Проект «Разработка аппаратно-программно-методического комплекса (АПМК) для создания сети лабораторий дистанционного зондирования Земли с целью организации командно-проектной деятельности школьников под руководством наставников» 

Сроки выполнения: 03.09.2018 — 06.05.2020. Работы велись при поддержке Фонда содействия инновациям (Договор №400ГРНТИС5/42600 от 03.09.2018)

Цель проекта:

Разработка в составе АПМК: 1) земной приемной станции (ЗПС) для приема данных низкоорбитальных космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в L- и X-диапазонах несущих частот, с уменьшенной себестоимостью по сравнению с существующими на рынке; 2) ПО автоматической обработки и публикации данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с открытым исходным кодом.

Назначение продукта (технологии, услуги):

Автоматический приём и обработка данных ДЗЗ с низкоорбитальных КА, с последующей публикацией на тематических геопорталах; наполнение тематических геопорталов.

Область применения:

профориентация школьников в области ДЗЗ в сети образовательных учреждений и учреждений допобразования. Основными потенциальными потребителями продукции являются: учреждения дополнительного образования детей (детские и молодежные кружки, детские и образовательные центры, детские технопарки, организаторы тематических олимпиад и конкурсов, профориентационные центры, ЦМИТы); школы; вузы, осуществляющие подготовку специалистов для высокотехнологичных отраслей; центры космического мониторинга и ситуационные центры и т.д. (в перспективе).

В процессе выполнения НИОКР проекта №42600 были получены следующие результаты интеллектуальной деятельности:

1. Модуль генерации изображений СКАНЭКС терминал. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2020613419 от 16 марта 2020г.

2. Модуль веб-интерфейса пользователя СКАНЭКС терминал. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2020613942 от 24 марта 2020г.

МИП «ЦРИТ» были достигнуты следующие результаты НИОКР:

  1. Разработана земная приемная станция для приема данных с низкоорбитальных космических аппаратов дистанцион-ного зондирования Земли в L- и X-диапазонах несущих частот, с уменьшенной стоимостью по сравнению с доступными аналогами.

Разработанная станция согласно ТУ имеет следующее название: «Земная приемная станция «УниСкан-16С» ЦРЛБ.464349.005-02». Она отвечает следующим поставленным условиям:

  • станция обеспечивает прием сигнала общедоступных КА ДЗЗ, которые ведут съемку и передают данные постоянно, в открытых форматах, и не требуют оплаты и/или лицензирования съемки, или доступа к сигналу, или средств обработки данных;
  • зона приема Станции сопоставима с геометрической зоной видимости КА, чтобы обеспечить эффективное использова-ние Станции;
  • разработка отвечает требованиям снижения веса (приблизительно до 100 кг) и стоимости (приблизительно до 4 млн. руб. при производстве малой серии);
  • станция может работать круглогодично, во всех климатических и погодных условиях, реальных для населенной части России.

В рамках разработки станции произведены следующие работы:

  • разработан комплект рабочей конструкторской документации для изготовления опытного образца ЗПС «УниСкан-16С», а также комплекты эксплуатационной и программной документации;
  • разработаны программы и методики натурных и приемо-сдаточных испытаний Станции;
  • доработано ПО для управления Станцией;
  • разработан и изготовлен опытный образец ЗПС «УниСкан-16С»;
  • проведены стендовые испытания опытного образца ЗПС «УниСкан-16С».подготовлены комплект чертежей, технологические и технические требования к площадке для установки опытного образца Станции
  • изготовлены все необходимые элементы конструкции площадки; площадка смонтирована на полигоне Фонда «Талант и успех» (по адресу: г. Сочи, Адлерский р-н, Олимпийский пр-т, 1);
  • произведен монтаж ЗПС «УниСкан-16С» на полигоне Фонда «Талант и успех»;
  • проведены натурные испытания опытного образца ЗПС, состоявшиеся в образовательном центре «Сириус» в г. Сочи с 27.02 по 15.03.2019 г.
  • проведены итоговые испытания и скорректирована рабочая конструкторская документация.

