Проект ГЦ РАН: аналитическая ГИС для комплексного прогнозирования и оценки стратегического сырья России

Государственная геологическая карта России масштаба 1:2 500 000 (ВСЕГЕИ)
Государственная геологическая карта России масштаба 1:2 500 000 (ВСЕГЕИ)

Начиная с 2015 года Геофизический центр Российской академии наук (ГЦ РАН) принимает участие в приоритетной Программе фундаментальных исследований Президиума РАН № I.4П «Месторождения стратегического сырья в России: инновационные подходы к их прогнозированию, оценке и добыче».

Программа была сформирована в составе направления «Рациональное природопользование» и входит в подраздел исследований, который посвящен научным основам разработки методов, технологий и средств исследования поверхности и недр Земли, атмосферы, гидросферы и криосферы, а также численному моделированию и геоинформатике. Цель Программы — создание инновационных подходов к прогнозированию, оценке и добыче стратегического сырья России.

Научно-организационное руководство Программой «Месторождения стратегического сырья в России: инновационные подходы к их прогнозированию, оценке и добыче» возложено на академика РАН Н. С. Бортникова. В рамках данной Программы ГЦ РАН выступил с предложением по реализации проекта «Аналитическая геоинформационная система для комплексного прогнозирования и оценки стратегического сырья России».

С 2012 года ГЦ РАН также является исполнителем в Программе фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН IV.8.7 «Интеллектуальный анализ геофизических данных, геоинформатика и математическая геофизика». Руководителем проекта является академик РАН, профессор, доктор физико-математических наук, директор ГЦ РАН А. Д. Гвишиани, а ответственным исполнителем — старший научный сотрудник ГЦ РАН, кандидат физико-математических наук Р. И. Красноперов.

Тематика перечисленных проектов коррелирует с одним из основных направлений исследований ГЦ РАН, которое связано с проведением фундаментальных научных исследований и прикладных разработок в области геоинформатики, ориентированных, в частности, на развитие новых подходов к обработке больших объемов сложной геофизической информации на основе технологий географических информационных систем (ГИС) и методов интеллектуального анализа данных.

Для поступательного и эффективного развития наук о Земле необходимыми являются данные, регистрируемые различными системами наблюдений. При этом одинаково важны как данные современного мониторинга для оперативной оценки окружающей среды, прогноза и предотвращения природных и техногенных катастроф, так и исторические данные, которые позволяют лучше понять динамику земных и околоземных процессов. Вместе с тем, постоянный рост числа данных наблюдений и увеличение количества разрозненных моделей, описывающих одни и те же явления, представляет собой проблему, решить которую и постарались специалисты ГЦ РАН путём разработки инструментария для сбора, анализа и редактирования цифровой геопространственной информации.

Интерфейс разработанного картографического приложения
Интерфейс разработанного картографического приложения

Целью научно-исследовательской работы по данному направлению является создание современной аналитической ГИС, предназначенной для хранения, интеграции, визуализации и предоставления пользователям пространственных данных по геофизике для их дальнейшего анализа и интерпретации. Подобные современные информационные системы обеспечивают удобный и оперативный доступ к данным различной тематики, позволяют оперировать массивами пространственных данных и выполнять сложный многоуровневый интеллектуальный анализ. При этом повышение автоматизации процедур анализа данных позволяет специалисту сосредоточиться на принятии конкретных управленческих решений.

Базу пространственных данных ГИС составляют цифровые геолого-геофизические карты, карты физических полей (гравитационного, магнитного), карты расположения месторождений полезных ископаемых и многие другие. В общей сложности база геоданных содержит данные, объединенные в 21 тематическую категорию и опубликованные в формате картографических веб-сервисов. Доступ к ним осуществляется средствами специализированного геопортала ГИС (http://gis.gcras.ru/).

По итогам нескольких лет исследований в рамках проекта «Аналитическая геоинформационная система для комплексного прогнозирования и оценки стратегического сырья России» в ГЦ РАН был получен ряд важных научных результатов. Так, было осуществлено расширение базы геоданных и метаданных за счет включения новых тематических данных по геологии и геофизике, разработаны и оптимизированы алгоритмы интеллектуального, автоматизированного анализа данных, произведена их адаптация для работы с геоданными и интеграция в единую интеллектуальную ГИС. Создаваемая в ГЦ РАН ГИС может обеспечить металлогенический геоинформационный анализ, создание геоинформационных моделей геологического строения, создание моделей пространственного распределения месторождений, усовершенствование технологии геологического районирования, выявление закономерностей распределения месторождений с учетом всей совокупности прогнозно-поисковых факторов, общую оценку минерально-сырьевой перспективности конкретных регионов.

Зоны возможного возникновения эпицентров значительных (М≥4,5) землетрясений в Крыму и на западе Северного Кавказа, распознанные системой FCAZ (Fuzzy Clustering And Zoning)
Зоны возможного возникновения эпицентров значительных (М≥4,5) землетрясений в Крыму и на западе Северного Кавказа, распознанные системой FCAZ (Fuzzy Clustering And Zoning)

Важнейшим результатом работы над проектом в 2016 г. стало расширение и обновление картографического сервиса «Геофизика» за счет включения данных о вертикальных смещениях литосферы, вызванных динамическим воздействием мантийной конвекции (динамическая топография). Эти данные, ранее представленные в качестве числовых моделей и сеточных значений, были оформлены в форме полноценных цифровых карт с подробным метаописанием. Также в базу были включены результаты распознавания мест возможного возникновения эпицентров сильных землетрясений для таких регионов, как Крым, Калифорния, горный пояс Анд, Кавказ.

В заключение отметим, что реализованный в ГЦ РАН проект по своему уровню технических решений соответствует ведущим аналогам в данной области. В качестве сравнения можно привести тематический геопортал по месторождениям полезных ископаемых, созданный в ГГМ им В. И. Вернадского РАН или геопортал по геологии, созданный и развиваемый во ВСЕГЕИ.

По результатам работы по проекту было опубликовано несколько статей (см. список публикаций в конце статьи).

Публикации:

1) Красноперов Р.И., Соловьёв А.А. Аналитическая геоинформационная система для комплексных геолого-геофизических исследований на территории России // Горный журнал. № 10, 2015. с. 89–93. (https://doi.org/10.17580/gzh.2015.10.16)

2) Nikolov B.P., Zharkikh J.I., Soloviev A.A., Krasnoperov R.I., Agayan S.M. Integration of data mining methods for Earth science data analysis in GIS environment // Russian Journal of Earth Sciences, 2015, Vol. 15, No. 4, ES4004. (https://doi.org/10.2205/2015ES000559)

3) Soloviev A.A., Zharkikh J.I., Krasnoperov R.I., Nikolov B.P., Agayan S.M. GIS-oriented solutions for advanced clustering analysis of geoscience data using ArcGIS platform // Russian Journal of Earth Sciences, 2016, Vol. 16, No. 6, ES4004. (https://doi.org/10.2205/2016ES000587)

4) Красноперов Р.И., Соловьев А.А., Николов Б.П., Жарких Ю.И., Груднев А.А. Интерактивное веб-приложение для комплексного изучения пространственной информации по наукам о Земле с использованием базы геоданных ГЦ РАН // Исследования по геоинформатике. 2016 Т. 4. No1. (https://doi.org/10.2205/2016BS039)


Р. Красноперов, А. Павленко

Метки: ГЦ РАН

Печать