Регистрация / Вход
Прислать материал

«Разработка и исследование
информационных технологий обработки, хранения, передачи и защиты данных дистанционного зондирования Земли»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0001
Организация
ИСОИ РАН
Руководитель работ
Сойфер Виктор Александрович
Продолжительность работ
2009 - 2011, 27 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Внебюджетные средства
3 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
АО СамИС
Организация
НП ПЦКГИ

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 30.09.2009
Разработаны и исследованы методы, алгоритмы и информационные технологии первичной обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), реализующие радиометрическую и геометрическую коррекции "сырых" данных ДЗЗ, взаимное геометрическое согласование и привязку крупноформатных изображений с учетом различных усложняющих факторов, автоматическое составление покрытий земной поверхности на основе мультивременных данных ДЗЗ. Разработаны научно-методические материалы для использования разработанных методов, алгоритмов и информационных технологий первичной обработки данных ДЗЗ в программе стажировки Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва.
Развернуть
2
01.10.2009 - 30.11.2009
Разработаны и исследованы методы, алгоритмы и информационные технологии компрессии крупноразмерных многокомпонентных космических изображений с управляемой погрешностью восстановления данных, а также исследована эффективность разработанных методов. Разработан формат хранения сжатых крупноразмерных многокомпонентных космических изображений и структуры хранения мультивременных изображений заданной территории земной поверхности, получаемых различными средствами ДЗЗ. Разработано учебно-исследовательское программное обеспечение, реализующее новые алгоритмы и информационные технологии хранения данных ДЗЗ. Разработаны научно-методические материалы для использования разработанных методов, алгоритмов и информационных технологий хранения данных ДЗЗ в учебном процессе Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (СГАУ). Создан макет базы данных космических снимков и произведена доработка методов, алгоритмов и информационных технологий хранения данных ДЗЗ с учетом специфики конкретных систем получения ДЗЗ.
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.06.2010
1. Наименование разрабатываемой продукции
1) методы, алгоритмы и информационные технологии выявления изменений на мультивременных изображениях территории земной поверхности, результаты исследования эффективности разработанных методов;
2) методы, алгоритмы и информационные технологии сегментации и классификации областей на космических изображениях земной поверхности, а также исследована эффективность разработанных методов;
3) методы, алгоритмы и информационные технологии обнаружения и классификации объектов, результаты исследования эффективности разработанных методов;
4) научно-методические материалы для использования разработанных методов, алгоритмов и информационных технологий тематической обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в учебном процессе Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (СГАУ);
5) учебно-исследовательское программное обеспечение, реализующее новые алгоритмы и информационные технологии тематической обработки данных ДЗЗ.
Представлен научно-технический отчет, содержащий полученные результаты НИР.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на 3-ем этапе, в том числе: разработанные виды продукции (веществ / устройств / программных продуктов / технологий / методов и результатов исследований) с указанием их характеристик, полученных, в том числе, по результатам испытаний, оценка соответствия этих характеристик требованиям задания.
На третьем этапе НИР разработана информационная технология обработки и анализа мультивременных изображениях территории земной поверхности, обеспечивающая:
- выявление изменений на изображениях одной территории,
- сегментацию и классификацию областей на изображениях,
- обнаружение и классификацию объектов на изображениях.
Задача выявления изменений реализована для случаев:
- анализа пары изображений одной территории, полученных в разное время различными спутниками,
- анализа серии изображений одной территории, полученных в разное время одним спутником.
Данная технология может быть применена в автоматическом режиме при помещении новых изображений в банк космических снимков. В основе реализованной технологии выявления изменений используются метод главных компонент и метод на основе пространственных моделей.
Для решения задачи сегментации и классификации областей и объектов проведены исследования на реальных космических изображениях как известных методов и алгоритмов (сегментации – по областям, с помощью линий водораздела и др., кластеризации, классификации на основе пороговых ограничений, по расстоянию Махаланобиса, с помощью нейронных сетей и др.), так и уникальных разработанных новых алгоритмов (иерархического древовидного классификатора).
Разработанные и исследованные методы, алгоритмы и информационные технологии тематической обработки данных ДЗЗ включены в научно-методические материалы для использования в образовательных программах СГАУ (курсы "Информационные технологии анализа изображений", "Методы распознавания образов").
Для исследования разработанных методов, а также их использования в учебном процессе СГАУ (для лабораторных работ по курсам Информационные технологии анализа изображений", "Методы распознавания образов"), разработано учебно-исследовательское программное обеспечение, в состав которого вошли программные модули выявления изменений, сегментации областей и классификации объектов на изображениях.

2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Разработанные методы впервые позволяют автоматизировать не только весь процесс преобразования данных ДЗЗ – от формирования "сырых" данных на станции приема ДЗЗ до помещения преобразованных космических снимков в банк данных, что было обеспечено на предыдущих этапах данной НИР, но и автоматически произвести и поместить в банк данных вторичные продукты – результаты анализа и тематической обработки помещаемых снимков. Разработанные алгоритмы в отличие от известных адаптированы для обработки крупноформатных многокомпонентных космических снимков. Кроме известных предложен новый алгоритм на основе иерархической классификации, показавшие высокую эффективность для решения отдельных задач тематической обработки.

2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
Особенностью разработки и исследования методов и алгоритмов тематической обработки космических снимков является апробация на реальных крупноформатных многокомпонентных космических снимках, полученных с космических аппаратов SPOT-2/4, IRS-P5/P6, Eros-A, Terra/Aqua, Landsat, что требует оптимизации алгоритмов по критериям качества и вычислительной сложности обработки. Другой особенностью является возможность их применения в автоматическом режиме, в том числе в технологической цепочке приема данных ДЗЗ и помещения их в банк космических снимков.

2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе.
Создано учебно-исследовательское программное обеспечение, в состав которого включены программные модули, реализующие методы сегментации, классификации и выявления изменений на мультивременных изображениях земной поверхности. Регистрация программного обеспечения как объекта интеллектуальной собственности будет осуществлена на следующем этапе работы.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция).
Результаты этапа НИР (информационные технологии, программное обеспечение) используются при создании регионального банка данных космических изображений, разрабатываемого с целью обеспечения эффективного использования результатов космической деятельности в интересах социально-экономического развития регионов РФ. Создаваемый банк позволит обеспечить быстрый доступ к данным ДЗЗ пользователей различных сфер хозяйствования, в которых внедряются геоинформационные технологии - в сельском и лесном хозяйстве, земледелии, градостроительном и земельном кадастре, при контроле над природными ресурсами, мониторинге за чрезвычайными ситуациями и др.

3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Результаты этапа НИР внедрены в образовательный процесс Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (СГАУ).
Разработаны научно-методические материалы для использования методов, алгоритмов и информационных технологий тематической обработки данных ДЗЗ в образовательных программах СГАУ (курсы "Информационные технологии анализа изображений", "Методы распознавания образов"). Разработано учебно-исследовательское программное обеспечение, реализующее новые алгоритмы и информационные технологии тематической обработки данных ДЗЗ, предназначенное для лабораторных работ по курсу "Математические методы обработки изображений ".
Начато практическое внедрение результатов НИР, а именно технологий и программного обеспечения для решения задач контроля сельскохозяйственных земель (контроля засеянных площадей, уточнения реальных границ посевов, оценки неравномерности всходов и др.), в рамках геоинформационной системы агропромышленного комплекса Самарской области.
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Полученные результаты приведут к значительному расширению круга пользователей данными ДЗЗ, в частности, данными, размещенными в региональном банке космических снимков Самарской области. В свою очередь, указанное расширение требует увеличения числа подготовленных научных и научно-педагогических кадров в области обработки и использования данных ДЗЗ и их закрепления в сфере науке и образования, чему также способствуют результаты, полученные на отчетном этапе.
Полученные на третьем этапе показатели выполнения НИР позволяют прогнозировать своевременное достижение всех индикаторов и показателей, заданных на 2010 год. По некоторым индикаторам ("Количество студентов, аспирантов, докторантов и молодых исследователей, закрепленных в сфере науки, образования и высоких технологий", "Количество молодых кандидатов наук – исполнителей НИР", "Доля фонда оплаты труда молодых участников НИР" и др.) требуемые годовые значения уже достигнуты или превышены.

