ГЦ РАН, ул. Молодежная, д. 3, г. Москва, 119296. Тел.: +7 495 930-05-46; факс: +7 495 930-05-06

Лаборатория геоинформатики и геомагнитных исследований

Задачи лаборатории

Лаборатория создана для развития новых подходов к обработке больших объемов сложной геофизической информации на основе технологий географических информационных систем (ГИС) и методов нечеткой логики и нечеткой математики. Предусматривается развитие новых математических подходов и адаптация существующих методов распознавания образов для изучения магнитного поля Земли и решения других геофизических задач. Отдельной обширной задачей является развитие методов распознавания возмущений с заданной морфологией на временных рядах геомагнитных данных. Деятельность лаборатории осуществляется по следующим направлениям:

  1. Распознавание образов
    • Развитие теоретико-алгоритмической базы распознавания;
    • Создание авторских программных продуктов;
    • Задачи распознавания по магнитным данным;
    • Другие геофизические и геологические задачи распознавания;
  2. Создание аналитической многодисциплинарной ГИС
    • Составление многодисциплинарных баз геопространственных данных по наукам о Земле;
    • Создание и публикация тематических ГИС-сервисов в сети Интернет;
    • Адаптация разработанных в ГЦ РАН алгоритмов распознавания образов и их интеграция в единой геоинформационной среде с базами геопространственных данных;
  3. Развертывание магнитных наблюдений и создание российского сегмента ИНТЕРМАГНЕТ
    • Создание пяти новых российских обсерваторий ИНТЕРМАГНЕТ как совместных обсерваторий ГЦ РАН и институтов региональных отделений РАН;
    • Осуществление мобильных магнитных наблюдений;
  4. Создание в ГЦ РАН национального узла сбора геомагнитных данных по обслуживанию российских магнитных обсерваторий ИНТЕРМАГНЕТ
    • Передача в ГЦ РАН магнитограмм с уже функционирующих российских обсерваторий ИНТЕРМАГНЕТ в реальном времени;
    • Публикация алгоритмов распознавания образов на сети Интернет;
    • Организация хранения магнитограмм российских обсерваторий в базах данных.

Актуальность направления исследований

Для современного этапа развития геофизики характерен переход от моделей общего характера, основанных в основном на применении общих физических закономерностей, к моделям описания конкретных геофизических объектов и структур. Объекты геофизических исследований обычно обладают сложной внутренней структурой и изменяются со временем. Для таких объектов критерий повторяемости условий опыта (в отличие от более простых физических систем) может не выполняться. Следствием этого является определенная общность методологических подходов между геологией и геофизикой и областями гуманитарного знания со значительной нечеткостью используемых понятий и характеристик и большой ролью трудно формализуемого мнения отдельных экспертов.

Нечеткая информация обычно обрабатывается специалистами-экспертами. Однако, ввиду огромного объема исходных данных, такое решение может оказаться практически нереализуемым. Отсюда возникает задача автоматизированного анализа большого объема фактической информации при отсутствии вполне четко и однозначно сформулированных критериев и признаков исследуемых объектов. Для решения таких задач используются методы распознавания образов, в частности, экспертные системы и алгоритмы обработки данных на основе нечеткой логики. Также для этих целей разрабатываются и используются методы кластеризации и морфологического анализа.

Опыт сопоставления получаемых результатов с результатами применения классических подходов (например, статистических) дает основание предположить, что методы, разрабатываемые в ГЦ РАН, оказываются эффективнее при определенной нехватке фактической информации и/или при обработке более сложно устроенных сигналов. В этих случаях классические методы дают менее устойчивые результаты. Наоборот, при достаточном объеме данных для эффективной работы классических статистических методов, они оказываются эффективнее (за счет большей простоты реализации и большей определенности получаемых результатов).

Интенсивное накопление пространственных данных требует использования эффективных и современных информационных технологий анализа. Для получения новых фундаментальных научных обобщений перспективным подходом является использование современных ГИС, предоставляющих доступ к данным различной тематики и позволяющих выполнять как традиционные операции по работе с массивами пространственных данных, так и сложный анализ. Создаваемая ГИС предназначена для организации сбора и накопления тематической информации и предоставления на основе ее анализа и обработки достоверных природных, социально-экономических, экологических, статистических и иных данных с привязкой к конкретным географическим объектам (областям).

Основные достижения лаборатории

Созданный лабораторией новый подход к дискретным данным называется дискретный математический анализ (ДМА). Он основан на моделировании дискретных аналогов фундаментальных математических понятий с помощью нечеткой логики. ДМА представляет собой серию алгоритмов для анализа данных: кластеризации, трассирования, сглаживания и прогнозирования временных рядов, их морфологического анализа, поиска в них трендов и так далее.

