ГЦ РАН, ул. Молодежная, д. 3, г. Москва, 119296. Тел.: +7 495 930-05-46, факс: +7 495 930-05-06, имейл: gcras@gcras.ru, телеграм-канал: t.me/geocenter_ras

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;

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: http://gis.gcras.ru/.

Веб-ресурсы

Соловьев А.А. Заведующий лабораторией, член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук
Соловьёв Анатолий Александрович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Гвишиани А.Д. Главный научный сотрудник, академик РАН, доктор физико-математических наук
Гвишиани Алексей Джерменович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Агаян С.М. Главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук
Агаян Сергей Мартикович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Гетманов В.Г. Главный научный сотрудник, доктор технических наук
Гетманов Виктор Григорьевич
Краткая научная биография
Публикации
Лебедев C.А. Главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук
Лебедев Сергей Анатольевич
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Лушников А.А. Главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук
Лушников Алексей Алексеевич
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Алeшин И.М. Ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Алёшин Игорь Михайлович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Костяной А. Г. Ведущий научный сотрудник, доктор физико-математических наук
Костяной Андрей Геннадьевич
Красноперов Р.И. Ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Краснопёров Роман Игоревич
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Козырева О.В. Ведущий научный сотрудник, доктор физико-математических наук
Козырева Ольга Васильевна
Сидоров Р.В. Ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Сидоров Роман Викторович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Воробьев А.В. Старший научный сотрудник, доктор технических наук
Воробьев Андрей Владимирович
Краткая научная биография
Полная научная биография
Публикации
Воробьева И.А. Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Воробьева Инесса Анатольевна
Сахаров Я.А. Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Сахаров Ярослав Алексеевич
Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук
Ягова Надежда Викторовна
Младший научный сотрудник
Фирсов Илья Андреевич
Сергеев В. Н. Младший научный сотрудник
Сергеев Владимир Николаевич
Антипова А.А. Ведущий инженер
Антипова Анастасия Олеговна
Костяная Е. А. Ведущий инженер
Костяная Евгения Андреевна
Ведущий инженер
Сапронов Дмитрий Сергеевич
Инженер
Гвоздик Георгий Александрович