4. Выводы
Отчетный этап НИР является третьим из шести планируемых. Работы этапа выполнены в точном соответствии с календарным планом и требованиями технического задания. Полученные результаты являются основой для выполнения следующих этапов НИР.
Развернуть
4
01.07.2010 - 30.11.2010
На четвертом этапе НИР разработано и введено в тестовую эксплуатацию экспериментальное программное обеспечение регионального банка космических снимков. При создании РБКС были реализованы новые технологии первичной обработки, хранения и тематической обработки данных ДЗЗ, разработанные на предыдущих этапах НИР и включающие:
- методы и алгоритмы радиометрической и геометрической коррекции "сырых" данных, получаемых средствами ДЗЗ;
- методы и алгоритмы взаимного геометрического согласования и привязки крупноформатных изображений с учетом различных усложняющих факторов (рельеф земной поверхности, наличие облачности, снежный покров и т.д.);
- методы и алгоритмы автоматического составления покрытий земной поверхности на основе мультивременных данных ДЗЗ;
- методы и алгоритмы компрессии (сжатия) и декомпрессии данных ДЗЗ, с использованием нового формата и структур хранения сжатых крупноразмерных многокомпонентных космических изображений;
- методы и алгоритмы обработки и анализа мультивременных изображениях территории земной поверхности, обеспечивающие выявление изменений на изображениях одной территории, сегментацию и классификацию областей на изображениях, обнаружение и классификацию объектов на изображениях.
Для созданного программного обеспечения РБКС разработана эксплуатационная документация, включающая "Описание автоматизированной системы ведения РБКС. Руководство администратора РБКС" и "Описание автоматизированной системы ведения РБКС. Руководство пользователя РБКС".
Для использования в образовательных программах СГАУ созданного программного обеспечения РБКС разработаны научно-методические материалы, в которых приведены общие сведения о программном обеспечении ведения РБКС, его настройке и запуске, описаны инструментарий и программное обеспечение для выполнения работ по внесению в РБКС снимков различных типов, их географической привязке и редактированию сопутствующих метаданных.
Основной целью проведенного патентного исследования являлась проверка патентной чистоты разработанного программного обеспечения регионального банка космических снимков. В рамках исследования дано общее описание объекта исследования и сформулирована постановка задачи патентного исследования, представлены методы и критерии производимого патентного поиска, приведены результаты поиска и на их основе сделан вывод о патентной чистоте разработанного программного обеспечения.
Развернуть
5
01.01.2011 - 30.04.2011
Разработана новая информационная технология удаленного доступа к пространственным данным, представленным в растровом и векторном виде (в региональном банке космических снимков), на основе клиент-серверной архитектуры, применения распределенной среды функционирования серверных компонент и новых интерфейсов взаимодействия клиентских и серверных приложений. Выполнена программная реализация клиентских и серверных компонент информационной технологии удаленного доступа к пространственным данным, представленным в растровом и векторном виде (в региональном банке космических снимков) с применением современных средств разработки. Разработана информационная технология удаленного доступа к метаданным (информации о хранящихся пространственных данных) в региональном банке космических снимков и выполнена ее программная реализация. Разработана эксплуатационная документация программного обеспечения удаленного доступа к данным в региональном банке космических снимков. Разработаны научно-методические материалы для использования программного обеспечения в образовательных программах СГАУ (курсы "Распределенные базы данных", "Геоинформационные системы и технологии").
Развернуть
6
01.05.2011 - 05.09.2011
1. Разработка алгоритмов, методов и информационных технологий защиты данных в региональном банке космических снимков от несанкционированного доступа и копирования данных.
2. Программная реализация разработанных новых алгоритмов и информационных технологий защиты данных в региональном банке космических снимков.
3. Разработка эксплуатационной документации программного комплекса обработки, хранения, передачи и защиты данных ДЗЗ.
4. Разработка научно-методических материалов для использования разработанных информационных технологий и программного обеспечения в образовательных программах СГАУ (курс «Информационная безопасность»).
5. Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2010 - 2012, 30 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2010 - 2012, 26 мес.
Бюджетные средства
6,7 млн
Организация
ФГАОУ ДПО ЦРГОП и ИТ
профинансировано
Продолжительность работ
2009 - 2011, 24 мес.
Бюджетные средства
10 млн
профинансировано
Тема
«Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области обработки, хранения, передачи и защиты информации»
Продолжительность работ
2009 - 2011, 29 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
76
Тема
Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области обработки, хранения, передачи и защиты информации
Продолжительность работ
2010 - 2012, 30 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
91
Тема
Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области обработки, хранения, передачи и защиты информации
Продолжительность работ
2010 - 2012, 26 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
87
Тема
«Организационно-техническое обеспечение проведения конференции «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации»»
Продолжительность работ
2011, 2 мес.
Бюджетные средства
0,9 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка прикладного программного обеспечения в области приоритетного направления «Информационно-телекоммуникационные системы» по критической технологии «Технологии обработки, хранения, передачи и защиты информации».
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2,8 млн
Количество заявок
22