ДМА имеет две группы приложений к анализу данных. Первая группа приложений связана с поиском сгущений в конечных метрических пространствах. К ней относятся алгоритм кластеризации «Роден», алгоритм выявления сгущений «Кристалл» и алгоритм «Монолит» для обнаружения плотных областей в многомерных массивах геофизических данных. Вторая группа – распознавание возмущений на временных рядах. В рамках ДМА созданы алгоритмы DRAS и FLARS, являющиеся моделированием логики интерпретатора, с целью ее дальнейшего автоматизированного использования для анализа больших массивов данных, и FCARS, выполняющий также определение границ аномалий. На основе методов ДМА и нечеткой логики разрабатывается серия алгоритмов, направленных на автоматизированное распознавание возмущений на магнитограммах.

В лаборатории ведутся работы по созданию многодисциплинарной аналитической ГИС, включающей в себя цифровые тематические карты по территории России и сопредельных государств, а также всего мира. Непрерывно ведется информационное наполнение базы пространственных данных системы тематическими слоями, полученными из многочисленных российских и зарубежных научных институтов и учреждений. Доступ к пространственным данным в виде тематических цифровых карт осуществляется с помощью картографических веб-сервисов. Все цифровые слои пространственных данных и соответствующая атрибутивная информация хранятся централизованно на ГИС-сервере с обеспечением доступа в многопользовательском режиме. Доступ к описанию ГИС, метаданным, а также опубликованным веб-сервисам осуществляется посредством единого веб-ресурса: www.gis.gcras.ru.

Лаборатория курирует создание и расширение российского сегмента мировой сети ИНТЕРМАГНЕТ.

Совместно с Лабораторией геофизических данных создается узел данных по обслуживанию российского сегмента ИНТЕРМАГНЕТ на базе двух лабораторий ГЦ РАН. Отличительной особенностью этого узла является внедрение автоматизированной системы поиска техногенных возмущений. К данным наблюдений за магнитным полем Земли, предоставляемым мировой сетью ИНТЕРМАГНЕТ, служащей основой для изучения земного магнетизма, предъявляются высокие требования достоверности. Поэтому важной задачей является объективное, формализованное распознавание, а затем и устранение возможных техногенных аномалий (сбоев) на записи. Алгоритмы SP, SPs для обнаружения выбросов и JM для поиска скачков базовой линии работают на данных с минутным, секундным и полусекундным разрешением.

Алгоритмическая система, созданная впервые с применением аппарата нечеткой логики для геомагнитных измерений, позволяет получать очищенные от выбросов магнитограммы из предварительных записей практически без участия человека.

Веб-ресурсы

Соловьев А.А. И. о. главного научного сотрудника, заведующий лабораторией, член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук
Соловьёв Анатолий Александрович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Агаян С.М. Главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук
Агаян Сергей Мартикович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-55-09
Лушников А.А. Главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук
Лушников Алексей Алексеевич
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Лукьянова Р.Ю. Главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук
Лукьянова Рената Юрьевна
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Гетманов В.Г. Главный научный сотрудник, доктор технических наук
Гетманов Виктор Григорьевич
Краткая научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Богоутдинов Ш.Р. Ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Богоутдинов Шамиль Рафекович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-55-09
Красноперов Р.И. Ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Краснопёров Роман Игоревич
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Лебедев C.А. Ведущий научный сотрудник, доктор физико-математических наук
Лебедев Сергей Анатольевич
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Любовцева Ю.С. Ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Любовцева Юлия Сергеевна
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Добровольский М.Н. Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Добровольский Михаил Николаевич
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Сидоров Р.В. Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Сидоров Роман Викторович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Перегудов Дмитрий Владимирович
Тел.: +7 495 930-05-46
Николов Б. Младший научный сотрудник
Николов Богдан Павлович
Краткая научная биография
Тел.: +7 495 930-05-46
Младший научный сотрудник
Кудин Дмитрий Владимирович
Тел.: +7 495 930-05-46
Груднев А.А. Ведущий инженер
Груднев Андрей Александрович
Краткая научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Алешин И.М. Консультант, ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Алешин Игорь Михайлович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 254-89-97
Инженер
Бородин Павел Борисович
Тел.: +7 495 930-05-46
Инженер
Чинкин Владислав Евгеньевич
Тел.: +7 495 930-05-46
Инженер-стажер
Татаринов Иван Андреевич
Тел.: +7 495 930-05-46