Разработка аппаратной (А) составляющей АПМК выполнена на 100%. Результаты испытаний и последующей опытной эксплуатации ЗПС позволяют уверенно рекомендовать ее для использования в составе создаваемого аппаратно-программно-методического комплекса для лабораторий дистанционного зондирования Земли.

  1. Модернизировано под разрабатываемые технические характеристики и технологические задачи имеющееся в ГК «СКАНЭКС» программное обеспечение и разработаны новые модули:
  • разработано ПО для визуализации процесса обработки данных;
  • разработано ПО для генерации изображений;
  • разработано ПО для публикации изображений на геопортале (сервис создания тайловых слоёв с временными метками, сервис задания глубины тайловой пирамиды в сервисе создания тайловых слоев, дополнительные программы генера-ции изображений по данным Terra, Aqua, S-NPP, NOAA-20, NOAA-18/19 и METOP-A/B/C и Аист-2Д; сервис автоматической публикации данных в ПО «Цифровой глобус» с учётом временных меток тайловых слоёв)
  • разработан геопортал с функциями интеграции с ПО обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ);
  • подготовлен базовый набор космических снимков для геопортала.

Разработка программной (П) составляющей АПМК завершена на 100% Разработанное и модернизированное программное обеспечение позволяет обеспечивать процесс обработки принимаемых данных и публикации их на геопортале.

  1. Разработано методическое оснащение:
  • разработана концепция методической составляющей аппаратно-программно-методического комплекса, определяющая методологические основы деятельности АПМК по реализации стратегии формирования инженерно-технического сообщества, ранней профориентации и подготовки учащихся к осознанному выбору профессии, связанной с наукоем-кими технологиями, что будет способствовать достижению лидерства на перспективных технологических рынках;
  • разработано методическое пособие для образовательных программ АМПК, направленное на содействие учреждениям дополнительного образования детей в эффективном использовании АПМК в проектной работе наставников со школьниками в области технологий ДЗЗ на разных региональных уровнях.
  • разработан комплект методических материалов для педагогов образовательных учреждений разного типа, состоящий из трех частей:
  • программа повышения квалификации для наставников по пользованию АПМК;
  • проектно-ориентированное учебно-методическое пособие для наставников, содержащее информацию по основам работы с данными дистанционного зондирования Земли;
  • 22 кейса проектов с целью решения народнохозяйственных задач в области ДЗЗ для совместной работы учащихся.

Разработка методической (М) составляющей АПМК завершена на 100% Разработанное методическое обеспечение обеспечит внедрение АПМК на разных уровнях образования.

  1. Интегрированы аппаратные (А), программные (П), методические (М) решения в единый комплекс (К) посред-ством апробации на образовательных мероприятиях с детьми.

Данный комплекс является полноценным техническим и методическим решением для оснащения лабораторий в области ДЗЗ с возможностью тиражирования, тем самым способствуя реализации направлений дорожной карты «Кружковое движение».

Аппаратно-программно-методический комплекс (АПМК) в ходе разработки получил название «Геоателье».

Достигнут запланированный результат проекта: АПМК «Геоателье» развернут на базе созданной ОЦ в «Сириус» ла-боратории космических систем, обеспечив полноценную техническую, технологическую, методическую базу для организации проектной работы школьников при поддержке педагогов-наставников.

Создан наукоемкий коммерческий продукт: АПМК «Геоателье», в состав которого входит земная приемная станция (ЗПС), программное обеспечение и комплект методических документов.

 

Лаборатория «ГЕОАТЕЛЬЕ»

Первая лаборатория «Геоателье» создана в рамках реализации Всероссийской программы «Дежурный по планете» по Кружковому движению НТИ в Образовательном центре «Сириус».

Деятельность лаборатории соответствует приоритетному направлению развития науки, технологии и техники

РФ — транспортные и космические системы, а также следующим критическим технологиям:

 

— мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения

и ликвидации ее загрязнения;

— предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного

характера;

— информационных, управляющих, навигационных систем.

