоретических и экспериментальных исследований, в результате которого выявлены преимущества разработанных методов и программных решений по сравнению с другими существующими методами наземных и спутниковых исследований сейсмоопасных территорий, в том числе возможность мониторинга обширных территорий, высокая достоверность, возможность комплексирования с другими данными, оперативность и эффективность.
1.13 Для оценки эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем при выполнении прикладных научных исследований оценивались научно-технический, экономический и социальный эффекты.
Научно-технический эффект выражается в том, что экспериментальный образец системы формирования и сопровождения базы данных предвестников землетрясений, регистрируемых из космоса, представляет собой принципиально новую продукцию и обладает конкурентноспособностью.
Достигнутые в результате выполнения ПНИ значения коэффициентов научной и научно-технической результативности имеют максимальные значения равные KНр=1.0 и KНтр=1.0, которые показывают, что в результате проведенных прикладных научных исследований получены результаты, которые могут быть использованы в других научных исследованиях и опытно-конструкторских работах. ч
Экономический эффект настоящих исследований представляет собой возможность коммерциализации разработанных научно-технологических решений, в том числе:
а) оказание услуг по комплексному целевому мониторингу территорий;
б) предоставление услуг по комплексной обработке данных применительно к регионам;
в) предоставление информационных продуктов (например, прогнозных карт, тематических карт и т.д.);
г) продажа программного обеспечения;
д) оказание консультационных и образовательных услуг на основе разработанных методологических и технологических решений;
е) сотрудничество со страховыми организациями и компаниями.
Кроме того, использование результатов проекта при мониторинге сейсмоопасных регионов позволит снизить ущерб, наносимый землетрясениями, что позволит снизить экономические потери как на государственном уровне, так и на уровне бизнеса.
Социальный эффект от использования результатов настоящих ПНИ заключается в раннем предупреждении о возможном землетрясении, что позволит снизить человеческие жертвы и экологические последствия.
1.14 Анализ выполнения требований ТЗ позволил сделать вывод о том, что требования выполнены полностью.
1.15 Проведена оценка полноты решения задач и достижения целей настоящих прикладных научных исследований, которая показала, что выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований позволил достигнуть цели проекта и решить задачи, поставленные перед ПНИ. Проведенные исследования полностью соответствуют требованиям ТЗ и Плана-графика исполнения обязательств.
2. С целью вовлечению результатов исследований в хозяйственный оборот дальнейшего освоения сформированы предложения и рекомендации по использованию разработанного экспериментального образца системы формирования и сопровождения базы данных предвестников землетрясений, регистрируемых из космоса, с учетом технологических возможности индустриального партнера, в том числе описаны направления использования экспериментального образца, возможности по мониторингу сейсмоопасных территорий, возможности использования материально-технической базы Индустриального партнера, а также возможности доработки программного обеспечения экспериментального образца.
3. Для обеспечения промышленного освоения результатов настоящих прикладных научных исследований разработан проект технического задания на проведение ОКР «Разработка и создание системы формирования и сопровождения базы данных предвестников землетрясений, регистрируемых из космоса», включающий: технические требования по составу продукции, требования к показателям назначения, к электропитанию, надежности, конструктивные требования, требования по эргономике и технической эстетике, к эксплуатации, удобству технического обслуживания и ремонта, по безопасности, стандартизации, унификации и каталогизации, требования к информационному, лингвистическому, программному, техническому и метрологическому обеспечению, требования к документации, к испытаниям, к патентной чистоте и патентноспособности, перечень, содержание, сроки выполнения и стоимость этапов, порядок выполнения и приемки этапов ОКР.
4. Проведена технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов, основанная на системе экономических показателей, которая продемонстрировала высокий научно-технический уровень разработок и высокий рыночный потенциал полученных результатов, а соответственно их экономическую привлекательность.
5. Разработаны рекомендации и предложения по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках, которые описывают макроуровневые и региональные перспективы внедрения результатов исследования, основных потребителей полученных результатов, а также субъекты Российской Федерации, для которых результаты исследований наиболее значимы.
6. Проведены маркетинговые исследования, в ходе которых выполнен сравнительный анализ методов, экспериментального образца, разработанных в рамках ПНИ с существующими аналогами.
6.1 При выполнении маркетинговых исследований:
а) проведен анализ рынка сбыта продукции, обоснована маркетинговая стратегия продвижения на рынок информационных продуктов и услуг.
б) предложены подходы по коммерциализации и внедрению полученных РИД, которые позволят решить проблему сохранения и развития научно-технического потенциала, сформировать инвестиционную привлекательность организации-разработчика, собственные источники финансирования капитальных вложений.
