Федеральная целевая программа

Федеральная целевая программа
«Исследования и разработки по приоритетным
направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014—2020 годы»
Соглашение
№ 14.577.21.0108 от 08.09.2015
на период 2014 - 2016 гг.
Тема: «Разработка методов и создание экспериментального
образца системы формирования и сопровождения базы
данных предвестников землетрясений, регистрируемых из
космоса, для предупреждения значительных сейсмических
событий»
Руководитель проекта: академик Бондур В.Г. директор НИИ "АЭРОКОСМОС"
Рациональное природопользование
Участники проекта
Получатель субсидии: федеральное государственное бюджетное научное
учреждение «Научно-исследовательский институт аэрокосмического
мониторинга «АЭРОКОСМОС»
Основные направления деятельности:
•
Проведение фундаментальных и прикладных научных исследований в области наук о Земле,
мониторинга окружающей среды, контроля чрезвычайных ситуаций аэрокосмическими методами.
• Разработка и развитие методов и технологий дистанционного зондирования.
• Разработка методов и программного обеспечения обработки аэрокосмической информации.
• Формирование и актуализация баз аэрокосмических данных для различных объектов
окружающей среды.
• Моделирование процессов и явлений в окружающей среде.
Индустриальный партнёр: ООО «Научно-производственная организация
«Информационные системы и наукоемкие технологии»
Основные направления деятельности:
•
•
•
Реализация проектов и программ в области мониторинга окружающей среды, предупреждения
чрезвычайных ситуаций, исследования природных ресурсов и контроля природопользования.
Разработка информационных систем, а также создание технических средств и программного
обеспечения в интересах дистанционного зондирования и обработки информации.
Проведение дистанционных съемок океана, атмосферы и поверхности Земли с борта
космических аппаратов и воздушных носителей для решения широкого круга задач интересах
предприятий реального сектора экономики.
Финансовая поддержка проекта (внебюджетное финансирование), млн. руб.:
2014 г.
2015 г.
2016 г.
Всего
6,25
6,25
6,25
18,75
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
2
Цели и задачи проекта
•
Цели проекта:
Разработка и экспериментальная отработка новых методов и технологий сбора, обработки и
систематизации данных, регистрируемых космическими средствами, для мониторинга
предвестников сильных землетрясений (М≥6).
•
Разработка научно-технических решений для организации мониторинга сейсмоопасных
территорий и создания базы данных предвестников землетрясений, регистрируемых из космоса,
для предупреждения, снижения риска и уменьшения экономических, социальных и экологических
последствий от значительных сейсмических событий.
•
Задачи проекта:
Разработка новых и усовершенствование существующих методов и технологий комплексного
сбора и обработки космических данных для мониторинга сейсмоопасных территорий, а также
предоставление информации для оценки рисков сильных землетрясений и принятия необходимых
эффективных мер для предупреждения их последствий;
•
Разработка экспериментального образца системы формирования и сопровождения базы
данных о предвестниках сильных землетрясений, регистрируемых из космоса.
Актуальность. Необходимость создания единой системы, осуществляющей сбор и
обработку данных, а также содержащей систематизированный набор комплексной информации о
предвестниках сильных землетрясений, регистрируемых из космоса, для предупреждения и
снижения последствий таких природных катастроф.
Научная новизна заключается в разработке новых методов сбора и обработки
космических данных, позволяющих регистрировать предвестники сильных землетрясений (М≥6),
проявляющихся в аномалиях различных геофизических полей, формировать базу данных,
накопленных при дистанционном мониторинге сейсмоопасных территорий, а также осуществлять
комплексный анализ космической и сопутствующей информации для предупреждения и снижения
последствий значительных сейсмических событий.
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
3
Ожидаемые результаты проекта
•
Методика сбора и систематизации космической информации
и сопутствующих данных (о геомагнитной обстановке,
солнечной
активности,
метеорологических)
для
формирования базы данных предвестников землетрясений.
