Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: XLIV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 07 мая 2018 г.)

Наука: Информационные технологии

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Шарипова Р.Ф., Сергеев А.В. МОНИТОРИНГ ПАРАМЕТРОВ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ЕГО ВАРИАЦИЙ // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. XLIV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 9(44). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/9(44).pdf (дата обращения: 25.08.2019)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

МОНИТОРИНГ ПАРАМЕТРОВ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ЕГО ВАРИАЦИЙ

Шарипова Регина Фларидовна

студент, магистрант, кафедра ГИС УГАТУ,

РФ, г.Уфа

Сергеев Александр Викторович

студент, магистрант, кафедра ГИС УГАТУ,

РФ, г.Уфа

Научный руководитель Воробьев Андрей Владимирович

канд. техн. наук, доц., кафедра ГИС УГАТУ,

РФ, г.Уфа

На сегодняшний день мониторинг параметров геомагнитного поля (ГМП) и его вариаций ведется преимущественно посредством магнитных обсерваторий, аэромагнитных, гидромагнитных съемок, спутниковых и подземных скважинных наблюдений, а также с помощью портативных магнитометров различного принципа действия. Объем накопленных при этом разнородных геомагнитных данных настолько велик, что традиционные способы их табличного и/или текстового представления существенно затрудняют и даже делают невозможной оперативную аналитическую обработку и интерпретацию результатов исследования параметров ГМП и его вариаций. По этой причине требуется особый подход к систематизации, представлению и анализу больших массивов геомагнитных данных, основанный на методах их математического и пространственного моделирования и позволяющий представлять срезы геомагнитных данных в компактной и легко воспринимаемой исследователем графической форме.

В настоящее время графическая визуализация востребована во многих областях науки и инженерных технологий. Ее суть заключается в том, что данным ставится в соответствие их графическая интерпретация, которая анализируется исследователем визуально. Особенно эффективно методы визуализации используются для представления изначально незрительной информации, к которой относятся, в том числе и данные о распределении параметров ГМП по земной поверхности и в околоземном пространстве.

Сложная структура вариаций геомагнитного поля существенно усложняет процесс их изучения и делает малоэффективными для решения поставленной задачи классические методы анализа данных [1, 3-5], которые не позволяют выявлять некоторые закономерности и приводят к потере важной информации. Не достатком используемых классических методов и подходов также является недостаточная степень их автоматизации, что весьма важно в задачах оперативной обработки данных околоземного пространства и прогноза космической погоды.

Практикуемый подход к визуализации параметров главного ГМП не подвергался существенной модификации в течение многих лет и поэтому не учитывает современные тенденции развития информационных технологий, его детальный анализ позволил выявить ряд недостатков, общих для всех известных попыток графической интерпретации геомагнитных данных:

Изображения, характеризующие распределение параметров главного ГМП, статичны и не допускают масштабирования. По этой причине невозможно детализировать и проанализировать геомагнитные данные за конкретный временной период или для определенной точки / региона географического пространства [4].

Картографическое представление пространственно-ориентированного распределения параметров главного ГМП по поверхности Земли не использует инструментарий современных геоинформационных технологий (геолокация, прямое и обратное геокодирование - определение географических координат объекта по его названию и определение названия объекта по его координатам соответственно, - и т. д.) и представляет собой статическую подложку для двухмерного изображения геомагнитных данных (например, линий уровня). Кроме того, отсутствует поддержка трехмерного представления данных, что существенно снижает качество и скорость восприятия данных конечным пользователем [5].

Анализ результатов визуализации геомагнитных данных возможен только в автономном режиме, что требует от пользователя выделения собственных вычислительных ресурсов при получении изображения с информационного ресурса. Оперативный анализ параметров главного ГМП также невозможен, поскольку каждая графическая интерпретация данных представляет собой моментальный снимок анализируемой информации, обновление которого возможно только при повторном обращении к источнику геомагнитных данных.