6.2. Маркетинговые исследования показали:
а) отсутствие прямых российских аналогов указывает на уникальность разработанных РИД.
б) повышение достоверности обнаружения зон подготавливаемого землетрясения и точности определения параметров предстоящего сейсмического удара путем одновременной регистрации нескольких признаков-предвестников как наземными, так и бортовыми средствами измерений.
в) наличие основных принципов, на которых базируются разработанные в ходе проекта РИД, таких как системность, автоматизация, унификация и открытость для модернизации и усовершенствования.
г) внедрение предложенных разработок внесет свой вклад в формирование новых высокотехнологичных рынков экологических товаров и услуг, развитию новых индустрий, а также создание новых систем мониторинга и прогнозирования значительных сейсмических событий.
д) проведение исследований позволяет обеспечить рост квалификации молодых сотрудников организации Исполнителя, постоянную координацию и корректировку научных изысканий молодых ученых, и внедрение инновационного потенциала коллектива в перспективные направления деятельности, образовательный процесс, в том числе подготовку кадров высшей научной квалификации.
7. Разработанный экспериментальный образец системы формирования и сопровождения базы данных предвестников землетрясений, регистрируемых из космоса, обеспечит возможность осуществления комплексного мониторинга состояния сейсмоопасных территорий для предупреждения и снижения риска значительных сейсмических событий. Полученные результаты будут использованы при создании комплексной системы мониторинга чрезвычайных ситуаций, которая внесет вклад в решение проблем предупреждения, оценки рисков и уменьшения негативных последствий от природных катастроф и обеспечения экологической безопасности. Отчет
Август 2016 г. Комиссией Минобрнауки России принят четвертый этап выполнения проекта.
Июнь 2016 г. Выполнен четвертый этап проекта.
На 4-м этапе получены следующие основные результаты:
1. В соответствии с Техническим заданием и Программой и методикой экспериментальных исследований проведены экспериментальные исследования функциональных подсистем и модулей специального программного обеспечения экспериментального образца системы формирования и сопровождения базы данных предвестников землетрясений, регистрируемых из космоса, обеспечивающих получение, хранение, обработку и визуализацию космических и сопутствующих данных для мониторинга сейсмоопасных территорий. Проверка проведена по следующим пунктам Программы:
а) проверка комплектности технической документации на ЭОС;
б) проверка комплектности ЭОС, его соответствия технической документации;
в) проверка соответствия характеристик аппаратных средств, общего и общесистемного программного обеспечения ЭОС технической документации и требованиям ТЗ;
г) проверка соответствия заявленных возможностей ЭОС требованиям по назначению;
д) проверка реализации при создании ЭОС «клиент-серверной» технология хранения данных и информационного обмена;
е) проверка соответствия архитектуры базы данных предвестников землетрясений требованиям ТЗ;
ж) проверка реализации функций ввода, хранения, управления (редактирования) и визуализации данных, а также реализации удаленного доступа к базе данных;
и) проверка возможности получения данных от заданных внешних источников и реализации функций сбора и предварительной обработки данных;
к) проверка возможности тематической обработки GPS-данных для выявления ионосферных предвестников землетрясений следующими модулями:
- модулем восстановления параметров ионосферы по данным спутниковых навигационных систем;
- модулем расчета полного электронного содержания ионосферы.
л) проверка возможности тематической обработки космических данных, полученных в ИК-диапазоне «Модулем для выявления тепловых предвестников землетрясений»
м) проверка возможности тематической обработки космических данных модулями тематической обработки космических данных для исследования геодинамических особенностей сейсмоопасных территорий, в том числе:
- модулем построения роз-диаграмм направленности линеаментов;
- модулем расчета суммарных длин линеаментов разных направлений
н) проверка формирования фрагмента базы данных предвестников землетрясений.
Проверки по всем пунктам Программы успешно пройдены.
2. В результате проведения экспериментальных исследований по проверке работы специального программного обеспечения, позволяющего обрабатывать космические данные для выявления ионосферных, геодинамических и тепловых предвестников сильных землетрясений получены данные о сейсмоионосферных вариациях, аномалиях тепловых полей и геодинамичских особенностях тестовых сейсмоопасных территорий Курило-Камчатского региона, Чили, Мексики, Киргизии, Перу, которые подтвердили возможности регистрации из космоса предвестников сильных (М≥6) землетрясений:
а) анализ вариаций параметров ионосферы, полученных с использованием разработанных модулей восстановления параметров ионосферы и расчета полного электронного содержания ионосферы, показал наличие характерных изменений электронной концентрации ионосферы и полного электронного содержания за 3-7 дней до сейсмических событий;
б) анализ результатов обработки данных, полученных в ИК-диапазоне, модулем для выявления тепловых предвестников землетрясений, показал наличие аномалий температуры земной поверхности и приповерхностного слоя атмосферы за 5-7 дней до сейсмического события, уходящего длинноволнового излучения за 12-14 дней до сейсмического события;
в) анализ результатов обработки космических изображений, модулем расчета роз-диаграмм направленности линеаментов и модулем расчета суммарных длин линеаментов разных направлений показал закономерное изменение систем линеаментов при приближении к дате землетрясения и уменьшение после него.
