ИСТИНА

Целью исследования является разработка цифровой многомерной пространственно-временной модели Арктического региона сверхвысокого разрешения, наряду с созданием методов и программных инструментов её генерации, модификации, многомерного пространственного анализа и объёмной визуализации.

The aim of the study is to develop a digital multidimensional spatio-temporal ultra-high resolution Arctic region model, along with the creation of methodology and software for its generation, modification, multidimensional spatial analysis and volumetric visualization.

- Цифровая объёмная пространственно-временная модель Арктического региона в версиях высокого и сверхвысокого пространственного разрешения, включающая интегрированные пространственные данные о важнейших природных особенностях Арктических территорий Земли; - сформулированная концепция модели, принципы её генерации и функционирования; - реализация модифицируемой логической структуры представления пространственно-временных данных для возможности интеграции в модель множественного числа типов пространственно-временных данных; - детализированная содержательная структура модели, обеспечивающая приоритет интеграции пространственным данным о природных особенностях Арктических территорий; - методы и программные инструменты генерации, администрирования, модификации, оптимизирующих преобразований, анализа, виртуального воспроизведения и визуализации модели Арктики; - предложения о дальнейшей разработке цифровой многомерной модели Арктики, развитии и совершенствовании методического и программно-алгоритмического аппарата её обновления, дополнения, модификации, анализа и воспроизведения для дальнейшей постановки и решения с её использованием актуальных научных и научно-прикладных задач изучения, освоения и рационального природопользования Арктических территорий.

Новые, оригинальные методы, алгоритмы и программные инструменты обеспечивающие возможность генерации, модификации, многомерного пространственного анализа и объёмной визуализации цифровых многомерных пространственно-временных моделей. Сформированы представления и сформулированы предложения о дальнейшей разработке цифровой многомерной модели Арктики, развитии и совершенствовании методического и программно-алгоритмического аппарата её обновления, дополнения, модификации, анализа и воспроизведения для постановки и решения с её использованием актуальных научных и научно-прикладных задач изучения, освоения и рационального природопользования Арктических территорий.