•
Методы и алгоритмы предварительной и тематической
обработки, а также визуализации космических данных,
обеспечивающие
возможность
исследования
вариаций
параметров ионосферы, геодинамических особенностей и
аномалий тепловых полей, возникающих при подготовке и
протекании землетрясений, для выявления предвестников
сильных землетрясений (М≥6).
•
Экспериментальный образец системы формирования и
сопровождения базы данных предвестников землетрясений,
регистрируемых из космоса.
•
Фрагмент
базы
данных
предвестников
сильных
землетрясений (М≥6), регистрируемых из космоса, для
выбранных тестовых территорий.
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
4
Перспективы практического использования
•
Разработанные методы и методики мониторинга, позволяющие
регистрировать из космоса предвестники сильных землетрясений
(М≥6), и созданный экспериментальный образец системы
формирования
и
сопровождения
базы
данных
таких
предвестников
обеспечат
возможность
осуществления
мониторинга 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.
Потенциальные потребители:
МЧС России, Минприроды России, Геофизическая служба РАН,
научные учреждения, ВУЗы, международные организации и др.
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
5
•
•
Результаты исследовательской работы,
полученные в 2015 г.
Разработаны методики сбора и систематизации космической информации и сопутствующих данных.
Разработаны методы и алгоритмы предварительной и тематической обработки, а также
визуализации космической информации для выявления ионосферных, геодинамических и тепловых
предвестников сильных землетрясений (М≥6).
• Проведен сбор, систематизация и предварительная обработка данных
спутниковых навигационных систем за период с 2005 по 2014 гг. для выбранных
тестовых участков (Курило-Камчатский регион, Кавказ, Байкальская рифтовая
зона, Средняя Азия, Чили).
•
Проведен сбор и систематизация космических данных со спутника Aqua
(прибор AIRS) за период 2007-2014 гг., а также космических изображений со
спутников Terra/Aqua (прибор MODIS) за период 2010-2015 гг. для
сейсмоопасных районов Кавказа, Турции и Греции.
•
Значения Dst-индекса в марте 2014 г.
30
20
10
•
Разработана структура системы формирования и сопровождения базы
данных предвестников сильных землетрясений, регистрируемых из космоса.
Dst (nT)
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
01.03.14
02.03.14
03.03.14
04.03.14
05.03.14
06.03.14
07.03.14
08.03.14
09.03.14
10.03.14
11.03.14
12.03.14
13.03.14
14.03.14
15.03.14
16.03.14
17.03.14
18.03.14
19.03.14
20.03.14
21.03.14
22.03.14
23.03.14
24.03.14
25.03.14
26.03.14
27.03.14
28.03.14
29.03.14
30.03.14
31.03.14
Проведены сбор, систематизация, обработка и анализ данных о солнечной
активности и геомагнитной обстановке для выбранных периодов исследования.
Data
•
Осуществлен монтаж технических средств, а также установка и настройка
общего и общесистемного программного обеспечения.
•
Завершается
разработка
специального
программного
обеспечения,
включающего модули сбора, предварительной обработки и тематической
обработки данных о предвестниках землетрясений, а также модули,
обеспечивающие формирование и сопровождение базы таких предвестников.
•
Завершается разработка комплекта эскизной конструкторской и программной
документации на экспериментальный образец системы формирования и
сопровождения базы данных предвестников землетрясений.
•
Разработана программа и методика экспериментальных исследований.
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
6
Результаты исследовательской работы,
Выбор землетрясения
полученные в 2015 г.
Разработанные
методики
сбора
и
систематизации космической информации и
сопутствующих
данных
обеспечивают
получение:
• информации,
формируемой спутниковыми
навигационными системами для выявления
ионосферных предвестников землетрясений;
• космических
данных по характеристикам
подстилающей поверхности для сейсмоопасных
территорий;
• космической
информации
тепловых предвестников;
•
данных о геомагнитной
солнечной активности;
для
выявления
Сбор и систематизация исходных
данных для выявления предвестников
выбранного землетрясения
Ионосферные предвестники
- данные спутниковых навигационных систем;
- гелиофизические и геомагнитные индексы
Геодинамические предвестники
- космические изображения
Тепловые предвестники
обстановке
• метеорологических данных.