Перечисленные недостатки снижают эффективность и самодостаточность графической интерпретации параметров главного ГМП, что требует от исследователя дополнительных механизмов и ресурсов для решения задач оперативной обработки и комплексного анализа геомагнитных данных. Существенно усугубляет проблему и то, что в настоящее время малоизвестны или недоступны эффективные методические и программные разработки в данной области [2].

Как показывают последние исследования, естественным и наиболее эффективным способом описания таких данных являются нелинейные адаптивные аппроксимирующие схемы. Основанные на этом подходе методы декомпозиции на эмпирические моды (ДЭМ)  и адаптивные вейвлет-разложения получают в настоящее время интенсивное развитие в обработке и анализе сложных структур данных. Оба этих метода учитывают особенности структуры сигнала и позволяют описывать процессы со сложной структурой. Достоинством вейвлет-анализа является большое число ортогональных базисов с компактными носителями и наличие быстрых вычислительных алгоритмов  [4].

Основной сложностью при его использовании является неочевидность выбора базиса для решения конкретной задачи. В то же время для задач аппроксимации функции предложены критерии выбора вейвлет-базиса и построены вычислительные алгоритмы, позволяющие адаптивно подобрать базис и минимизировать погрешность получаемой аппроксимации. В отличие от вейвлет-преобразования в методе ДЭМ функции базиса определяются непосредственно из данных и построенный базис апостериорен. Поэтому в большинстве случаев извлекаемые аппроксимирующие компоненты могут эффективно применяться только для обработки того сигнала, из которого они были извлечены. Такой базис является эмпирическим и для аппроксимации вариаций геомагнитного поля с непрерывно изменяющейся структурой не является достаточно эффективным. Недостатком ДЭМ также является не полностью разработанная теоретическая база [6].

Анализ показал, что на сегодняшний день, несмотря на широкий спектр и динамичное развитие информационных технологий, специализированных программных комплексов и средств обработки, анализа и визуализации данных, графическая интерпретация геомагнитных измерений и расчетов развита достаточно слабо. В этой связи имеет место актуальная научно-техническая проблема, заключающаяся в создании новых и модернизации известных технологий визуализации параметров главного ГМП, имеющих лучшие эргономические и функциональные характеристики по сравнению с известными аналогами.

 

Список литературы:

  1. Воробьев А.В., Воробьева Г.Р. Геоинформационная система для прогноза, контроля и спектрального анализа параметров геомагнитного поля и его вариаций / А.В. Воробьев, Г.Р. Воробьева // Геоинформатика–2016-С№1-С.22-24
  2. Воробьев, А.В. Геоинформационная система для амплитудно-частотного анализа данных наблюдения геомагнитных вариаций и космической погоды / А.В. Воробьев, Г.Р. Воробьева // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 1
  3. Клионский, Д. М. Новый подход к автоматизированному выявлению шаблонов в телеметрических сигналах на основе декомпозиции на эмпирические моды / Д.М. Клионский, Н.И. Орешко, В.В. Геппенер // Научные ведомости Белгородского государственного университета. - 2009. - Т. 12, № 15-1. - С. 118-129.
  4. Мандрикова, О.В. Критерии выбора вейвлет-функции в задачах аппроксимации природных временных рядов сложной структуры / О.В. Мандрикова, Ю.А. Полозов // Информационные технологии. - 2012. - № 1. - С. 31-36. - ISSN 1684-6400.
  5. Мандрикова, О.В. Анализ геомагнитных данных на основе совмещения вейвлет-преобразования с радиальными нейронными сетями / О.В. Мандрикова, Е.А. Жижикина // Цифровая обработка сигналов и ее применение: доклады 16 Международной конференции. - 2014. - C. 573-578
  6. Мандрикова, О.В. Оценка степени возмущённости геомагнитного поля на основе совмещения вейвлет- преобразования с радиальными нейронными сетями / О.В. Мандрикова, Е.А. Жижикина // 17 Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям: сборник докладов. - Спб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2014. - Т.2. - С. 223-226  ФГБУ «ИПГ» [Электронный     ресурс] -URL:http://ipg.geospace.ru/ (дата обращения 20.03.2018).
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий