Работы по госзаданию «Геоинформационно-картографический анализ и дистанционный мониторинг взаимодействия природы и общества»
Лаборатория геоинформационных исследований
осуществляет научные исследования по Государственному заданию по теме
«Геоинформационно-картографический анализ и дистанционный мониторинг взаимодействия природы и общества»
(№ 0148-2019-0010)
AAAA-A19-119022190168-8
1. Формирование, развитие и апробация прототипов технологических решений интеграции тематических пространственных данных (на примере исследований в экономической и социальной географии, выбранных сферах физической географии);
3. Разработка комплекса алгоритмов для построения пространственных моделей природно-хозяйственных систем в режиме реального времени;
По указанным направлениям, в соответствии с изложенными ниже задачами и содержанием исследований, получены следующие результаты :
- По направлению «Формирование, развитие и апробация прототипов технологических решений интеграции тематических пространственных данных (на примере исследований в экономической и социальной географии, выбранных сферах физической географии)»
Направление интеграции пространственных данных из различных источников, в связи с происходящим бурным ростом числа источников таких данных и их объемов, является одним из важнейших для влияния науки на изменение культуры обращения с такими данными в обществе. Оно органически дополняет другие традиционные направления географических исследований, основанные на самостоятельном сборе исследователями данных непосредственно в существующих на территории природных и социальных системах, на обработке какого-то одного вида данных о земной поверхности, например, дистанционного зондирования Земли и др.
Актуальность данного направления возрастает в связи с ростом масштабов и разнообразия несоответствий между пространственными данными из различных источников, происходящим по мере представления все большего числа источников цифровых данных в информационно-телекоммуникационной сети. Научное обоснование для принятия решений в условиях массовых несоответствий пространственных данных на основе связки «наука-инновации-технологии» в связи с этим приобретает исключительно важное значение и проникает в деятельность миллионов субъектов, меняя культуру обращения с пространственными данными, увеличивая тем самым и общественную потребность в научных разработках.
В 2020 году в рамках данного направления темы разрабатывались и апробировались прототипы технологических решений по интеграции тематических данных в следующих областях :
(а) интеграция пространственных данных при создании интегральных ландшафтно-почвенных карт и разработке необходимой для них классификации. В существующем разнообразии почвенных и ландшафтных карт представлены различные классификации объектов, интегрированный анализ которых в предлагаемом решении осуществляется через сопоставление пространственных данных таких карт. Показано, что разработка интегральной классификации реализуема посредством автоматизированного анализа пространственных данных множества таких карт в среде геоинформационных систем на основе анализа несоответствий между этими данными и зафиксированными в них принципами классификации.
(б) разработан прототип технологии автоматизированного удостоверения соответствия адресных данных, являющихся компонентом набора данных удостоверяющего местоположения пространственных объектов в соответствии с ГОСТ Р 53339, ранее разработанным Институтом географии РАН. Разработанное решение позволит реализовать услугу удостоверения соответствия адресов в различных юридически значимых источниках, массовые расхождения которых в настоящее время существенно сдерживают реализацию цифровой трансформации экономики и влекут излишние транзакционные издержки, измеряемые десятками миллионов рублей. В отчетный год принято решение об образовании сетевого центра компетенций по проблеме, с участием специалистов Института географии РАН, органов местного самоуправления (пилотная площадка Института географии РАН в городском округе Мытищи Московской области), Почты России, специалистов Росреестра, при поддержке Министерства цифрового развития, связи и коммуникаций РФ.
По результатам исследования опубликована научная статья, индексируемая в Web of Sciences, квартиль Q1 «Problems of modern soil mapping and ways to solve them», Nikiforova Aleksandra A., Fleis Maria E., Nyrtsov MaximV., Kazantsev Nikolay N., Kim Klim V., Belyonova Nina K., Kim Julia K, журнал Catena, издательство CATENAVerlag (Germany), том 195, № 12, с. 1-8 , DOI https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104885
Сделан доклад на Международной научно-технической конференции «Пространственные данные в условиях цифровой трансформации» (Москва, МИИГАиК, 25-27 мая 2020 г.) https://www.youtube.com/watch?v=a0x-ia5dvzk&feature=youtu.be
По материалам доклада подготовлена научная статья Казанцев Н.Н., Гришин П.Н. , Флейс МЭ Титов Г.С., Ефремов М.А. «Плохие» пространственные данные о земельных участках как ресурс для эффективного развития, статья сдана для публикации в журнал «Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка» в раздел «Геоинформатика» http://journal.miigaik.ru/
- По направлению «Разработка моделей интеграции и обработки неограниченно масштабируемых потоков пространственно-временных данных».