и
- Тематические продукты SurfSkinTemp,
SurfAirTemp, OLR;
- метеорологические данные
Ввод в базу данных
Запись параметров землетрясения
Дата
Координаты
Время
Глубина
Магнитуда
Запись исходных данных
По региону
По предвестнику
По дате
По магнитуде
Блок-схема методики сбора и систематизации космическое информации
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
7
Результаты исследовательской работы в 2015 г.
Разработанные методы и алгоритмы предварительной, тематической обработки и
визуализации данных спутниковых навигационных систем, а также программные модули,
реализующие эти методы, позволяют восстанавливать параметры ионосферы и обеспечивают
возможность выявления сейсмоионосферных аномалий.
Блок-схема обработки данных
спутниковых навигационных систем
Предварительная обработка
Преобразование исходных данных
Выбор спутников
Соглашение № 14.577.21.0108
Построение траекторий
подионосферных точек
ФЦП ИР
2014-2020
8
Примеры результатов тематической обработки данных спутниковых
навигационных систем для выявления ионосферных предвестников
землетрясений
Землетрясение в Чили 27.02.2010
(М=8.8; Н=33 км; 6:34 GMT)
conz
Вариации скорости изменения
полного электронного содержания
ионосферы в период с 21 по 27
февраля 2010 г.
Высотные профили электронной
концентрации ионосферы в период
с 19 по 28 февраля 2010г.
Соглашение № 14.577.21.0108
Всплеск скорости изменения
ПЭС ионосферы перед
землетрясением
ФЦП ИР
2014-2020
9
Результаты исследовательской работы в 2015 г.
Разработанные методы и алгоритмы предварительной, тематической обработки и
визуализации космических данных для исследования геодинамических особенностей
сейсмоопасных территорий, а также программные модули, реализующие эти методы, позволяют
выявлять линеаментные системы на космических изображениях и обеспечивают возможность
исследования геодинамических предвестников землетрясений.
Блок-схема обработки космических изображений
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
10
Примеры результатов тематической обработки космических
изображений для выявления геодинамических предвестников
землетрясений
Землетрясение в Мексике 07.04.2011 (М=6.5; Н=160 км; 13:11 GMT)
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
11
Результаты исследовательской работы в 2015 г.
Разработанные методы и алгоритмы предварительной, тематической обработки и
визуализации космических данных, полученных в ИК-диапазоне, а также программные
модули, реализующие эти методы, обеспечивают возможность исследования аномалий
тепловых полей, возникающих при подготовке и протекании землетрясений.
Блок-схема обработки космических данных
Предварительная обработка
Сбор и систематизация
исходных данных
Подбор данных
Архив
Массив
исходных
данных
Результат
Тематическая обработка
Преобразование
исходного массива
в матрицу 64880×3
Статистическая обработка
данных:
- о температуре поверхности;
- о температуре приповерхностного
слоя атмосферы;
- об уходящем длинноволновом
излучении
Aqua (AIRS)
Устранение ошибочных значений
http://mirador.gsfc.nasa.gov
Поиск
Систематизация данных
Визуализация данных
Идентификация и классификация
тепловых аномалий
1
Построение
сеточной функции
методом Кригинг
2
Создание цветовой
тематической
палитры
Формирование временного ряда
тепловых карт
4
56
55
3
54
Наложение
векторного слоя
3
53
2
52
1
51
50
0
100
4
55
4
13.08.2008
3
106
108
110
53
2
55
52
3
14.08.2008
аномалия
1
50
0
102
Соглашение № 14.577.21.0108
104
106
108
110
17.08.2008
5
1
3
2
52
51
51
1
аномалия
50
50
0
100
102
104
106
108
110
100
102
104
- исходные данные в формате *.hdf;
- информационные таблицы
4
54
53
53
52
51
56
55
2
аномалия
Ввод в базу данных
К
К
56
54
54
100
104
Отображение тепловых предвестников
землетрясений
Вт/м²
56
102
106
108
110
0
- тепловые карты;
- аналитические справки
ФЦП ИР
2014-2020
12
Примеры результатов обработки космических данных для
выявления тепловых предвестников землетрясений
Землетрясение, оз.Байкал 27.08.2008 (М=6.3; Н=10; 01:35 GMT)
Изменение уходящего длинноволнового излучения перед землетрясением
Вт/м²
4
3
2
1
0
Изменение температуры приповерхностного слоя атмосферы перед
землетрясением
К3
2
аномалия
аномалия
аномалия
1
0
Изменение температуры поверхности перед землетрясением
К5
аномалия
аномалия
4
3
аномалия
2
1
0
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
13
Результаты исследовательской работы в 2015 г.
