Обоснование способа информационного обеспечения в труднодоступных районах Арктики (мелководных, едомных толщ, новообразованных островов)
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ РАБОТЫ 5
Выводы 16
ГЛАВА 2 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ
ИНФОРМАЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ 18
Выводы 25
ГЛАВА 3 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ ЗАДАЧИ
ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 26
Выводы 38
ГЛАВА 4 ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМА ИНФОРМАЦИОННОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРУДНОДОСТУПНОГО РАЙОНА АРКТИКИ (НА
ПРИМЕРЕ ОСТРОВА КО'ТЕЛЫ 1ЫЙ) С ПОМОЩЬЮ СПУТНИКОВ
LANDSAT-8 И SENTINEL-2 39
Выводы 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 59
ГЛАВА 1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ РАБОТЫ 5
Выводы 16
ГЛАВА 2 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ
ИНФОРМАЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ 18
Выводы 25
ГЛАВА 3 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ ЗАДАЧИ
ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 26
Выводы 38
ГЛАВА 4 ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМА ИНФОРМАЦИОННОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРУДНОДОСТУПНОГО РАЙОНА АРКТИКИ (НА
ПРИМЕРЕ ОСТРОВА КО'ТЕЛЫ 1ЫЙ) С ПОМОЩЬЮ СПУТНИКОВ
LANDSAT-8 И SENTINEL-2 39
Выводы 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 59
В настоящее время в России начался новый этап освоения Арктики и ее природных богатств. Долгое время после открытия морей и шельфов, после океанографических изысканий, Арктику рассматривали исключительно как транспортный центр и использовали для промысловой добычи рыбы и морских животных. Препятствовал суровый климат и отсутствие оборудования, которое способно работать в таких условиях.
На основании представленной информации был сформирован перечень проектов, реализуемых или запланированных к реализации на территории Арктической зоны Российской Федерации, состоящий из 145 проектов. Были представлены проекты по следующим направлениям:
- добыча и переработка полезных ископаемых - 38,9%;
- транспорт - 18%;
- добыча и переработка алмазов - более 15%;
- геологоразведка - 7% и др.
Размеры Арктики приблизительно составляют 27 млн. км2. Только по оценке прогноза экспертов более 30% мировых запасов природного газа находятся в этом районе и около 13% запасов нефти. Принимая во внимание вышеприведенные результаты можно отметить, что основным пунктом развития Арктической зоны Российской Федерации является добыча и переработка полезных ископаемых.
На сегодняшний день освоено лишь чуть больше 10% данной территории шельфа России. С 2012 года началась комплексная работа по разведке арктического шельфа и поиску минеральных ресурсов, данная программа рассчитана на долгий период, до 2030 года.[1]
Биологические ресурсы Арктики не менее богаты: пятая часть общемировых запасов пресной воды и несколько самых крупных рек Земли расположены именно здесь. Бескрайние просторы Крайнего севера - одно из последних мест дикой природе Земли, которая еще сохранилась в своем естественном виде. В таком месте водятся уникальные представители сотен видов флоры и фауны, которых нет больше нигде в мире. Миллионы перелётных птиц устремляются в Арктику в период размножения. При том, как в Северном Ледовитом океане живут многие виды морских млекопитающих. В арктических морях обитают крупнейшие популяции промысловых рыб - лосося, трески и минтая. По тундре кочуют несколько десятков многочисленных стад карибу и северных оленей, с которыми тесно связана жизнь коренных северных народов.
Так же кроме поиска ресурсов Россия начала восстановление на Новосибирских островах своей военной базы и аэродрома Темп, главной задачей которой будет обеспечение безопасности Северного морского пути. База была закрыта 20 лет назад, но сейчас туда прибыла группа военнослужащих, ведущая работы по возрождению объекта.
Объектом исследования в выпускной работе представлен Арктический регион, а в частности остров Котельный.
Предметом исследования является информационное обеспечение навигации в одном из труднодоступных районов Арктики.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка алгоритма информационного обеспечения пользователя на примере района острова Котельный с помощью спутников Landsat-8 и Sentinel-2.
Решаемые задачи:
1. Проанализировать исходные данные и спутниковые системы, используемые для достижения цели работы.
2. Рассмотреть основные методы для преобразования спутниковой информации при использовании в информационных системах.
3. Проанализировать последовательность реализации задачи информационного обеспечения.
4. Описать алгоритм информационного обеспечения труднодоступного района Арктики (на примере острова Котельный) с помощью спутников Landsat-8 и Sentinel-2.
На основании представленной информации был сформирован перечень проектов, реализуемых или запланированных к реализации на территории Арктической зоны Российской Федерации, состоящий из 145 проектов. Были представлены проекты по следующим направлениям:
- добыча и переработка полезных ископаемых - 38,9%;
- транспорт - 18%;
- добыча и переработка алмазов - более 15%;
- геологоразведка - 7% и др.
Размеры Арктики приблизительно составляют 27 млн. км2. Только по оценке прогноза экспертов более 30% мировых запасов природного газа находятся в этом районе и около 13% запасов нефти. Принимая во внимание вышеприведенные результаты можно отметить, что основным пунктом развития Арктической зоны Российской Федерации является добыча и переработка полезных ископаемых.