3. По результатам сбора и обработки данных спутниковой навигационной системы GPS, космических изображений, полученных прибором MODIS (спутники Terra, Aqua) и космических данных, полученных прибором AIRS (спутник Aqua), модулями специального программного обеспечения при проведении экспериментальных исследований, а также сопутствующей информации, сформирован фрагмент фрагмент базы данных предвестников сильных землетрясений (М≥6), регистрируемых из космоса, для тестовых участков Курило-Камчатского региона, Байкальской рифтовой зоны, Кавказа, Чили, Перу, Мексики, Киргизии.
4. На 4 этапе реализации проекта подана заявка на выдачу патента Российской Федерации на изобретение «Способ достоверного обнаружения сейсмического процесса космическими средствами», а также поданы заявки и получены Свидетельства о регистрации следующих программ для ЭВМ:
- «Модуль расчета отношений суммарных длин линеаментов разных направлений».
- «Модуль построения роз-диаграмм направленности линеаментов».
5. Проведены дополнительные патентные исследования, подтверждающие наличие признаков патентноспособности у заявляемого изобретения и программ для ЭВМ.
6. Осуществлён подбор и предоставление исходных космических изображений для проведения исследований геодинамических особенностей сейсмоопасных территорий за счет собственных средств Индустриального партнера ООО «НПО «ИСИНТЕК». С целью правильного понимания современной динамики и истории развития исследуемых сейсмоопасных территорий, а также для оценки и прогноза сейсмической опасности был проведен анализ их разломных структур и геологического строения. Подбор исходных космических изображений проведен для временного интервала 2005-2007 гг. На исследуемые территории было собрано 82 космических изображения. Объем собранных данных составляет 8.7 Гб.
7. На этапе 4 за счет собственных средств НИИ «АЭРОКОСМОС» для увеличения достоверности процесса интерпретации результатов исследования геодинамических особенностей сейсмоопасных территорий проведена предварительная обработка данных качественным методом по классификации подстилающей поверхности.
8. Для популяризации результатов и достижений науки сотрудники НИИ «АЭРОКОСМОС» за счет собственных средств организации приняли участие в X Европейской конференции по инновациям в технических и естественных науках, которая состоялась г. Вена (Австрия) 2 февраля 2016 года, с сообщением на тему: «Концепция построения системы формирования и сопровождения базы данных предвестников землетрясений, регистрируемых из космоса», в котором представлены результаты исследований, проведенных на 1, 2 и 3 Этапах настоящих ПНИ. Отчет
Июнь 2016 г. Получен патент на изобретение № 2589444 от 08 июня 2016 г. «Глобальная система измерений предвестников землетрясений»
Март 2016 г. Получены Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ:
- «Модуль построения роз-диаграмм направленности линеаментов» (Свидетельство № 2016613545, дата государственной регистрации в реестре программ для ЭВМ 29 марта 2016 г.);
- «Модуль расчета отношений суммарных длин линеаментов разных направлений» (Свидетельство № 2016613544, дата государственной регистрации в реестре программ для ЭВМ 29 марта 2016 г.).
Март 2016 г. Комиссией Минобрнауки России принят третий этап выполнения проекта.
Февраль 2016 г. Поданы заявки на регистрацию программ для ЭВМ:
- «Модуль построения роз-диаграмм направленности линеаментов» (Заявка № 2016610810 от 04.02.2016);
Январь 2016 г. Подана заявка на изобретение «Способ достоверного обнаружения сейсмического процесса космическими средствами» (Заявка на изобретение № 2016103023 от 29.01.2016 г.)
Декабрь 2015 г. Выполнен третий этап проекта
На 2-м этапе получены следующие основные результаты:1. Разработаны методики сбора и систематизации космической информации и сопутствующих данных, которые обеспечивают реализацию основных этапов получения информации, формируемой спутниковыми навигационными системами для выявления ионосферных предвестников сейсмических событий; данных по характеристикам подстилающей поверхности для исследования геодинамических особенностей сейсмоопасных территорий; получение космической информации для выявления тепловых предвестников, а также данных о геомагнитной обстановке и солнечной активности и меторологических данных, которые необходимы для дистанционного мониторинга сейсмоопасных территорий.