Сайт Информационных Технологий

О ПОСТРОЕНИИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ ГЛОБАЛЬНОГО ГЕОКОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

С.К. Рахманов1, Б.К. Виноградов2 , А.Н. Лупишко2 , Ю.А. Пирогов3, В.Ю. Траскин3 , Л.Л. Попова4 , С.В. Куняев5, Л.Д. Кучугурная5, Э.Д. Лапчик5, Р.Г. Позе5, И.В. Пузынин5, А.Н. Сисакян5, Р.Н. Титов5, В.Н. Шкунденков5 , П.Р. Попович6 , Ф.М. Трусков6 , В.Н. Троян7 , С.В. Прокопчина8 , А.Ф. Гиренко9, Ф.И. Гиренко9, А.Н. Кудинов9, А.П. Тищенко9 R.Cailliau10, N.Koulberg10, A.Petrilli10

1Белорусский государственный университет (БГУ, Минск)

2Калининская атомная электростанция (КАЭС, Удомля Тверской области)

3МГУ (Москва)

4Международный союз приборостроителей (московское отделение)

5ОИЯИ (Дубна)

6Российский институт мониторинга земель и экосистем (РосИМЗ, Москва)

7Санкт-Петербургский государственный университет (СПБГУ)

8Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет (СПБГЭТУ)

Научное общественное объединение “Ученые за экологию” (Санкт-Петербург)

9Тверской государственный университет (ТвГУ, Тверь)

10ЦЕРН (Женева)

В центре Восточной Европы выделяется “ядро” Главного Водораздела ее важнейших рек - Волги, Даугавы (Западной Двины), Днепра и Невы. Эта территория играет существенную роль в жизни России, Белоруссии, Украины и стран Балтии. Большая часть территории “ядра” совпадает с западом Тверской области и частично с северо-востоком Смоленской и юго-востоком Новгородской областей.

Геологическое строение этой территории уникально: кристаллический фундамент имеет большой прогиб (до 3,5 км), а земная поверхность представляет возвышенность (до 0,35 км). От этого своеобразного “колодца” идут разломы земной коры, предопределившие крестообразное (север-юг и восток-запад) расположение истоков указанных крупнейших рек Восточной Европы.

В зоне одного из указанных разломов расположена Калининская атомная электростанция (КАЭС), что делает проблему обеспечения безопасности ее эксплуатации особенно актуальной: в случае катастрофы типа случившейся на Чернобыльской АЭС последствия будут иметь еще более тяжелый характер.

Близкая к КАЭС ситуация складывается также на Ленинградской АЭС. В случае катастрофы с этой станцией в зону бедствия попадает Балтийское море.

Предлагаемый проект организации аэрокосмического прецизионного мониторинга направлен прежде всего на решение указанных задач. (Что не закрывает возможности его применения для задач в других областях - сельском хозяйстве, контроле рыбных ресурсов, газо- и нефтепроводов и других, когда важным условием анализа является точное оконтуривание изображений). При этом будет оправданно придать проводимым работам характер фундаментальных исследований, позволяющим организовать полигон для контроля за безопасностью эксплуатации АЭС на основе изучения наблюдаемых на поверхности Земли или вблизи нее (при использовании радарных сканирующих установок) проявлений геодинамических процессов.

Эффективность обеспечения контроля безопасности атомных электростанций, как предполагается, будет значительно выше, если исследованиям будет придан глобальный характер. Это потребует решения задачи, связанной с созданием распределенной измерительно-аналитической сети и коллективного банка результатов исследований.

Построение системы глобального геокосмического мониторинга и открывающаяся на этом пути возможность изучения динамики процессов в масштабах Земли и Вселенной позволяют организовать исследования фундаментального характера в вопросах устройства окружающего мира и законов взаимодействия с ним человека.

