Разработка экспериментального образца программно-аппаратного комплекса для формирования динамически обновляемого радиолокационного покрытия и оперативного мониторинга гидрометеорологической, снеговой, ледовой и навигационной обстановки транспортных маршрутов Крайнего Севера и Арктической зоны

Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы»
Номер Соглашения Электронного бюджета 075-15-2019-1831.
Внутренний номер соглашения 05.604.21.0236
Приоритетное направление: Информационно-телекоммуникационные системы.
Критические технологии: Нано-, био-, информационные, когнитивные технологии. Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации её загрязнения
Период выполнения: 03.12.2019 - 30.11.2020
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, спутниковая радиолокация, дифференциальная спектрометрия, обнаружение судов, обнаружение ледяного покрова, цифровая обработка изображений, распознавание образов, классификация объектов, беспилотный летательный аппарат, искусственный интеллект, водный транспорт, арктическая зона

Этап № 1 (промежуточный)

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении грантов в форме субсидий от 03.12.2019 № 05.604.21.0236 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 «Обоснование и выбор направления исследований» в период с 03.12.2019 по 31.12.2019 выполнялись следующие работы:

Аналитический обзор современной научно- технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ за период 2014 – 2019 гг.
Патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
Анализ актуальных прикладных задач мониторинга гидрометеорологической, снеговой, ледовой и навигационной обстановки транспортных маршрутов Крайнего Севера и Арктической зоны и обоснование путей их решения в ходе анализа данных космической радиолокационной съемки.
Обоснование критериев качества исходных материалов радиолокационного дистанционного зондирования Земли и пригодности их для последующей обработки, с учетом требований рассмотренных прикладных задач и разработка технических требований к материалам радиолокационного дистанционного зондирования.
Анализ существующих информационных технологий, обеспечивающих обработку данных космической радиолокационной съёмки в режиме непрерывной поточной обработки с целью обеспечения требуемой для конкретных районов оперативности предоставления результатов анализа.
Анализ имеющихся методов обработки и анализа данных ДЗЗ, полученных с БПЛА (применительно к условиям Крайнего Севера и Арктики).
Анализ технических характеристик и возможностей современных БПЛА и периферийного оборудования, установка которого возможна на БПЛА (применительно к вопросам их нормального функционирования в условиях Крайнего Севера и Арктики).
Выработка требований к техническим характеристикам периферийного оборудования, устанавливаемого на БПЛА (видеокамеры, инфракрасные камеры и др.)

При этом были получены следующие результаты:

Выполнено обоснование критериев качества исходных материалов радиолокационного дистанционного зондирования Земли и пригодности их для последующей обработки.
Выработаны требования к техническим характеристикам периферийного оборудования, устанавливаемого на БПЛА.
Осуществлен анализ существующих информационных технологий, обеспечивающих обработку данных космической радиолокационной съёмки в режиме непрерывной поточной обработки с целью обеспечения требуемой для конкретных районов оперативности предоставления результатов анализа.
Осуществлен анализ имеющихся методов обработки и анализа данных ДЗЗ, полученных с БПЛА (применительно к условиям Крайнего Севера и Арктики).

Предложенный комплексный подход к мониторингу и анализу гидрометеорологической, снеговой, ледовой и навигационной обстановки позволит более точно оценивать обстановку. Комплексный подход основывается на получении информации об обстановке из разных типов источников (космическое радиолокационное зондирование и съёмка с БПЛА с помощью различных типов сенсоров).

Предлагаемые направления исследований базируются на отечественном и международном опыте применения методик и информационных технологий для задач мониторинга гидрометеорологической, снеговой, ледовой и навигационной обстановки. Предлагается адаптация и развитие этих методик и технологий с учетом прогресса в создании новых методов и средств дистанционного зондирования, обработки комплексных многомерных данных, технологий геоинформационных систем.

Задачи первого этапа ПНИ решены в полном объеме. Полученные в ходе работы результаты дают основание для проведения дальнейших теоретических проблемно-ориентированных исследований, разработки экспериментального образца и проведения экспериментальных исследований на следующем этапе ПНИ.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе выполненными надлежащим образом.

Этап 2 (заключительный)

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении грантов в форме субсидий от 03.12.2019 № 05.604.21.0236 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 «Теоретические и экспериментальные исследования. Обобщение и оценка результатов исследований» в период с 01.01.2020 по 30.11.2020 выполнялись следующие работы:

Разработка модели орбитальных группировок спутников ДЗЗ для планирования получения данных с космических аппаратов с целью обеспечения требуемой оперативности по районам съемки.
Разработка программы и методики испытаний (экспериментальных исследований) ЭО ПАК информационной системы мониторинга состояния транспортных маршрутов Арктического региона на основе данных космической радиолокационной съемки и оперативной съёмки с применением БПЛА.
Разработка компонента для создания динамически обновляемого сплошного радиолокационного покрытия на территориях прохождения транспортных путей для северных районов РФ.
Разработка компонента по сбору и обработке данных ДЗЗ, полученных со спутников и БПЛА.
Разработка компонента по созданию сервисов предоставления данных мониторинга транспортной инфраструктуры на требуемые районы.
Изготовление экспериментального образца программно-аппаратного комплекса информационной системы мониторинга состояния транспортных маршрутов Арктического региона на основе данных космической радиолокационной съемки и оперативной съёмки с применением БПЛА.
Дополнительные патентные исследования по заявленной тематике по ГОСТ 15.011-96.
Обобщение результатов ПНИ.
Испытания (экспериментальные исследования) ЭО программно-аппаратного комплекса в соответствии с разработанной Программой и методиками.

При этом были получены следующие результаты.

В рамках создания экспериментального образца программно-аппаратного комплекса разработаны:

Модель орбитальных группировок спутников ДЗЗ для планирования получения данных с космических аппаратов с целью обеспечения требуемой оперативности по районам съемки, включающая в себя:

модуль сбора орбитальных параметров КА радиолокационного ДЗЗ;
модуль расчета траекторий КА радиолокационного ДЗЗ.

Компонент для создания динамически обновляемого сплошного радиолокационного покрытия на территориях прохождения транспортных путей для северных районов РФ:

модуль первичной обработки данных радиолокационного ДЗЗ, полученных от радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА);
модуль построения выборок радиолокационных изображений, включаемых в состав покрытия на выбранный район;
ПО взаимной привязки данных, полученных с БПЛА, и данных спутниковой радиолокационной съемки.

Спроектирован и разработан БПЛА типа «октокоптер», предназначенный для оперативной съемки транспортных маршрутов Арктического региона.

Разработано ПО предназначенное для автоматической посадки БПЛА и интеллектуального анализа графических данных, поступающих с установленных на БПЛА сенсоров.

Разработаны: программная и конструкторская документация, программа и методики экспериментальных исследований.

Изготовлен экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса (ЭО ПАК).

Проведены экспериментальные исследования ЭО ПАК в соответствии с разработанной Программой и методиками.

Областями применения полученных результатов могут быть следующие отрасли промышленности: транспорт и связь, геология и разведка недр, геодезическая и гидрометеорологическая службы, водное хозяйство, рыбное хозяйство. Полученные результаты могут повлиять на разнообразные аспекты освоения Арктики, такие как: обеспечение безопасности транспортных маршрутов, защита северных границ в Арктике, добыча рыбы и морепродуктов, добыча энергоносителей и др.

Задачи второго этапа ПНИ выполнены в полном объеме.

Назад в список проектов