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 (зав. лаб. Н. А. Сергеева) 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.

Соловьев А.А. 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
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
Кудашин А.С. Старший научный сотрудник, кандидат исторических наук
Кудашин Алексей Станиславович
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
Красноперов Р.И. Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Краснопёров Роман Игоревич
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Дзебоев Б.А. Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Дзебоев Борис Аркадьевич
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-56-09
Сидоров Р.В. Научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Сидоров Роман Викторович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Тел.: +7 495 930-05-46
Младший научный сотрудник
Белов Иван Олегович
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-стажер
Смирнов Артем Германович
Тел.: +7 495 930-05-46