На главную ИПС РАН

Назад в список проектов

Разработка технологии автоматизированной обработки и анализа данных ДЗЗ для решения задачи мониторинга акваторий океанов и морей с целью обнаружения промысловых рыбных скоплений

Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы».
Номер соглашения 14.607.21.0153.
Период выполнения: 03.10.2016 – 30.06.2019.
Приоритетное направление: информационно-телекоммуникационные системы.
Критическая технология: нано-, био-, информационные, когнитивные технологии.

Ключевые слова: рыбные скопления, дистанционное зондирование Земли, геопространственные данные, цифровая обработка изображений, распознавание образов, классификация объектов, мультиспектральная спутниковая съемка

Этап № 1 (промежуточный)

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 03.10.2016 № 14.607.21.0153 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 «Выбор направления исследований» в период с 03.10.2016 по 30.12.2016 выполнялись следующие  работы.

  1. Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР, в том числе, обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты – не менее 15 научно-информационных источников за период 2010 – 2015 гг.

  2. Патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.

  3. Обоснование и выбор направления исследований в области разработки технологий обработки данных ДЗАОМ с целью извлечения и анализа информации об объектах природного и техногенного характера.

  4. Разработка технических требований к исходным данным, позволяющим гарантировать возможность детектирования и идентификации ОИ при обработке изображений, полученных при ДЗАОМ, с требуемыми показателями качества обработки.

  5. Анализ характеристик объектов природного и техногенного характера, присутствующих на морской (океанской) поверхности на материалах ДЗАОМ различной степени разрешения и формирование перечня идентификационных признаков, присущих этим объектам.

  6. Анализ источников данных ДЗАОМ и прочих ГПД, соответствующих техническим требованиям к исходным данным.

При этом были получены следующие результаты.

  1. Предложен трехуровневый подход к организации системы поиска рыбных скоплений на основе данных ДЗ.

  2. Разработаны технические требования к исходным данным, позволяющим гарантировать возможность детектирования и идентификации объектов при обработке изображений, соответствующие масштабам физических процессов, происходящих в океане.

  3. Разработаны требования к надёжной индентификации объектов интереса на основе анализа характеристик объектов природного и техногенного характера.

  4. Предложен комплексный подход к использованию различных типов источников данных ДЗ и геопространственных данных на основе их анализа.

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

Этап 2 (промежуточный)

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 03.10.2016 № 14.607.21.0153 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 исследования поставленных перед ПНИЭР задач» в период с 01.01.2017 по 29.12.2017 выполнялись следующие работы.

  1. Разработка методов и алгоритмов формирования моделей цифровых изображений ОИ, получаемых на основе обработки данных ДЗАОМ.

  2. Разработка методов и алгоритмов выделения идентификационных признаков ОИ по данным ДЗАОМ.

  3. Разработка методов и алгоритмов поиска, детектирования, классификации и идентификации ОИ при обработке данных ДЗАОМ.

  4. Разработка дизайн-концепции ЭО КОДДЗ.

  5. Разработка Программной документации на ЭО КОДДЗ.

  6. Разработка Программы и методик экспериментальных исследований ЭО КОДДЗ на модельных и реальных данных.

  7. Разработка архитектуры комплекса вычислительных средств ЭО КОДДЗ, обеспечивающего массивно-параллельную потоковую обработку данных.

  8. Разработка Конструкторской документации на комплекс вычислительных средств ЭО КОДДЗ, обеспечивающего массивно-параллельную потоковую обработку данных.

  9. Разработка и создание комплекса вычислительных средств ЭО КОДДЗ, обеспечивающего массивно-параллельную потоковую обработку данных

  10. Разработка классификатора объектов, представляющих интерес для идентификации и анализа ОИ и их идентификационных признаков, используемых при обработке данных ДЗАОМ.

  11. Разработка классификатора и справочника источников ГПД, используемых при обработке данных ДЗАОМ.

  12. Разработка методики получения, обработки и анализа материалов ДЗАОМ с целью обнаружения и оценки характеристик промысловых рыбных скоплений.

При этом в рамках проекта были получены следующие основные результаты.

  1. редложен трехуровневый подход к организации системы поиска рыбных скоплений на основе данных ДЗ.

  2. Разработаны методы и алгоритмы: формирования моделей цифровых изображений объектов интереса (ОИ), включая методы моделирования геометрических характеристик и текстуры ОИ, оптических свойств атмосферы и морской среды; выделения идентификационных признаков районов с потенциально высокой вероятностью местонахождения рыбных скоплений и областей с высокой рыбопромысловной активностью.

  3. Разработан комплекс вычислительных средств, обеспечивающий массивно-параллельную потоковую обработку данных.

  4. Разработаны классификаторы ОИ и источников геопространственных данных (ГПД).

Разработанные модели цифровых изображений ОИ формируют фотореалистичные изображения снимков участков земной поверхности, содержащих изображения объектов типа «рыбное скопление» с присущими им физическими и оптическими характеристиками. Методы выделения идентификационных признаков районов с потенциально высокой вероятностью местонахождения рыбных скоплений используют исторические и актуальные наборы данных о параметрах состояния Мирового океана, из которых выделяется комплекс метеорологических и океанографических данных, содержащий 18 признаков. Идентификация рыбопромысловой активности осуществляется путём выделения и анализа признаков, описывающих траекторию движения судна (координаты, курс, курсовая скорость).