В условиях расширения диапазона создаваемых различными субъектами пространственных данных и данных дистанционного зондирования Земли, охвата все более широкого спектра уровней с увеличением темпов обновления, возникают новые проблемы в сфере интеграции таких данных, требующие научной проработки. Способствующее указанным процессам падение удельной стоимости создания и обновления данных в процессах их производства влечет новые проблемы в полном цикле обращения с данными. Данные быстрее теряют актуальность, возрастают несоответствия в данных и решениях на их основе на различных уровнях.
В 2020 году в рамках данного направления темы разрабатывались и апробировались :
(а) модели обращения с пространственными данными и данными дистанционного зондирования Земли из космоса в полном цикле, включающем их интеграцию и использование. В существующих условиях, при которых сферы производства и обращения данных дистанционного зондирования Земли из космоса, с одной стороны, и пространственных данных и иных видов дистанционного зондирования Земли разделены на уровне действующего законодательства и связанных с ними организационных и технических документов, очень важно выработать и поддерживать модельные представления, обеспечивающие их согласованное обращение. В этой связи разработаны модельные представления о единой последовательности «производство данных –информационные продукты на основе данных – сервисы на основе продуктов – включение продуктов в технические и бизнес-процессы конечных выгодоприобретателей». Разработанные модельные представления использованы при разработке первых национальных стандартов в области дистанционного зондирования Земли из космоса и при согласовании разработок, осуществляемых государственныыми регуляторами в указанных двух областях.
(б) осуществлялись исследования в области математической основы геоинформационных систем в целях интеграции разнородных пространственных данных из различных источников. Многие мелкомасштабные тематические карты на территорию СССР и России, в том числе созданные в последние годы, представлены в косых перспективно-цилиндрических проекциях, поскольку в них наилучшим образом может быть показана вся территория страны с учетом полярных владений. Однако в программных средствах распространенных в мире геоинформационных систем (ГИС) такие картографические проекции до настоящего времени не поддерживаются, а научная задача их описания в целях обеспечения интеграции пространственных данных ранее не была решена. Это не позволяло использовать пространственные данные множества составленных в них карт в научных исследованиях, требующих доказательного, полного и всестороннего рассмотрения имеющихся о территории данных, а также и классификаций, которые зафиксированы в пространственных данных, в их совокупности в современной геоинформационной среде. В рецензируемой статье отражены аргументация, решения и результаты всего цикла проведенного авторами научного исследования от проработки теоретических вопросов и описаний проекций до формул и решений для практики преобразования цифровых карт с примерами применения, позволяющие ликвидировать указанный существовавший пробел в научных знаниях. Для устранения указанного пробела в научных знаниях разработано полное описание таких проекций, показана их геометрия. Собраны и адаптированы для ГИС существующие формулы и выведены недостающие, написаны программы на языке Python. Перспективно-цилиндрические проекции сферы дополнены переходом от поверхности эллипсоида вращения к сфере, что позволяет использовать мелкомасштабную обзорную карту в составе мультимасштабной ГИС как основу для привязки карт более крупного масштаба. Приведены примеры карт, созданных в косых перспективно-цилиндрических проекциях, и карт, преобразованных в другие проекции.
Результаты исследования и концептуальные положения использованы АНО ВО «Университет Иннополис» при разработке серии первых национальных стандартов в области данных дистанционного зондирования Земли из космоса по заказу Государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос» (письмо N2672-исх от 28.11.2019 г., информация Росстандарта об утверждении стандартов https://www.gost.ru/portal/gost/home/presscenter/news?portal:componentId=88beae40-0e16-414c-b176-d0ab5de82e16&navigationalstate=JBPNS_rO0ABXczAAZhY3Rpb24AAAABAA5zaW5nbGVOZXdzVmlldwACaWQAAAABAAQ3MjcwAAdfX0VPRl9f), в проекте стратегии отрасли пространственных данных в Российской Федерации до 2030 г.
По результатам исследования подготовлена научная статья :
М.Э. Флейс, М.В. Нырцов, А.А. Никифорова, М.А. Солдаткина «Перспективно-цилиндрические проекции для интеграции данных в геоинформационной системе» , сдана в научный журнал «Известия РАН Серия географическая» (индексируется в Scopus).
Рис.2 Фрагмент отсканированного изображения почвенной карты России, трансформированной из косой перспективно-цилиндрической проекции ЦНИИГАиК в коническую проекцию Красовского
- По направлению «Разработка комплекса алгоритмов для построения пространственных моделей природно-хозяйственных систем в режиме реального времени.
Для построения эффективных пространственных моделей природно-хозяйственных систем необходим учет лежащих в основе таких систем процессов интеграции пространственных данных, анализ затрат времени и влияния «плохих» пространственных данных (массовых несоответствий пространственных данных при их интеграции из разных источников). В исследовании используется трактовка «реального времени» как реальных затрат времени на совокупность процессов от формирования данных до их включения в технические и бизнес процессы деятельности потребителей. Данное направление является актуальным и важным в научном плане в связи с развитием направления формирования «цифровых двойников» территории в рамках цифровой трансформации в сфере пространственных данных, тесно связанных с деятельностью по линии цифровой экономики и переходом отрасли от производства данных к производству сервисов на основе информационных продуктов.
В 2020 году в рамках данного направления темы разрабатывались и апробировались :
(а) алгоритмы выявления транзакционных издержек, в том числе временных издержек в процессах обращения с пространственными данными по цепочке «наука – инновации-технологии-производство данных-информационные продукты-сервисы для потребителей-встраивание данных и продуктов через сервисы в собственные процессы потребителей-подготовка кадров». Показано, что в данном случае можно говорить об информационных аналогах, сходных по самому принципу с выделением энергопроизводственных циклов Н.Н.Колосовского, эффективность которых заключается в снижении транзакционных издержек. Предлагаемый подход предложен в качестве основы для цифровой трансформации отрасли обращения с пространственными данными в условиях развития цифровых платформ и сетевых межотраслевых центров компетенций.
(б) проведен анализ влияния явления «всплесков» плохих пространственных данных на примере влияния распространения коронавирусной инфекции. Как и в ранее проведенных исследованиях подобных всплесков плохих пространственных данных в других областях, система управления и общество, ориентированные на действия в условиях «хороших» данных, продолжительное время не располагают надежной качественной информацией и, соответственно, знаниями для адаптации к влиянию вызова, что существенно осложняет такую адаптацию , влечет изменение устойчивости, значительные стрессы для выживания всех субъектов общества людей в течении «всплеска». Следствием неспособности системы управления и общества культурно и технологически оперативно адаптироваться к таким «всплескам» являются продолжительные по времени ограничения, накладываемые на всю территорию регионов без их территориальной дифференциации, что на продолжительный период влечет значительные транзакционные издержки и существенно ограничивает экономическую и социальную деятельность. Проведенный нами анализ на локальном уровне показывает, что эти издержки могут быть значительно снижены предложенным нами решением по «умному» зонированию территории, учитывающим как территориальную дифференциацию территории по опасности в режиме приближения к реальному времени, так и действие фактора «плохих» данных. Значительная часть территорий в каждый момент времени в высокой степени безопасна, и динамически изменяющееся «умное» зонирование, доступное в том числе на мобильных устройствах, позволит существенно снизить издержки, способствовать развитию активности ранее периферийных территорий.
По результатам исследований по теме сделаны следующие доклады :
— на стратегической сессии Национальной технологической инициативы (НТИ) по дорожным картам по направлению «Геохаб» группы Аэронет (коллективный доклаад), одобренный межведомственной рабочей группой НТИ http://nti-aeronet.ru/blog/2020/03/11/proekty-ajerospejsnet-proshli-stress-testy/
-доклады с презентациями на региональных конференциях НТИ в Центральном федеральном и Дальневосточном округах (ноябрь 2002 г.) – https://docs.google.com/document/d/1UuFfn9z1jEkqD7yeF3ZawXUvVN443kVzoFF4dyVccF0/edit?usp=sharing https://docs.google.com/document/d/1CXymp-ajIWc3eehJWp5XXt5cDMCFMRdeplTlB-lvY9Q/edit?usp=sharing
По результатам исследования подготовлена научная статья Казанцев Н.Н., Тарарин А.М., Шкуров Ф.В. «Цифровая трансформация системы обращения с пространственными данными в условиях развития цифровых платформ и центров компетенций», сдана в научный журнал «Геодезия и картография» (индексируется в Scopus) https://geocartography.ru/ . Разработанные положения вошли в текст разработанного в 2020 году проекта стратегии развития отрасли пространственных данных на период до 2030 года.
Подготовлен и включен в программу сессии Комитета «География управления» Международного географического союза» «Local Governance and the COVID-19 Pandemic: impacts, challenges, responses» в рамках Ежегодной конференции Ассоциации Американских географов 7-11 апреля 2021 года доклад Kazantsev N.N., Grishin P.0N., Efremov M.A., Fleis M.E., Titov G.S. « GIS solutions for local and regional management in the context ofthe spread of СOVID-19 as a burst of bad spatial data»
Рис.3 Распределение населения и заражения COVID-19.
Добавить комментарий