На сегодняшний день освоено лишь чуть больше 10% данной территории шельфа России. С 2012 года началась комплексная работа по разведке арктического шельфа и поиску минеральных ресурсов, данная программа рассчитана на долгий период, до 2030 года.[1]
Биологические ресурсы Арктики не менее богаты: пятая часть общемировых запасов пресной воды и несколько самых крупных рек Земли расположены именно здесь. Бескрайние просторы Крайнего севера - одно из последних мест дикой природе Земли, которая еще сохранилась в своем естественном виде. В таком месте водятся уникальные представители сотен видов флоры и фауны, которых нет больше нигде в мире. Миллионы перелётных птиц устремляются в Арктику в период размножения. При том, как в Северном Ледовитом океане живут многие виды морских млекопитающих. В арктических морях обитают крупнейшие популяции промысловых рыб - лосося, трески и минтая. По тундре кочуют несколько десятков многочисленных стад карибу и северных оленей, с которыми тесно связана жизнь коренных северных народов.
Так же кроме поиска ресурсов Россия начала восстановление на Новосибирских островах своей военной базы и аэродрома Темп, главной задачей которой будет обеспечение безопасности Северного морского пути. База была закрыта 20 лет назад, но сейчас туда прибыла группа военнослужащих, ведущая работы по возрождению объекта.
Объектом исследования в выпускной работе представлен Арктический регион, а в частности остров Котельный.
Предметом исследования является информационное обеспечение навигации в одном из труднодоступных районов Арктики.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка алгоритма информационного обеспечения пользователя на примере района острова Котельный с помощью спутников Landsat-8 и Sentinel-2.
Решаемые задачи:
1. Проанализировать исходные данные и спутниковые системы, используемые для достижения цели работы.
2. Рассмотреть основные методы для преобразования спутниковой информации при использовании в информационных системах.
3. Проанализировать последовательность реализации задачи информационного обеспечения.
4. Описать алгоритм информационного обеспечения труднодоступного района Арктики (на примере острова Котельный) с помощью спутников Landsat-8 и Sentinel-2.
При рассмотрении вопросов, которым посвящена данная выпускная квалификационная работ, можно отметить, что преимуществом системы дистанционного зондирования Земли является скорость, доступность и эффективность получения данных.
Перед тем как обращаться к программным ресурсам и анализировать продукты дистанционного зондирования, например, изображения со спутников, нужно иметь представление об исследуемом районе. Его климатические особенности и возможная труднодоступность, если не брать эти показатели в расчет, могут повлиять на результаты проделанной работы.
При разработке выпускной работы достигнута поставленная цель, а именно, обеспечение пользователя информацией об одном из наименее изученных арктических регионов, в районе острова Котельный, для дальнейшего исследования и использования данной информации, с помощью можно экономически выгодно и быстро исследовать обстановку в данном районе.
В ходе выполнения работы был проведен анализ, и обобщение навигационного обеспечения информацией в Арктическом регионе, дана краткая характеристика острова Котельный и омывающим его море Лаптевых, а также направление дрейфа льдов в этой области, была рассчитана площадь поверхности льда и его сплоченность для дальнейшего решения проблем доступа к острову.
Решенными задачами выпускной квалификационной работы являются:
1. Приведенные сведения об острове Котельный, который до последнего времени оставался практически неисследованным. В данной теоретической части было описано географическое местоположение острова Котельный, методом наложения снимка спутника Landsat 8, с помощью данных Геологической службы США USGS «(U.S.Geological Survey)», что дало нам представление о каком конкретно районе пойдет речь.
Также были рассмотрены характеристики спутников Landsat-8 и Sentinel-2 и используемые диапазоны регистрации приборами. Тем самым описана используемая информация, актуальность обеспечения которой возросла к недавнему времени в связи со строительными работами по восстановлению военной базы и аэродрома Темп на острове Котельгый.
2. Были приведены общие характеристики программных комплексов для обработки информации. Их использование позволяет обрабатывать изображения, полученные со спутников, выполнять географическую привязку, делать профили на водных объектах, что важно для анализа данных дистанционного зондирования Земли. Исходя из этих операций, можно сделать вывод, что с их помощью можно получить детальную информацию об исследуемом труднодоступном районе Арктики у острова Котельный. А пример доступа к ней, обработки и конкретного применения может использоваться для других районов полярных широт.
3. Все характеристики указывают на суровые климатические условия исследуемого района, что важно для анализа полученных данных и для выявления последовательности реализации задачи информационного обеспечения.
Поэтому описанные характеристики и указания на такие редкие явления, как едомные толщи, следует учитывать при планировании условий навигаций в исследуемом районе. Опираясь на эти знания, можно соотносить полученную информацию со спутников и делать прогноз для плавания судов у острова Котельный и для подхода к острову с запада.
Район исследования соседствует с судоходной трассой Северного морского пути, Информация о нем важна для использования в хозяйственных целях для перевозки грузов и доставки их в отдаленные части России, а также транспортных перевозок между Европой и Юго-восточной Азией.