Назначение проекта и его содержание

Целью данного проекта является создание измерительно-аналитических сетевых средств, на основе применения которых будет открыта возможность построения распределенной системы глобального геокосмического мониторинга. Для решения этой задачи разрабатывается collaborative World-Wide Web System (разработка CERN, Geneva, Swit-zerland, - JINR, Dubna, Russia), с использованием которой будут создаваться коллективные базы данных и результатов исследований. В качестве базового математического и программного обеспечения для создания распределенных систем поддержки принятия решений и измерительно-аналитических сетей в данном проекте выбраны методология регуляризирующего байесовского подхода и технологии на его основе: Байесовские интеллектуальные и мягкие измерения (БИИ), Байесовские интегрирующие технологии (БИТ) (разработка научного объединения “Ученые за экологию” и Санкт-Петербургского электротехнического университета). Их применение в подобных задачах дает возможность активизировать распределенные информационные ресурсы ИНТЕРНЕТ в направлении получения на основе всей имеющейся информации и распределенной методологической базы оценок состояний компонентов региональных и планетарной экосистем, динамики и тенденций формирования природных и антропогенных процессов и ситуаций, рекомендаций по устойчивому развитию экосистем.

Реализация данного проекта предполагает объединение множества исследовательских центров, занимающихся геокосмическим мониторингом. В данный проект входит создание одного такого центра, основной задачей которого будет контроль безопасности эксплуатации атомных электростанций - Калининской в Тверской области и Ленинградской. В решении этой задачи участвуют все приведенные выше организации. В том числе:

  • РосИМЗ (Москва), предоставляющий самолет-лабораторию Ту-134 СХ, оснащенный фоторегистрирующей аппаратурой;
  • ОИЯИ (Дубна), предоставляющий созданный совместно с CERN (Geneva) сканер с уникальными измерительными характеристиками, что открывает новое направление исследований - прецизионный мониторинг; точечный режим сканирования позволяет все измерения делать перпендикулярно контуру обрабатываемого изображения и на снимках, полученных при уменьшении в 2000 раз, измерять полутоновые переходы размером 0,1-0,5 м при ошибке измерений 0,01 м; измерения оптической плотности выполняются с относительной ошибкой 1,5% (в диапазоне 0-2D); система имеет комплекс скоростных средств диалога;
  • Научное объединение “Ученые за экологию” и СПб ГЭТУ, представляющие технологии поддержки принятия решений на основе БИИ и БИТ-технологий для ИНТЕРНЕТ-версий системы геокосмического мониторинга;
  • CERN (Geneva), где совместно с ОИЯИ (Дубна) проводятся работы по созданию collaborative World-Wide Web System и работы по контролю финансов и кадров, а также - электронному документированию (эти разработки ценны как сами по себе, так и по наработке методики эффективного представления аналитических данных);

О применении создаваемой системы прецизионного мониторинга для сельского хозяйства

Создаваемая система может применяться для широкого круга задач. Одним из таких применений может стать сельское хозяйство.

На наш взгляд возможности, которые открываются при организации прецизионного мониторинга, могут быть использованы для картографирования местности в приложении к решению сельскохозяйственных задач и для исследования динамических процессов, которые требуют оконтуривания интересующих объектов, мониторинга их состояний совместно с мониторингом состония окружающей среды, принятия решений о типе складывающихся экологических, экономических или социальных ситуаций. Такими объектами могут служить реки и озера (особенно во время их разливов), леса и пашни, ледники и вообще все, что меняется по размерам.

Высокая точность измерений может быть использована при решении ряда хозяйственных задач - таких, как измерение длины дороги, реки и т.д.

Использование специального комплекса скоростных средств диалога (оптического и телевизионного выводов стоящего на измерениях фотоснимка, скоростного светового карандаша и др.) открывает возможность делать “точечные запросы” со стороны человека-оператора при анализе выбранных в процессе визуального просмотра оптических изображений местности. При этом может быть использовано простое программное обеспечение по распознаванию изображений при решении самых различных задач, что делает само применение системы эффективной и динамичной.

Организация глобального мониторинга, предполагающего создание общей базы данных для различных измерительных центров (разнесенных по различным районам Земли), открывает возможность проведения сравнительного анализа состояния сельского хозяйства и выработки решений по крупномасштабному управлению в этой деятельности человека.