Разработанная структура системы формирования и сопровождения базы данных
предвестников землетрясений характеризует архитектуру и состав системы, ее
функциональные подсистемы и их взаимодействие. Осуществлен монтаж технических средств
экспериментального образца системы. Завершается разработка комплекта эскизной
конструкторской и программной документации.
Функциональные подсистемы
Структура системы
Входные данные
Компоненты экспериментального образца
системы формирования и сопровождения
базы данных предвестников землетрясений
Съемные носители
Съемные данных
носители данных
Антенные
комплексы
Приемные
тракты
Устройства
управления
АРМы сбора,
предварительной
обработки данных,
администратора
БД
Средства
хранения и
управления
данными
Сервер БД и
приложений
АРМы
тематической
обработки и
визуализации
СХД
для БД
Оптический коммутатор
(до 8 Гбит/сек)
ЛВС, Ethernet, 1Гбит/сек
Интернетмаршрутизатор
Интернет-маршрутизатор
Интернетресурсы
архивных
данных
Сервер
управления
сетью
Средства
Сервер
Сервер
Сервер
хранения
обеспечения электронной
электронной почты
архивных
сетевой
почты
(резервных) копий
безопасности
Общесетевое серверное оборудование
Соглашение № 14.577.21.0108
1.Комплексы приема космических данных.
2.Внешние серверы архивных данных в сети.
3.Съемные носители данных
Подсистема сбора данных
Служебные данные для обеспечения
процессов, реализуемых подсистемами
Комплексы приема
космических
данных
Подсистема
предварительной обработки
Подсистема конвертации и
ввода в базу данных
Подсистема хранения
1.Входные (первичные) данные.
2.Результаты предварительной обработки.
3.Результаты тематической обработки.
4.Аналитические справки
Подсистема тематический
обработки
Подсистема визуализации
Выходные данные
в визуализированном виде
ФЦП ИР
2014-2020
14
Состояние выполнения запланированных
индикаторов
Наименование индикатора/показателя
Доля исследователей в возрасте до 39 лет в общей
численности исследователей
Средний возраст исследователей
Количество мероприятий по демонстрации и
популяризации результатов и достижений науки
Публикация по результатам проекта
Число патентных заявок, поданных по результатам
исследований и разработок
Объем внебюджетных средств
Требования по достижению
выполнены в полном объеме.
программных
Значение
Запланировано
35%
Достигнуто
46,5%
46
1
44,9
1
3
1
3
2
6,25
6,25
индикаторов
и
показателей
Результаты, достигнутые в 2015 году, полностью удовлетворяют Плануграфику исполнения обязательств, а также требованиям Технического задания
к выполняемым работам.
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
15
Спасибо за внимание!
Докладчик:
академик, директор НИИ «АЭРОКОСМОС» В.Г.Бондур
Соглашение № 14.577.21.0108
ФЦП ИР
2014-2020
16