Анализ космических снимков и геопространственных данных

Работа по анализу космических снимков — сложная и комплексная отрасль современных знаний и технологий, которая требует одновременно:

• глубоких знаний географии;
• основных экологических закономерностей;
• социальных и экономических реалий конкретной территории;

• умений и навыков работы:

  • с пространственными данными и географическими информационными системами;
  • поиска необходимой информации;
  • выполнения статистических расчетов.

На первом отборочном этапе проверяется подготовка по двум предметам — географии и информатике, поэтому задания направлены на выявление необходимых знаний и навыков (или способностей их быстро освоить в случае необходимости).

Формируемые и проверяемые у участников знания и компетенции:

• Знания в области физической географии мира и отдельных регионов, особенно в части природных зон, растительности и ландшафтов, распределения и характера растительности в зависимости от различных физических факторов: рельефа, гидрологии, геологии, климата и пр.
• Знания в области экономической географии и основных видов природопользования различных регионов России и мира, воздействия деятельности человека на природные экосистемы и ландшафты.
• Понимание основных экологических закономерностей и функционирования экосистем и растительных сообществ, первичных и вторичных сукцессий, лимитирующих факторов, воздействия человека на окружающую среду и природные экосистемы.
• Навыки поиска информации и источников данных в интернете, прежде всего — пространственной информации.
• Навыки анализа найденной информации, умение сопоставлять и сравнивать информацию из разных источников.

Большинство задач на знание физической и экономической географии подбираются таким образом, чтобы ответы было трудно найти простым поиском в интернете. В ходе решения участники также знакомятся с общедоступными космическими снимками и подходами к дешифрированию объектов, которые на них отражены.

Второй отборочный этап является командным и направлен, прежде всего, на обучение участников в процессе решения, работе с географическими информационными системами и пространственными данными, включая космические снимки.

Упор делается на анализ реальной информации. Здесь заранее не готовятся специальные учебные наборы данных — все задачи требуют работы с конкретными пространственными данными, которые нужно самостоятельно найти и получить из открытых источников. В том числе используются космические снимки из открытых источников — такие же, как те, к которым обращаются исследователи и инженеры всего мира.

В качестве программных инструментов по умолчанию предлагается использовать бесплатное программное обеспечение ГИС с открытым кодом, прежде всего, QGIS и дополнительные модули к нему. Разработчики профиля составляют список рекомендованного ПО, которое обладает всеми необходимыми функциями для решения задач второго отборочного этапа. Список включает и более широкий набор программ.

Участников не ограничивают в выборе программного инструментария — они могут выбрать любой знакомый им программный пакет или написать программу обработки самостоятельно.

Таким образом, в ходе выполнения заданий второго отборочного этапа они должны освоить следующие навыки:

• поиск и загрузка общедоступных космических снимков из открытых источников;
• основы работы с растровыми данными в настольных ГИС (геоинформационных системах), установленных на компьютере;
• работа с каналами и гистограммами космических снимков в настольных ГИС;
• простейшие приемы создания и редактирования векторных пространственных данных в ГИС;
• измерения и подсчет площадей в настольных ГИС;
• операции геообработки в настольных ГИС;
• дешифрирование растительного покрова;
• редактирование атрибутивной таблицы векторных данных;
• использование алгоритмов классификации снимков;
• использование инструмента «Калькулятор растров» в QGIS (или аналогичного инструмента в других ГИС) для расчета вегетационных индексов;
• использование инструмента «Зональная статистика» в QGIS (или аналогичного инструмента в других ГИС);
• вычисление яркостной температуры по тепловому ИК-каналу;
• использование протокола WMS для доступа к данным;
• работа с данными MODIS и форматом HDF;
• поиск и загрузка радиолокационных космических снимков;
• использование методов выявления изменений (change detection);
• привязка и перепроецирование растровых изображений;
• оценка ошибок дешифрирования.

Поскольку второй отборочный этап в 2024/25 году командный, решение требует значительных усилий в ограниченный период времени и, соответственно, стимулирует разделение функций между членами команд. Задачи этого этапа непосредственно подводят к темам заключительного этапа.

Задание заключительного этапа посвящено алгоритмам и методам обработки космических снимков мониторинга состояния окружающей среды, а также алгоритмам и методам анализа изменений (change detection). Оно разбито на несколько частей:

• дешифрирование космических снимков;
• разработка программного кода для автоматизации обработки пространственных данных;
• геообработка векторных данных.

Для успешного решения участникам требуется применить навыки, полученные на втором втором отборочном этапе. При этом для интерпретации полученных результатов требуются знания из различных областей географии.

Задачи заключительного этапа оставляют за участниками свободу выбора методов и алгоритмов, в том числе возможность использования визуального дешифрирования вместо алгоритмов автоматической классификации.

Победители и финалисты профиля формируют вокруг себя сообщество, которое заинтересовано в изучении, продвижении и развитии методов обработки материалов дистанционного зондирования Земли.

Призеры, победители и финалисты поступают в ведущие вузы страны и успешно проходят подготовку в следующих сферах:

• создание и эксплуатация геоинформационных систем;
• анализ и обработка пространственных данных;
• разработка геопорталов, геосервисов и бизнес-решений для широкого круга потребителей в государственном и частном секторе;
• изучение современных технологии сбора, хранения, анализа и визуализации пространственных данных, включая данные дистанционного зондирования Земли и трехмерные данные, методы разработки геоинформационных систем и географических баз данных.

Знания и навыки, которые нужны для успешного отбора на заключительный этап профиля, востребованы в дальнейшей проектной работе в вузах, а также в различных областях экономики: сельское хозяйство, транспорт/логистика, добыча полезных ископаемых, экология и др. в роли специалиста, программиста, аналитика геоинформационных систем, а также картографа, специалиста по дистанционному зондированию Земли и обработке данных.