Итогом выполняемых по проекту исследований по разработке методов и программных инструментов построения, анализа и визуализации многомерных пространственно-временных моделей явилось создание, с применением данных методов и инструментов, цифровой модели Арктического региона Земли (Арктики), реализованной в нескольких вариантах версий высокого и сверхвысокого пространственного разрешения и инвариантного содержания. Арктический регион, рассматриваемый в исследовании как объёмная область пространства севернее 60-го градуса северной широты, ограниченная гранями параллелепипеда с примерными размерами 7500х7500х1500км, и включающая части атмосферы, гидросферы и литосферы, представляется в модели цифровым отражением действительных свойств элементарных ячеек реального пространства этой объёмной области в тематических признаковых (логических) пространствах. Итогом исследований явился также разработанный, наряду с самой моделью Арктики, набор методов и программных средств её модификации, анализа и воспроизведения, обеспечивающий возможность её дальнейшего совершенствования, детализации и использования для решения научных и научно-прикладных задач. В содержание исследований вошли: разработка концепции модели, принципов её формирования и функционирования, содержательной, логической и физической структур данных модели, методов и программных средств её создания и использования; поиск и подбор источников данных для построения модели, включая цифровые модели рельефа суши и океанического дна, различных типов локализации наборы геопространственных, в том числе, временных, данных, на территорию Арктики; выполнение предваряющей геометрической коррекции и согласования исходных данных для их дальнейшего преобразования и интеграции в модель; построение и модифицирование базовых вариантов цифровой модели Арктического региона в задаваемых разрешениях по цифровым моделям рельефа суши и океанического дна; проецирование и интеграция в модель многочисленных наборов тематических пространственно-временных данных; отладка инструментов модификации и анализа цифровой модели; разработка и апробирование методов и программных средств формирования дочерних виртуальных моделей, виртуальных статичных и динамических геоизображений модели, разработка их дизайна и вариантов визуализации. В результате проекта получены следующие научные результаты: 1. Построена цифровая объёмная пространственно-временная модель Арктического региона в версиях высокого и сверхвысокого пространственного разрешения. В модель интегрированы множественные наборы тематических пространственных данных, характеризующие важнейшие особенности Арктических территорий, и включающие данные по литосфере, гидросфере, атмосфере, биосфере, криосфере и строению Земли. 2. Разработана общая концепция модели, сформулированы главные принципы её генерации и функционирования, создан набор новых программных средств и опирающихся на них новых методов формирования, модификации, анализа и объёмного воспроизведения модели Арктического региона и иных, подобных ей, моделей обширных областей пространства. 3. В версиях модели реализована универсальная модифицируемая логическая структура представления пространственно-временных данных, позволяющая интегрировать в модель неограниченное число типов данных для неограниченного числа временных диапазонов, осуществлённая в реальной, используемой в модели, физической структуре данных. 4. Разработана и детализирована содержательная структура модели, обеспечивающая приоритет интеграции пространственным данным, важным для характеристики природных особенностей Арктических территорий планеты. 5. В мультипроцессорной среде, с возможностью гибкого, динамического использования ресурсов вычислительной платформы, реализованы главные программные инструменты и вычислительные процедуры, обеспечивающие применение оригинальных методов построения, поддержки функционирования, администрирования, модификации, оптимизирующих преобразований, анализа, виртуального воспроизведения и визуализации модели Арктики, включая инструменты: - проецирования в пространство модели данных двумерных цифровых моделей поверхностей; - проецирования в пространство модели различных источников пространственно-временных данных площадной, линейной и точечной локализации; - проецирования в пространство модели данных дистанционного зондирования, в том числе, космических снимков и аэрофотоснимков, локализуемых в пространстве модели также и в привязке к данным цифровых моделей рельефа естественных или прогностических поверхностей; - формального и пространственно-зависимого администрирования модели, в том числе, вычленения, замещения, модификации и удаления пространственно ограниченных вариантов и/или фрагментов модели по задаваемым пространственным параметрам и логическим условиям; - интеграции моделей в общую модель по задаваемым пространственным параметрам и логическим условиям; - реализации прямых и пространственно-зависимых логических, арифметических, условных и прочих операционных последовательностей в признаковом пространстве модели; - выполнения объёмного пространственного анализа модели; - формирования дочерних, производных, упрощённых виртуальных моделей, оперирования с ними и их объемного воспроизведения; - генерации статических и динамических виртуальных геоизображений модели, а также выделенных по задаваемым пространственным параметрам и логическим условиям её частей и фрагментов; - объёмной, в реальном времени, визуализации модели. Разработанные методы и программные инструменты являются новыми и не имеют аналогов в мировой практике. 6. Сформированы представления и сформулированы предложения о дальнейшей разработке цифровой многомерной модели Арктики, развитии и совершенствовании методического и программно-алгоритмического аппарата её обновления, дополнения, модификации, анализа и воспроизведения для дальнейшей постановки и решения с её использованием актуальных научных и научно-прикладных задач изучения, освоения и рационального природопользования Арктических территорий. 7. За время выполнения проекта научным коллективом по теме исследования подготовлены к печати и опубликовано 9 статей, в том числе, 3 - в журналах из списка ВАК и 6 - в научных сборниках; подготовлен и выпущен Атлас-альбом "Цифровая Арктика" иллюстрирующий и популяризирующий содержание исследований; сделано 7 устных докладов на научных конференциях и симпозиумах, в том числе, международных и с международным участием, по которым в сборниках материалов опубликовано 4 текста тезисов докладов. В числе упомянутого, в течении третьего этапа проекта опубликованы: 1 статья в журнале из списка ВАК, 2 статьи в сборниках трудов, сделано 2 устных доклада на научных конференциях и 1 устный доклад на симпозиуме с международным участием, тезисы доклада опубликованы сборнике материалов 1 научной конференции.