Регистрация / Вход
Прислать материал

Суда и волны в полярных регионах

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:

Цель проекта:
1. Формулировка задачи/проблемы, на решение которой направлен реализуемый проект. Реализуемый проект направлен на решение важной проблемы обеспечения безопасности деятельности в Арктике-мореплавания, разведки и добычи углеводородов, рыболовства, туризма и др., на основе создания автоматизированных систем мониторинга и прогнозирования состояния ледяного покрова с применением данных спутниковых наблюдений в рамках единой̆ оперативной̆ информационной̆ системы с использованием унифицированной̆ базы спутниковой̆ информации. Такая система должна быть разработана с учетом реальных изменений климатических условий, произошедших в последние десятилетия. 2. Формулировка цели реализуемого проекта. Главная цель проекта - расширение возможностей оперативных сервисов, обеспечивающих безопасность морского транспорта и операций на шельфе арктических морей̆, включая ледовые прикромочные зоны: улучшение прогнозирования волнения в покрытых льдом морях, описание поведения льда в условиях волнения, а также усовершенствование использования данных спутникового дистанционного зондирования для исследования волнения и ледяного покрова в условиях изменяющегося климата.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Краткое описание основных результатов (основные практические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).
Главным результатом проекта в целом будет протестированная в реальных условиях система мониторинга и прогнозирования состояния морского льда в Арктике для поддержки безопасной деятельности и навигации в арктических морях. Будет улучшен сервис в рамках Глобальной системы мониторинга для окружающей среды и безопасности (Global Monitoring for Environment and Security -GMES) для получения данных о волнах и морском льде в арктическом регионе и разработана усовершенствованная модель волнения в прикромочных зонах. Разрабатываемая система мониторинга ледовых условий должна включать комплексную автономную компьютерную программу для расчетов и графического представления текущих ледовых условий для интересующего района, которая может быть использована без привлечения ледового эксперта, участие которого необходимо лишь на стадии настройки алгоритма для конкретного моря или крупного региона.
В целом система будет интегрирована с автоматической спутниковой системой идентификации положения и движения морских судов (АИС) и включать в себя блок методов расчета ледовых характеристик, полей дрейфа, идентификацию и оценку дрейфа айсбергов, прогноз ледовых условий. Все расчеты должны быть основаны на данных радиолокационного спутникового зондирования и спутниковых изображений видимого диапазона, включенных в специализированный архив данных.
В качестве основного результата в области климатических исследований планируется получение оценки современных и ожидаемых климатических изменений в Арктическом бассейне, в том числе характеристик ледового покрова, влияющих на продолжительность навигации на Северном морском пути (СМП). Будет оценена способность современных климатических моделей воспроизводить средние климатические значения продолжительности ледового сезона и ее изменений для последних десятилетий.

2. Основные характеристики планируемых результатов (в целом и/или отдельных элементов), научной (научно-технической, инновационной) продукции.
Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей разрабатываемую научно-техническую проблему, должен включать обзор новейших научных информационных источников за период 2010 – 2015 гг.
Патентные исследования должны быть выполнены в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
Планируется создание баз данных моделирования и спутниковой информации (с акцентом на данные новейшего спутника Sentinel-1). Интерактивная система сбора, архивирования и поиска данных дистанционного зондирования и результатов модельных расчетов должна быть оформлена в виде компьютерной программы, сопряженной с сайтом Нансен-центра и сайтом проекта.
Должны быть усовершенствованы методы классификаций морского ледяного покрова и расчета полей дрейфа льда на основе теории компьютерного зрения. Система оценки состояния ледяного покрова будет строится на основе единого набора данных дистанционного зондирования, единого блока предварительной обработки и фильтрации данных и интегрирована с системой автоматической идентификации судов для более эффективного обеспечения информацией потребителей.
Важнейшим разделом исследования станут оценки современных и прогнозируемых изменений ледового покрова и характеристик атмосферы для арктического региона. Они будут получены по данным глобальных климатических моделей CMIP5, а также анализа многолетней среднегодовой и сезонной изменчивости состояния атмосферы и морского льда Арктического региона. Верификация климатическиз моделей для региона исследования будет проведена по данным наземных наблюдений и данным реанализа Европейского центра среднесрочных прогнозов (ЕЦСПП). На основе данной верификации будут выбраны лучшие модели для прогнозирования будущих изменений ледяного покрова в Арктике.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Описание конечного продукта, создаваемого с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта, места и роли проекта и его результатов в решении задачи/проблемы.
В результате исследования должен быть создан веб-интерфейс, работающий в сети интернет и доступный для широкого круга пользователей, дающий доступ к результатам научного анализа и возможность интерактивного использования созданной в рамках проекта автономной компьютерной программы для расчетов и графического представления текущих ледовых условий для интересующего района Арктики на основе данных мониторинга (инструментального и спутникового) и прогнозирования (на основе моделирования) для обеспечения безопасной работы и навигации в арктических морях.

В состав программного продукта будут включены: система сбора, архивирования и поиска данных дистанционного зондирования; результаты модельных прогнозов и их статистической обработки на основе векторно-алгебраического подхода при описании векторных рядов (полей) данных наблюдений (таких как дрейф льда, течения, ветер); усовершенствованные методы расчета дрейфа льда по последовательным парам космических снимков и теории распознавания образов (компьютерного зрения).

2. Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.
Новизна научных и технологических решений определяется использованием данных спутникового дистанционного зондирования, получаемых с новейших спутников, разработкой перспективных методов анализа ледовых условий на основе новейших достижений теории компьютерного зрения, использованием современных методов статистического анализа (в частности векторно-алгебраического метода обработки временных рядов векторных величин), использованием данных современных климатических моделей. В отличие от существующих мировых аналогов систем мониторинга и обеспечения данными пользователей, когда информация об элементах ледяного покрова получается при использовании ряда разрозненных методик, в разрабатываемой системе процесс сбора и обработки информации будет унифицирован и включен в единую информационную систему, интегрированную с системой идентификации положения и движения судов в арктическом регионе.

3. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
Достижение заявленных результатов базируется на предшествующих оригинальных разработках методов обработки и анализа данных дистанционного зондирования, данных открытых баз исходной и обработанной информации о состоянии ледяного покрова и данных глобальных моделей. Методы анализа развиваются с применением новых подходов и использованием современных теоретических разработок (теория компьютерного зрения и др.). Гарантированность выполнения задач проекта заключается в наличии собственных баз данных и разработанных прототипов методов расчета и анализа. Ограничения и риски могут быть связаны с процессом поступления новых текущих данных спутникового дистанционного зондирования, таких как, Sentinel-1, доступных для научного использования. Однако, текущие данные с этого спутника поступают непрерывно, и в ближайшее время планируется запуск следующего спутника данной серии. Также могут быть доступны (иногда на платной основе) данные других спутников. Валидация методов может проводиться на основе различной информации из собственных баз данных. Поэтому риски оцениваются как минимальные.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Описание областей применения планируемых результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться результаты или планируемая на их основе инновационная продукция).
Главными потенциальными потребителями ожидаемых результатов являются мореплаватели, осуществляющие ледовое плавание как в летний̆, так и в зимний̆ период, разработчики полезных ископаемых на шельфе арктических морей̆ – нефтяные и газовые компании, представители рыболовной̆ отрасли. В частности, среди российских потребителей̆ информации могут быть следующие организации: Ассоциация подрядчиков арктических проектов «Мурманшельф», Беломорский порт, ООО «Газпром нефть шельф», ООО «Газпромнефть Марин Бункер», ООО «Газпромнефть-Сахалин», ООО «Гекон», Кандалакшский торговый порт, ООО «Мортранс», Мурманский Морской Биологический Институт РАН, ЗАО «Роснефтефлот», ФАУ «Российский морской регистр судоходства», Мурманский филиал, ООО «Системы промышленной безопасности», ООО «ЭкоЦентр», Атомфлот и другие промышленные и коммерческие компании.

2. Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования.
Области применения полученных результатов включают использование результатов климатического анализа для развития комплексных исследований изменчивости окружающей̆ среды. Разработанные и усовершенствованные методики анализа данных дистанционного зондирования могут использоваться как раздельно для тематической̆ оперативной̆ целевой̆ поддержки морских операций в Арктике, так и в составе автоматизированных систем мониторинга в онлайновым режиме, в сопряжении с системой̆ идентификации судов (АИС), а также через интеграцию в бортовое программное обеспечение типа NavPlanner.

3 Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений, разработку новых технических решений; на изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сферы.
Планируемые результаты будут получены с учетом изменяющихся требований потребителей, для чего в рамках проекта будут организованы семинары и совещания с представителями практических организаций. Анализ предложений и замечаний, сформированных в результате дискуссий, позволят определить перспективы развития методов обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды и системы предоставления услуг практическим организациям. Информирование всех заинтересованных лиц осуществляется, как и обычно, через создаваемый сайт проекта, в итоге для потребителей может быть доступна возможность интерактивного использования разработанных методик (авторские права на которые должны быть защищены в соответствии с законодательством РФ). В состав исполнителей проекта включены молодые специалисты, 3 аспиранта, и в рамках проекта в содружестве с Санкт-петербургским государственным университетом студентами будут выполняться бакалаврские и магистерские диссертации, что определяет также и социальную роль проекта в сфере подготовки кадров высшей квалификации.

4. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры.
Исследования в рамках проекта выполняются с учетом и на базе результатов предшествующих международных проектов. Текущие и планируемые финальные результаты будут широко обсуждаться на российских и международных совещаниях и конференциях. Планируется публикация результаты в ведущих мировых и российских научных журналах, на сайте проекта ассоциированном с сайтом центра также будут демонстрироваться результаты работы. Запланированы доклады на открытых научных мероприятиях (таких, как заседания комиссий Русского географического общества).

Текущие результаты проекта:
Текущие результаты получены в рамках первого этапа выполнения проекта и связаны, в первую очередь, с развитием системы сбора информации, методов обработки и анализа. В частности: завершается аналитический обзор современной литературы по направлениям исследований; сформулированы основные положения предмета патентных исследований; обсужден план координации и интеграции исследований с внебюджетными проеками и с учетом расширения задач; подготовлена рабочая схема системы сбора, архивирования и поиска спутниковых данных и результатов модельных расчетов; разработана новая версия прототипов метода автоматической классификации морского ледяного покрова; выполнены предварительные тестовые расчеты ледовых карт с оценкой точности.