Финансирование разработки

Начало работ по комплексному проекту: 2007 г.

Помимо бюджетного финансирования, привлечены внебюджетные средства, в том числе собственные средства организации.

Краткое описание

Комплексный проект «Технологии оценки состояния и динамики растительных ресурсов наземных экосистем на основе дистанционного мониторинга» посвящён разработке новых автоматизированных технологий, предназначенных для создания широкого спектра информационных продуктов, характеризующих состояние и динамику растительности наземных экосистем по данным аэрокосмического мониторинга:

• технология динамического картографирования растительного покрова и других типов наземных экосистем по временным сериям данных дистанционных наблюдений на различных уровнях пространственной дифференциации;
• технология выявления и оценки изменений состояния растительного покрова по временным сериям данных дистанционных наблюдений под воздействием деструктивных факторов (включая пожары, вырубки, вспышки массового размножения насекомых, техногенные загрязнения, аномальные метеорологические явления);
• технология оценки биометрических и продукционных характеристик растительности по данным дистанционных наблюдений (включая плотность проективного покрытия, долю поглощённой фотосинтетически активной радиации, чистую первичную продукцию);
• технология предварительной обработки данных дистанционных наблюдений, обеспечивающая формирование базовых продуктов для автоматизированного анализа временных рядов наблюдений, в том числе, калиброванных и географически привязанных данных наблюдений; безоблачных композитных изображений; карт распределения вегетационных индексов, влажностных, температурных и некоторых других характеристик;
• технология обеспечения оперативного представления данных пользователям, включая долговременные архивы данных о характеристиках растительных ресурсов, полученные на основе методов дистанционного зондирования по территории России и зон её экономических интересов.

Разработанные технологии обеспечивают автоматическую идентификацию не менее различных классов растительности (включая 5 типов лесного покрова) с погрешностью оценки проективного покрытия менее 20 % с разрешением не хуже 250 метров для выявления участков изменений на локальном и на национальном уровнях. Дистанционные данные накапливаются в долговременных архивах ёмкостью более 250 Тбт, с интенсивностью заполнения до 500 Гбт в день.

В рамках проекта, наряду с зарубежными, могут использоваться отечественные космические аппараты (Ресурс-ДК, Метеор-М), предусмотрена возможность использования перспективных спутников ДЗЗ, а также сети отечественных наземных станций приёма космической информации.

На основе созданных методов и выполненных разработок получен 1 патент и поданы ещё 6 заявок на получение патентов на изобретение, а также 10 заявок на получение свидетельств о государственной регистрации баз данных и программного обеспечения.

Охрана, рациональное использование и оценка состояния растительных ресурсов является важным направлением развития национальной экономики, особенно в связи с изменениями в лесном законодательстве Российской Федерации. В связи с этим разработанные технологии позволят значительно улучшить существующие технические решения в специализированных отраслевых системах спутникового мониторинга, обеспечив их эффективную эксплуатацию на основе комплексной обработки разнородных аэрокосмических данных на различных уровнях пространственной дифференциации.

Конкурентные преимущества

Для исследования на рынке научно-технической продукции проведены маркетинговые исследования собственными силами исполнителя. В рамках проекта разработана также информационно-аналитическая система валидации для обеспечения постоянной конкурентоспособности созданных технологий и учёта перспектив развития глобальных систем мониторинга окружающей среды.

При анализе данных дистанционного зондирования существующие технологии и программные пакеты, как зарубежные, так и отечественные, используют преимущественно цветотоновую обработку спектрозональных или панхроматических изображений с дальнейшей тематической кластеризацией и картографическим отображением, включая 3D-представление и анимацию. Такая обработка не приводит к значимому увеличению числа признаков при дешифрировании космических изображений.

Преимуществами созданных автоматизированных технологий дистанционного мониторинга является существенное дополнение в технологии обработки новых признаков, формируемых на основе данных, полученных с различных аэрокосмических средств: оптических систем высокого разрешения, авиационных гиперспектрометров, радиолокационных средств. Это достигается за счёт использования новых алгоритмов комплексной обработки различных типов аэрокосмической информации, позволяющих сформировать большее количество информационных признаков по значимым параметрам растительного покрова.

Указанные преимущества позволяют более чем в 2 раза повысить достоверность автоматического дешифрирования аэрокосмических изображений при решении задач оперативного и регулярного дистанционного мониторинга растительности наземных экосистем, обеспечить точность оценки проективного покрытия растительностью лучше 15 %, оперативно (с частотой пролёта спутников) оценивать пожароопасные ситуации по влажности атмосферы и почвы, с возможностью использования этих оценок для определения реального глобального распределения парниковых газов над планетой и других глобальных климатических параметров.

Информационные продукты для оценки состояния и динамики растительности наземных экосистем по данным аэрокосмического мониторинга, создаваемые с помощью новых автоматизированных технологий, характеризуются следующими показателями:

• максимально возможное расширение сферы применения разрабатываемых технологий и информационных продуктов;
• высокая достоверность предоставляемой информации и специальная адаптация под нужды конкретного потребителя;
• стоимость услуг, в том числе с применением космической съёмки с высоким и сверхвысоким разрешением, по критерию «цена-качество» ниже, чем стоимость услуг, предоставляемых на этом рынке.

Научный центр аэрокосмического мониторинга «Аэрокосмос» укомплектован квалифицированными научными и инженерно-техническими кадрами, специалистами в области разработки методов и технологий дистанционного зондирования, общесистемных принципов создания аэрокосмических систем и проведения аэрокосмического мониторинга природной среды, обработки и интерпретации аэрокосмической информации.

Научный центр аэрокосмического мониторинга «Аэрокосмос» использует в своей деятельности уникальную научно-производственную базу, включающую аппаратные и программно-технические средства приёма и обработки данных дистанционного зондирования Земли из космоса, поступающие от различных спутников, аппаратура которых имеет различное пространственное разрешение и позволяет осуществлять мониторинг в обзорном, среднем, детальном и сверхдетальном режимах, в том числе и в оперативном режиме.

Научная значимость

Имеющиеся технические и программные средства обработки аэрокосмической информации применяются для выполнения различных проектов и программ, связанных с мониторингом природной среды, по результатам которых сформированы базы данных аэрокосмических изображений с пространственным разрешением от долей метра до километра.

При разработке автоматизированных технологий дистанционного мониторинга оценки состояния и динамики растительных ресурсов наземных экосистем использованы различные новые технологические решения. Так, разработанное программное обеспечение для сбора аэрокосмической информации и формирования долговременных архивов представляет собой универсальный конвертор данных, основанный на использовании новейших стандартов хранения и представления пространственной информации. В основе технологии ввода и хранения аэрокосмической информации лежит механизм постоянного расширения функциональных возможностей конвертирования: добавление в обработку данных из нового источника, в том числе и нового формата/канала данных; новых типов объектов тематической обработки; подключение новых видов преобразований и т. д.

В технологии оценки биометрических и продукционных характеристик растительности используется двумерное описание полога леса на основе новых критериев: «плотность полога» и «ажурность крон». Принципиальное отличие предлагаемого нового подхода заключается в том, что конечные пользователи получают информационные продукты, необходимые для ежедневной практики управления региональным развитием, в отличие от зарубежных аналогов, использующих одномерное описание в виде индекса LAI, который нельзя применять напрямую в практических приложениях.

Примеры практического применения

Разработанные технологии ориентированы на применение в системах мониторинга и прогноза состояния окружающей среды, в лесном и сельском хозяйстве, гидрометеорологии и климатологии, при мониторинге чрезвычайных ситуаций и оценке их последствий, в том числе:

• при формировании системы комплексного аэрокосмического мониторинга растительных ресурсов, а также других систем дистанционного мониторинга для решения задач рационального природопользования и прогнозирования опасных природных процессов;
• при разработке и составлении рекомендаций органам исполнительной власти РФ для принятия эффективных управленческих решений, а также при подготовке кадров в области экологии и исследования природных ресурсов.
• при оперативном мониторинге природных пожаров, угрожающих объектам электроэнергетики и др.

Коммерческая проработка для реализации созданной продукции начата в 2009 г. Для решения финансово-экономических вопросов, связанных с коммерциализацией и продвижения на рынок разработанных технологий мониторинга, создана совместная рабочая группа из специалистов и профессиональных менеджеров различных организаций.

Ряд информационных продуктов и услуг, предоставляемых с использованием созданных технологий, востребован различными коммерческими организациями,. Так, разработанные базовые автоматизированные технологии дистанционного мониторинга уже внедрены и находят практическое применение, например, в рамках реализации ОЦП «Использование результатов космической деятельности и современных геоинформационных технологий в целях ускорения социально-экономического развития и повышения конкурентоспособности Калужской области (2007—2010 гг.)» на основе сотрудничества с научно-производственной фирмой «ГЕО».

Услуги по оперативному выявлению очагов природных (лесных, степных и др.) пожаров и оценке масштабов их воздействия на наземные экосистемы в различных регионах России используются для оперативного автоматического мониторинга лесопожарной обстановки, о чем также имеются акты внедрения в действующую систему космического мониторинга очагов пожаров для оперативной оценки их воздействия на состояние магистральных электрических сетей и электрических подстанций на территории Российской Федерации.

На основе обработки данных дистанционных наблюдений на различных уровнях пространственной дифференциации, выполненной с использованием разработанных технологий, создан геоинформационный продукт для перспективного планирования развития электрических сетей Ямало-Ненецкого автономного округа, включая месторождения нефти и газа на территории ЯНАО.

География рынка сбыта

Услуги с использованием разработанных технологий дистанционного мониторинга могут предоставляться для всей территории Российской Федерации, её регионов и субъектов Федерации, для локальных территорий, интересующих отдельные компании и коммерческие организации, а также планируется их использование для территорий различных государств (страны СНГ, Европы, Китай, Монголия, Япония и др.) отдельных или частей Земного шара (например, Северная Евразия).

Объём рынка сбыта

Планируется оказание услуг по специальной и комплексной тематической обработке данных, полученных при дистанционном мониторинге наземных экосистем, в объёме 10—15 млн. руб. в год, начиная с 2010 г.

Разработчик

Aerocosmos Scientific Center for Aerospace Monitoring (Aerocosmos)