Задачи лаборатории

Основными направлениями деятельности лаборатории геоинформатики ГЦ РАН являются:
• создание интегрированной интеллектуальной геоинформационной среды, объединяющей в себе технологии геоинформационных систем (ГИС) и методы распознавания образов для решения геофизических задач;
• разработка теории, методов и технологий создания и использования цифровых картографических произведений различного назначения.

Интеллектуальная ГИС предназначена для организации сбора и накопления тематической информации и предоставления на основе ее анализа и обработки достоверных природных, социально-экономических, экологических, статистических и иных данных с привязкой к конкретным географическим объектам (областям). Основной целью данного направления исследований является адаптация созданных в ГЦ РАН алгоритмов распознавания образов, основанных на методах нечеткой логики и нечеткой математики, и их интеграция в единой геоинформационной среде с базами данных по наукам о Земле.

Актуальность направления исследований

Разрабатываемая ГИС является уникальной, поскольку включает в себя информационные слои различной тематики и дает возможность решения широкого круга научных задач, подготовки и принятия решений в различных предметных областях. Другой важнейшей особенностью создаваемой ГИС является ее интеллектуальная составляющая в виде. комплекса алгоритмов дискретного математического анализа (ДМА), предназначенных для распознавания образов, классификации и кластеризации данных, позволяющих одновременно обрабатывать различные совокупности слоев ГИС. Объединение в единой интеллектуальной геоинформационной среде разнообразных информационных массивов и ресурсов обеспечивает их совместное представление пользователям, включая визуализацию и пространственный анализ.

ГИС, обеспечивающая интеграцию прикладных алгоритмов обработки геоданных, предоставляет научному сообществу единую интегрированную среду для их выполнения и представления результатов. Она обеспечит фундаментальные исследования целого ряда институтов широчайшим спектром данных, эффективно сопряженных с алгоритмами их обработки, и будет использована при решении многих фундаментальных проблем в науках о Земле.

Основные достижения лаборатории

Создан прототип интеллектуальной ГИС «Данные наук о Земле по территории России», включающей в себя цифровые карты РФ различных тематических слоев данных по наукам о Земле.

Выполнено информационное наполнение ГИС новыми тематическими слоями данных по наукам о Земле, полученными из российских, зарубежных и международных научных источников. В настоящее время база геоданных ГИС содержит более 200 тематических слоев по 19 категориям данных.

Для информационного обеспечения ГИС используются ресурсы различных научных организаций, в том числе:
• Институты РАН;
• Мировые центры данных (МЦД) Мировой системы данных (МСД);
• Геологическая служба США (United States Geological Survey, USGS);
• Британская геологическая служба (British Geological Survey, BGS);
• Немецкий исследовательский центр по наукам о Земле (German Research Centre for Geosciences, GFZ);
• Парижский институт физики Земли (Institut de Physique du Globe de Paris, IPGP);
• Институт окружающей среды и экологической устойчивости (Institute for Environment and Sustainability, IES) под эгидой Центра объединенных исследований Европейской комиссии (European Commission Joint Research Centre, EC JRC);
• Международная ассоциация по геомагнетизму и аэрономии, МАГА (International Association of Geomagnetism and Aeronomy, IAGA);
• Международный институт прикладного системного анализа (Австрия) (International Institute for Applied Systems Analysis, IIASA).

Разработаны технология и средства интеграции методов распознавания образов в единой геоинформационной среде в виде централизованного каталога алгоритмов обработки геоданных (ЦКАОГД). ЦКАОГД представляет собой подсистему ГИС, отвечающую за доступ к специфическим алгоритмам обработки геофизических данных, выполняемым централизованно на сервере ГИС. Создание и пополнение каталога производится самими пользователями. Каждый загруженный пользователем алгоритм проходит проверку и публикуется администратором, после чего становится доступным сообществу.

Сервер ГИС включает необходимое программное и техническое обеспечение для выполнения алгоритмов и передачи результатов пользователю, а также хранилище геоданных и результатов их обработки. Таким образом, для выполнения обработки данных и представления результатов пользователю достаточно иметь веб-браузер.

В отличие от исполнения алгоритмов на локальном компьютере, технология ЦКАОГД обладает следующими преимуществами:
• постоянно пополняемый набор алгоритмов с детальными сведениями о них;
• возможность выполнения нескольких алгоритмов последовательно на одном наборе данных;
• минимальные требования к рабочему месту пользователя: все вычисления выполняются на сервере, пользователь получает только результаты;
• возможность удаленного доступа к базе геоданных и результатов их обработки.

Создана подсистема визуализации ГИС, предназначенная для обеспечения взаимодействия между ГИС и ее пользователями, включая визуализацию слоев геоданных (отображение карты), манипуляцию областью отображения карты, управление набором геоданных и представление результатов выполнения алгоритмов, хранящихся в ЦКАОГД.

Создан программно-аппаратный демонстрационный комплекс со сферическим проекционным экраном, являющийся средством визуализации нового поколения, не имеющим аналогов в России. Он предоставляет принципиально новые возможности трехмерной визуализации, представления и отображения данных, имеющих географическую привязку и организованных в среде ГИС.

Другим важнейшим приложением технологии ГИС явилось создание серии цифровых карт магнитного поля Земли для разработанного в ГЦ РАН Атласа магнитного поля Земли (МПЗ). Атлас включает коллекцию цифровых карт Главного магнитного поля Земли (ГМПЗ) с 1500 по 2010 гг. Он представляет собой унифицированный набор физических, общегеографических, тематических, в том числе исторических карт МПЗ, а также справочных (текстовых и табличных) материалов, позволяющих тщательно и разносторонне изучать проблему МПЗ с 1500 г.

В лаборатории была разработана технология создания в среде ГИС цифровых карт пространственно-временных вариаций ГМПЗ за 1500—2010 гг. по историческим и современным данным с использованием современных и исторических моделей.

Технология ГИС позволяет быстро и эффективно картографировать любые характеристики магнитного поля Земли, как смоделированные, так и наблюденные. При этом, система условных обозначений и прочее оформление, необходимые для адекватного отображения созданных карт, генерируются автоматически согласно разработанному шаблону. По указанной технологии также созданы карты векового хода ГМПЗ, движения магнитных полюсов, геомагнитных индексов и вариаций ГМПЗ в период мировых магнитных бурь, а также карты аномалий магнитного поля Земли.

Также разработаны, внедрены и реализованы:
• Методы и технологии создания цифровых топографических карт и их банков;
• Концепция создания центров геоинформации Роскартографии;
• Концепция обеспечения органов государственной власти Российской Федерации цифровыми топографическими картами;
• Концепция создания ГИС для органов государственной власти;
• Принципы и концепция создания и организации промышленного производства цифровых топографических карт Роскартографии;
• Концепция создания распределенной базы пространственных данных органов государственной власти;
• Концепция создания ситуационного центра Аппарата Правительства Российской Федерации;
• Принципы формирования организационно-штатной структуры ситуационных центров органов государственной власти.