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

Этап 3 (заключительный)

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 03.10.2016 № 14.607.21.0153 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 № 3 «Экспериментальные исследования. Обобщение и оценка результатов исследований» в период с 01.01.2018 по 31.12.2018 выполнялись следующие работы.

  1. Разработка и создание компонентов программного обеспечения ЭО КОДДЗ в составе:

    • комплекс компонентов (программная библиотека) реализующих алгоритмы поиска, детектирования классификации и идентификации ОИ при обработке данных ДЗАОМ;

    • комплекс компонентов (программная библиотека) реализующих алгоритмы формирования моделей цифровых изображений ОИ, получаемых при обработке данных ДЗАОМ;

    • комплекс компонентов (специализированная программная библиотека) реализующих алгоритмы обработки данных дистанционного зондирования океана и морей в поточном режиме;

    • компонент электронного хранилища данных ДЗАОМ и результатов обработки;

    • компонент визуализации и доступа к данным, а также управления хранением и обработкой данных в ЭО КОДДЗ;

    • компонент удаленного доступа к данным;

    • компонент интеграции и сбора данных с удаленных источников ГПД, данных ДЗАОМ.

  2. Выполнение работ по сборке, наладке и настройке ЭО КОДДЗ, включая первичное тестирование работоспособности его подсистем.

  3. Проведение экспериментальных исследований ЭО КОДДЗ на модельных данных в соответствии с разработанной Программой и методиками.

  4. Обобщение результатов ПНИЭР.

  5. Подготовка предложений и рекомендаций по реализации (коммерциализации) результатов ПНИЭР, вовлечению их в хозяйственный оборот.

  6. Разработка технических требований к характеристикам данных ДЗАОМ, получаемых от систем космического мониторинга, обеспечивающим требуемое качество решения задачи оперативного дистанционного мониторинга поверхности океана с целью поиска промысловых рыбных скоплений, с целью обоснования выбора технических характеристик систем ДЗАОМ существующих и перспективных космических аппаратов.

  7. Обоснование научно-технических путей последующей разработки программных комплексов на базе технологии обработки данных дистанционного зондирования океана и морей с целью извлечения и анализа информации об объектах природного и техногенного характера.

  8. Разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка системы оперативного дистанционного мониторинга поверхности океана для проведения рыбопромысловой разведки».

  9. Проведение экспериментальных исследований ЭО КОДДЗ на реальных данных в соответствии с разработанной Программой и методиками.

При этом в рамках проекта были получены следующие основные результаты.

  1. Предложен трехуровневый подход к организации системы поиска рыбных скоплений (РС) на основе данных ДЗ.

  2. Разработаны методы и алгоритмы: формирования моделей цифровых изображений объектов интереса (ОИ), включая методы моделирования геометрических характеристик и текстуры ОИ, оптических свойств атмосферы и морской среды; выделения идентификационных признаков (ИП) районов с потенциально высокой вероятностью местонахождения РС и областей с высокой рыбопромысловной активностью.

  3. Разработаны классификаторы ОИ и источников геопространственных данных.

  4. Разработаны программное обеспечение (ПО) экспериментального образца комплекса обработки данных ДЗ (ЭО КОДДЗ) и комплекс вычислительных средств, обеспечивающий массивно-параллельную потоковую обработку данных.

Модели цифровых изображений ОИ формируют фотореалистичные изображения снимков земной поверхности, содержащих объекты «рыбное скопление». Методы выделения ИП районов РС используют исторические и актуальные наборы данных о параметрах состояния Мирового океана. Идентификация рыбопромысловой активности осуществляется путём выделения и анализа признаков, описывающих траекторию движения судна. Методы и алгоритмы базируются на отечественном и международном опыте применения методов анализа данных ДЗ и рыбной разведки, что позволяет развивать их с учетом прогресса в создании новых методов ДЗ и обработки многомерных данных. Полученные результаты дают основания для выполнения ОКР «Разработка системы оперативного дистанционного мониторинга поверхности океана для проведения рыбопромысловой разведки».

В ПО ЭО КОДДЗ использованы последние отечественные и зарубежные достижения в области анализа метеорологических и океанографических данных и судоходной активности по смежной проблематике. Совместное использование апробированных и доказавших эффективность на международном уровне методов позволит достичь синергического эффекта при решении задачи поиска рыбных скоплений.

В результате работ по проекту было создано 3 охраноспособных результата интеллектуальной деятельности.

  1. Программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации № 2018610737 от 16.01.2018 «Океанографический анализ рыбопромысловых зон».

  2. Программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации № 2019610687 от 15.01.2019 «Fish Aggregation Imagery Simulator v.1.0».

  3. Программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации № 2019610686 от 15.01.2019 «Ocean Satellite Imagery Simulator v 1.0».

Назад в список проектов