 

Главный ресурс Лаборатории — аппаратно-программно-методический комплекс (АПМК). АПМК лаборатории «Геоателье» позволяет осуществлять образовательную и проектную деятельность, реализовывать программы дополнительного образования в области ДЗЗ, геоинформационных технологий и ГИС, интеллектуальных информационных систем для школьников и студентов, а также курсы повышения квалификации для преподавателей и наставников разной степени интенсивности и длительности.

 

«Геоателье» включено в Каталог «Рекомендовано для образования и воспитания детей-2020» (ссылка https://industryart.ru/files/rekomendovano.pdf ), сформированного по итогам конкурсного отбора отечественного учебного оборудования с участием представителей Минпросвещения России, Минпромторга России, сотрудников ведущих академических, научно-исследовательских и педагогических университетов страны,  представителей экспертных организаций, фондов и ассоциаций, работа которых связана с развитием образования в стране.

 

Проект «Развитие функционала отечественного программного обеспечения ScanEx Image Processor: внедрение перспективных методов искусственного интеллекта, технологий больших данных и механизмов слияния разнородных данных при обработке космических снимков и геопространственной информации»

Срок выполнения: 20.12.2022 - 19.01.25. Работы велись при грантовой поддержке Федерального государственного бюджетного учреждения «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (Договор № 90ГРЦЭИИС12-D7/82632)

Состав и назначение продукта:

Для ПО ScanEx Image Processor разработано:
  1. Модуль предварительной подготовки наборов данных для машинного обучения
  2. Модуль для работы с алгоритмами машинного обучения
  3. Готовые алгоритмы нейронных сетей глубокого обучения для задач сельского хозяйства, позволяющие распознавать отдельные виды сельскохозяйственных культур и строить прогноз их урожайности по временным рядам космических снимков в масштабе отдельных полей
  4. База данных эталонов объектов сельского хозяйства с фрагментами космических снимков и аннотациями к ним

Функциональные возможности реализованных компонентов:

  1. Модуль предварительной подготовки наборов данных для машинного обучения имеет следующие функциональные возможности:
  • инструментарий для формирования цепочки автоматизированной обработки выбранных космических снимков или наборов данных
  • инструменты для формирования и обработки временного ряда растров
  • инструменты импорта и экспорта наборов обучающих данных
  • инструменты импорта и обработки климатических данных для возможности их использования в наборах для обучения.
  1. Модуль для работы с алгоритмами машинного обучения имеет следующие функциональные возможности:
  • инструментарий для классификация с использованием готовых моделей и средств разработки из открытых библиотек Tensorflow, Pytorch и др.
  • инструменты для обучения / тренировки модели нейронной сети на базе открытых библиотек Tensorflow, Pytorch и др.
  • инструменты для оценки точности получаемых результатов
  1. Готовые алгоритмы нейронных сетей глубокого обучения для задач сельского хозяйства реализованы в рамках функционала программы и предназначены для решения задач классификации отдельных сельскохозяйственных культур и построения прогноза их урожайности в пределах каждого отдельного сельскохозяйственного поля.
  1. База данных эталонов объектов сельского хозяйства включает фрагменты космических снимков и аннотации к ним, на которых представлены разные отдельные сельскохозяйственные культуры на примере нескольких выбранных регионов.

Области применения: решение задач классификации и прогнозирования на основе временного ряда материалов космической съемки совместно с климатическими и погодными данными методами машинного обучения, в частности, например, определение разновидностей сельскохозяйственных культур и прогнозирование их урожайности. Но с помощью данного инструментария могут решаться задачи и других направленностей: лесной, экологической и т.д.

Эксплуатация программного обеспечения:

Разработанные модули могут использоваться только в составе ПО ScanEx Image Processor (начиная с базовой версии).

Минимальные системные требования для работы программы:

  • Операционная система: Windows 10/11/12 (64-bit)
  • ЦПУ: 8 ядер;
  • ОЗУ: 32 ГБ;
  • Жёсткий диск: 200ГБ;

Стоимость использования модулей для работы с алгоритмами машинного обучения и предварительной подготовки наборов данных для машинного обучения может варьироваться в зависимости от типа приобретаемой лицензии и определяется документом Тарифы использования