4. В практической части работы описано, как полученные данные спутников Landsat- 8 и Sentinel-2 используются для описания характеристик исследуемого района с помощью различных программных комплексов, например, таких, как ScanMagic и ЮНЕСКО БИЛКО.
На примере снимков спутника Sentinel-2 были построены профили для оценок ледовой ситуации в восточной части моря Лаптевых в разные периоды времени. Оценки размеров льдин и трещин во льду, расстояний между льдинами позволило получить представление о размерах дрейфующего льда, их опасности для навигации планирования перевозки дорогостоящей техники.
Сравнительная оценка данных спутника Landsat-8, приведенные разрезы на поверхности льда, рассчитанная сплоченность дали возможность пользователю получить реальное представление об исследуемом районе, а также более точно выбрать условия выгодного и безопасного плавания к острову.
Характеристики дрейфующего льда в сочетании с метеорологическими данными у острова Котельный обеспечивают достаточными знаниями и информацией, чтобы, опираясь на нее, сделать выводы и принять решение исходя из поставленных задач навигации. Приведенные примеры могут быть использованы для оценок благоприятных условий в других районах Арктики.
Перед тем как обращаться к программным ресурсам и анализировать продукты дистанционного зондирования, например, изображения со спутников, нужно иметь представление об исследуемом районе. Его климатические особенности и возможная труднодоступность, если не брать эти показатели в расчет, могут повлиять на результаты проделанной работы.
При разработке выпускной работы достигнута поставленная цель, а именно, обеспечение пользователя информацией об одном из наименее изученных арктических регионов, в районе острова Котельный, для дальнейшего исследования и использования данной информации, с помощью можно экономически выгодно и быстро исследовать обстановку в данном районе.
В ходе выполнения работы был проведен анализ, и обобщение навигационного обеспечения информацией в Арктическом регионе, дана краткая характеристика острова Котельный и омывающим его море Лаптевых, а также направление дрейфа льдов в этой области, была рассчитана площадь поверхности льда и его сплоченность для дальнейшего решения проблем доступа к острову.
Решенными задачами выпускной квалификационной работы являются:
1. Приведенные сведения об острове Котельный, который до последнего времени оставался практически неисследованным. В данной теоретической части было описано географическое местоположение острова Котельный, методом наложения снимка спутника Landsat 8, с помощью данных Геологической службы США USGS «(U.S.Geological Survey)», что дало нам представление о каком конкретно районе пойдет речь.
Также были рассмотрены характеристики спутников Landsat-8 и Sentinel-2 и используемые диапазоны регистрации приборами. Тем самым описана используемая информация, актуальность обеспечения которой возросла к недавнему времени в связи со строительными работами по восстановлению военной базы и аэродрома Темп на острове Котельгый.
2. Были приведены общие характеристики программных комплексов для обработки информации. Их использование позволяет обрабатывать изображения, полученные со спутников, выполнять географическую привязку, делать профили на водных объектах, что важно для анализа данных дистанционного зондирования Земли. Исходя из этих операций, можно сделать вывод, что с их помощью можно получить детальную информацию об исследуемом труднодоступном районе Арктики у острова Котельный. А пример доступа к ней, обработки и конкретного применения может использоваться для других районов полярных широт.
3. Все характеристики указывают на суровые климатические условия исследуемого района, что важно для анализа полученных данных и для выявления последовательности реализации задачи информационного обеспечения.
Поэтому описанные характеристики и указания на такие редкие явления, как едомные толщи, следует учитывать при планировании условий навигаций в исследуемом районе. Опираясь на эти знания, можно соотносить полученную информацию со спутников и делать прогноз для плавания судов у острова Котельный и для подхода к острову с запада.
Район исследования соседствует с судоходной трассой Северного морского пути, Информация о нем важна для использования в хозяйственных целях для перевозки грузов и доставки их в отдаленные части России, а также транспортных перевозок между Европой и Юго-восточной Азией.
4. В практической части работы описано, как полученные данные спутников Landsat- 8 и Sentinel-2 используются для описания характеристик исследуемого района с помощью различных программных комплексов, например, таких, как ScanMagic и ЮНЕСКО БИЛКО.
На примере снимков спутника Sentinel-2 были построены профили для оценок ледовой ситуации в восточной части моря Лаптевых в разные периоды времени. Оценки размеров льдин и трещин во льду, расстояний между льдинами позволило получить представление о размерах дрейфующего льда, их опасности для навигации планирования перевозки дорогостоящей техники.
Сравнительная оценка данных спутника Landsat-8, приведенные разрезы на поверхности льда, рассчитанная сплоченность дали возможность пользователю получить реальное представление об исследуемом районе, а также более точно выбрать условия выгодного и безопасного плавания к острову.
Характеристики дрейфующего льда в сочетании с метеорологическими данными у острова Котельный обеспечивают достаточными знаниями и информацией, чтобы, опираясь на нее, сделать выводы и принять решение исходя из поставленных задач навигации. Приведенные примеры могут быть использованы для оценок благоприятных условий в других районах Арктики.
