Анализ космических снимков

  • география
  • информатика

Поверхность нашей планеты постоянно снимается целым рядом самых разнообразных космических аппаратов. Как в «чёрный ящик» на современных самолётах они записывают и хранят всё, что на ней происходит. Оперативность получаемых с них изображений поверхности Земли, их объективность и глобальный охват делают космическую съёмку уникальным инструментом и универсальным источником информации.

Съёмка Земли из космоса широко используется в различных сферах бизнеса, для мониторинга состояния земной поверхности и происходящих на ней изменений, для их изучения. При этом сегодняшний уровень развития и распространения технологий, связанных с космической съёмкой, позволяет работать с ними практически всем желающим.

Наш профиль предлагает и вам попробовать себя в решении вполне «взрослых» задач по реальным и актуальным космическим снимкам. Вы научитесь не только их обрабатывать и анализировать, но и использовать геоинформационные технологии для работы с электронными картами и для анализа пространственных данных.

Вы увидите, как выглядят из космоса самые удалённые уголки нашей планеты, будете в режиме близком к реальному времени наблюдать происходящие на ней изменения и процессы. А также сможете, благодаря «чёрному ящику» накопленного архива снимков совершить «путешествие во времени» на годы или даже десятилетия назад.

Геоинформатика — это бурно развивающаяся сегодня отрасль, используемая практически повсеместно. Ведь практически любые бизнес-процессы привязаны к той или иной точке на поверхности нашей планеты.

С этого учебного года наш профиль рекомендован Российским советом олимпиад школьников (РСОШ) для включения в Перечень по следующим специальностям: прикладная математика и информатика, компьютерные и информационные науки, науки о земле, биологические науки, информатика и вычислительная техника, прикладная геология, горное дело, нефтегазовое дело и геодезия, управление в технических системах.

Состав команды – 4 человека:

  • информатики-программисты: 1–2 человека
    (роль в команде: прежде всего, обработка растровых изображений, их классификация, адаптация и/или разработка алгоритмов обработки, работа с пространственными данными и геоинформационными системами);
  • географы-биологи-дешифровщики: 1–2 человека
    (роль в команде: работа с геоинформационными системами, дешифрирование космических снимков (интерпретация того, что видно на снимке), анализ космоснимков совместно с другими пространственными данными (картами), подготовка данных (образцов) для обучения автоматических алгоритмов, оценка и верификация результатов дешифрирования).

Разработчики профиля

ООО «LoReTT», АНО «Прозрачный мир»

Telegram (Информационный канал профиля)

https://t.me/joinchat/AAAAAEk3SgvT07JrFzTQng

Отборочные этапы

В ходе второго отборочного этапа участникам буду предложены задачи на обработку и анализ реальных космических снимков и пространственных данных с помощью специализированного программного обеспечения ГИС (геоинформационных систем). Для решения этих будет необходимо освоить инструменты и навыки работы, которые потребуются для решения задачи на финальном этапе Олимпиады.

Все задачи второго этапа будут разбиты на блоки, каждый из которых будет посвящен освоению участниками определённой группы навыков работы с космическими снимками и пространственными данными. Блоки будут включать в себя не только собственно задачи, но и различные элементы обучения: вебинары, практикумы, изучение рекомендованных учебных пособий, разбор задач блока.

Планируются следующие основные блоки по темам:

  • Пространственные данные и работа с ними в геоинформационных системах, системы географических координат.
  • Геопорталы и работа с ними, источники открытых космических снимков и других пространственных данных.
  • Алгоритмы классификации изображений Земли из космоса и анализа изменений (change detection).
  • Анализ результатов дешифрирования космических снимков и верификации полученных результатов.
  • Прием информации со спутников на наземные станции и их первичная обработка.

Работа с космическими снимками и загрузка результатов участников будет организована через геопортал. Однако, от участников также потребуются навыки самостоятельного поиска и привлечения дополнительной информации, а также навыки обработки пространственных данных в настольных ГИС-приложениях.

Заключительный этап

Задача заключительного этапа Олимпиады будет посвящена алгоритмам и методам анализа изменений (change detection) для целей оперативного мониторинга изменений растительного покрова (land cover): пожаров, сведения лесного покрова, наводнений.

Участникам заключительного этапа будет предложено выявить текущие изменения на определённых территориях, использую как заранее подготовленные разработчиками, так и самостоятельно  найденные космические снимки и другие источники информации.

Задание будет разбито на три подзадачи:

  1. Картографирование и классификация изменений растительного покрова конкретной территории(-ий) за определенный период.
  2. Обнаружение события (момента начала изменений) на серии космических снимков (возможно, полученных со спутника / принятых на наземную станцию непосредственно в ходе заключительного этапа).
  3. Разработка действующего механизма/алгоритма/программного кода для выявления таких событий (например, природных пожаров, наводнений или вырубок леса), который бы автоматически генерировал оповещения (alarms) о таких событиях на основе анализа серии космических снимков, с пересылкой географических координат события по указанному адресу/номеру.

Материалы для участников

Что нужно знать

  • Основы картографии: что такое географические карты и географические координаты и как ими пользоваться, различные типы карт и принципы отображения информации на них (в объёме школьного курса географии).
  • Физическую географию нашей страны и мира, а также отдельных материков и регионов; особенно разделы про природные зоны, растительность и ландшафты, распределение и характер растительности в зависимости от различных физических факторов: рельефа, гидрологии, геологии, климата и пр.
  • Экономическую географию нашей страны и мира, основные виды природопользования отдельных стран и регионов, воздействие деятельности человека на природные экосистемы и ландшафты.
  • Основы экологии и смежных разделов биологии; особенно разделы о структуре и функционировании экосистем и растительных сообществ, воздействии человека на окружающую среду и природные экосистемы.
  • Английский язык — хотя бы в объёме, позволяющем уверенно пользоваться онлайн-переводчиками.
  • Основы математической статистики.

Hard skills

  • Умение пользоваться различными географическими картами, понимать их, производить по ним простейшие измерения.
  • Знакомство и первичные навыки работы с интерактивными картами / картографическими порталами (геопорталами) в интернете.
  • Знание английского языка или умение использовать онлайн-переводчики.

Желательно, хотя бы для некоторых участников команды:

  • Программирование на одном или нескольких языках (особенно полезны будут Phyton и Perl).

Необязательно, но даст преимущество:

  • Навыки работы с пространственными данными и геоинформационными системами (например, QGIS, GRASS, ArcGIS, ScanEx Image Processor).
  • Знакомство с алгоритмами классификация растровых изображений.
  • Знакомство с библиотеками, позволяющими работать с пространственными данными (такими как GDAL/OGR).

Soft skills

  • Готовность учиться в процессе олимпиады. В частности, способность (и готовность) осваивать новые навыки и инструменты (прежде всего, речь о программном обеспечении и работе с геоинформационными системами).
  • Умение самостоятельно находить и анализировать информацию, сопоставлять данные из различных источников.
  • Аккуратность, пунктуальность и последовательность (в частности, при очерчивании объектов на карте / космическом снимке).

Рынки НТИ

  • AeroNet
  • AutoNet
  • EnergyNet
  • MariNet
  • NeuroNet