Проекты

Описание инициативы (проектной идеи)

Озёра являются важным компонентом арктических экосистем, они играют большую роль в формировании климата и водного режима территории, служат средой обитания водных организмов и источниками пресной воды. Для Арктической зоны особенно значимы многочисленные малые озёра, в том числе водоёмы термокарстового происхождения, число и площадь которых может изменяться под влиянием климатических процессов и антропогенного воздействия. Получение сопоставимой и регулярно обновляемой информации о количестве, площади и пространственном распределении озёр на обширных и труднодоступных арктических территориях требует значительных ресурсов. При этом малые озёра могут отсутствовать в существующих картографических материалах, а их изменения трудно отслеживать стандартными методами. Данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) позволяют многократно наблюдать одни и те же территории и автоматизировать получение такой информации.
Цель проекта — создать и апробировать систему автоматизированной оценки и мониторинга численности и площадей озёр Арктической зоны Российской Федерации с применением данных дистанционного зондирования Земли и алгоритмов автоматической классификации водной поверхности.
Результаты проекта будут востребованы природоохранными организациями и учреждениями, органами управления водными ресурсами, специалистами, изучающими природу Арктики, а также лицами, принимающими природоохранные и хозяйственные решения.
Что будет сделано в ходе проекта:
- разработка локально-адаптивного алгоритма автоматического выявления, идентификации и картирования озёр по спутниковым данным с учётом особенностей арктических территорий;
- калибровка и проверка алгоритма, включая оценку возможностей обнаружения малых водоемов, которые не выявляются стандартными методами классификации спутниковых данных;
- создание программной системы для автоматического картирования озёр, определения их количества и площади и отслеживания произошедших изменений по спутниковым данным за разные периоды;
- апробация и валидация системы автоматизированной оценки и мониторинга на выбранных территориях с сопоставлением автоматических результатов с экспертной интерпретацией спутниковых изображений и контрольным подсчетом.
Планируемые ключевые мероприятия:
- подбор модельных территорий и спутниковых наблюдений, подготовка исходных данных для расчётов;
- разработка алгоритмического контура, включая обнаружение малых водоемов и формирование объектов–озёр;
- создание прикладного программного обеспечения и проведение тестовой инвентаризации озёр на выбранных территориях;
- масштабирование разработанной системы и её применение для автоматического картирования и инвентаризации озёр с определением их количества и площади;
- сопоставление разновременных спутниковых наблюдений, валидация результатов и подготовка методических рекомендаций по применению разработанной системы.
У команды имеется опыт разработки алгоритмов автоматической классификации земной поверхности по данным ДЗЗ. Мы имеем доступ к вычислительной технике, включающей сервер и хранилище данных, позволяющей обрабатывать и хранить спутниковую информацию высокого пространственного разрешения.
Результаты проекта к моменту завершения:
- прикладное программное обеспечение для автоматического картирования водной поверхности по данным ДЗЗ и мониторинга изменений численности озер и их площадей;
- методические рекомендации для природоохранных организаций и лиц, принимающих решения, по интерпретации результатов оценки и мониторинга озёр и их использованию при планировании природоохранных и хозяйственных мероприятий;
- результаты инвентаризации и мониторинга озёр на выбранных модельных территориях, включая пространственные данные о выявленных водных объектах и их площадях;
- подготовка и публикация статьи в научном журнале, 3 выступления на научных конференциях, 2 в СМИ, 2 с научно-популярными лекциями;
- дорожная карта последующих исследований и предложения по возможному использованию разработанной системы в действующих и перспективных программах экологического мониторинга и мониторинга многолетней (вечной) мерзлоты.
Как заявитель и его команда смогут убедиться, что результаты проекта достигнуты:
- сопоставление автоматически классифицированной водной поверхности и границ выявленных озёр с независимой экспертной интерпретацией спутниковых изображений на контрольных участках;
- сопоставление автоматически рассчитанного количества озёр и их площадей с результатами контрольного ручного подсчета и измерения на модельных территориях;
- оценка устойчивости результатов при обработке разных территорий и спутниковых наблюдений, а также проверка воспроизводимости расчетов в разработанном программном обеспечении;
- апробация результатов на научных конференциях и других профильных форумах с обсуждением методики и результатов со специалистами;
- публикация результатов исследования в научной статье и подготовка открытых методических материалов по применению разработанной системы.