Способ поиска и восстановления информации о событии по известному временному периоду и имеющимся базам данных
Владельцы патента RU 2556462:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) (RU)
Изобретение относится к средствам анализа изображений географического района. Техническим результатом является повышение точности определения даты гидродинамического явления, зафиксированного на изображении. В способе с помощью графических зависимостей от времени выявляют период времени максимального изменения каждого параметра, для одного из параметров с наибольшим градиентом от даты старта летательного аппарата до указанного периода времени отсчитывают целое число суточных периодов изменения параметра, связанного с солнечной активностью на поверхности Земли (освещенностью), определяют вероятные даты фиксации гидродинамического явления, с интервалом в несколько часов в течение каждой из этих дат восстанавливают горизонтальную двумерную структуру поля параметра над ограниченным районом акватории, устанавливают пространственное соответствие аномалий поля и области фиксации гидродинамического явления, получают дату фиксации гидродинамического явления. 3 ил.
Изобретение относится к способам обработки информации и имеет целью установление утерянной по какой-либо причине даты гидродинамического явления, зафиксированного на изображении водной поверхности Земли, выполненном с летательного аппарата, на основе архивной базы данных дистанционного зондирования Земли. Полученная информация может быть использована при долгосрочном исследовании и последующем построении математических моделей процессов взаимодействия приводного слоя воздуха и верхних слоев воды с последующим применением полученных результатов для хозяйственных целей (навигация, рыбный промысел), экологии (распространение загрязнений), а также для прогнозирования и предотвращения чрезвычайных ситуаций (цунами, наводнения).
Проблема отсутствия точной даты получения части архивных изображений водной поверхности Земли, сделанных с летательного аппарата, приводит к невозможности их использования в качестве источника информации для долговременных исследований процессов взаимодействия верхних слоев крупных водоемов (океаны, моря, озера) и приводного слоя атмосферы.
Поэтому задача создания способа точного (с точностью до конкретного дня) определения давности гидродинамического явления, происходящего в верхних слоях жидкости, по сделанным с летательного аппарата изображениям, фиксирующим его проявление на поверхности акватории, является весьма актуальной.
В силу узкой специфики применения предлагаемого способа большого количества аналогов найдено не было.
В качестве прототипа взят патент США №8560520 Information retrieval using time, МПК8 G06F 17/30, публ. 15.10.2013, в котором осуществляют информационный поиск, имея в качестве исходной информации некоторый временной период. В процессе реализации способа создают «объекты времени», которые являются сочетанием различных типов носителей информации, полученных из потенциально различных источников, например относятся к одной и той же дате или к диапазону времени. Например, «объект времени» может состоять из изображения и части текста о событиях, относящихся к исходному временному периоду. В этом случае для объекта поиска (события) задают исходный временной период, а также URL исходных веб-страниц. Затем осуществляют поиск, который отражают в виде соответствующих дат, связанных с датами «объектов времени». «Объекты времени» могут быть показаны в хронологическом порядке, например, в виде зависимости от времени. «Объекты времени» могут создаваться динамично по мере запроса веб-страницы и демонстрироваться одновременно с открытием этой веб-страницы.
Достоинством прототипа является то, что таким способом можно искать информацию о чем угодно и на сколь угодно большом временном интервале. Однако, несмотря на то, что есть гарантия, что поиск будет проведен наилучшим образом, нет никакой гарантии, что нужная информация в достаточном объеме содержится в имеющихся базах данных для заданного в поиске временного интервала и что извлеченная информация будет обладать необходимой точностью и будет представлена в необходимом количестве и нужном формате. Таким образом, недостатком способа-прототипа информационного поиска, использующего в качестве параметра поиска только заданный интервал времени, является невозможность определения времени создания искомого объекта, например даты фиксации гидродинамического явления на изображении водной поверхности Земли, в случае его отсутствия в базе данных.
Задачей, на которую направлено изобретение, является создание способа, который позволяет с точностью до суток определить на изображении водной поверхности Земли, сделанном за время полета конкретного летательного аппарата, дату фиксации гидродинамического явления на основе анализа имеющихся архивных гидро- или метеорологических данных, соответствующих тому же периоду времени и наблюдаемому району акватории.
Технический результат достигается тем, что ищут и восстанавливают информации о событии по известному временному интервалу и имеющимся базам данных, используя компьютерную обработку имеющихся в наличии баз данных с возможностью последующего построения зависимостей найденных параметров от времени в известном временном интервале.
Новым является то, что в качестве события рассматривают гидродинамическое явление, изображение которого было зафиксировано с летательного аппарата в некоторой области ограниченного района акватории, причем координаты исследуемого ограниченного района акватории используют в качестве дополнительной известной изначально информации для поиска, в качестве известного временного интервала используют период времени полета конкретного летательного аппарата, во время которого было зафиксировано гидродинамическое явление, под информацией, подлежащей поиску и восстановлению, имеют в виду дату фиксации гидродинамического явления на сделанном с летательного аппарата изображении, в качестве баз данных, в которых ведется поиск, используют архивные данные дистанционного зондирования нижних слоев атмосферы и верхних слоев водной поверхности Земли на глубинах до 400 метров, для которых сначала выполняют поиск гидро- и метеорологических параметров, соответствующих периоду времени полета конкретного летательного аппарата для ограниченного района акватории, и строят зависимости найденных параметров от времени, затем на графиках зависимостей от времени, найденных в результате поиска параметров, не связанных с солнечной активностью, выявляют узкий период времени максимального изменения (градиента) каждого параметра, после чего для одного из найденных параметров с наибольшим градиентом от даты старта летательного аппарата до выявленного узкого периода времени отсчитывают целое число суточных периодов изменения параметра, связанного с солнечной активностью на поверхности Земли (освещенностью), и определяют таким образом вероятные даты фиксации гидродинамического явления, далее с интервалом в несколько часов в течение каждой из этих дат восстанавливают горизонтальную двумерную структуру поля этого параметра над ограниченным районом акватории и устанавливают пространственное соответствие аномалий поля и области фиксации гидродинамического явления, в результате чего получают точную дату фиксации гидродинамического явления с летательного аппарата.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На Фиг.1 представлен снимок NASA в районе Красного моря STS41C-51-2338 (апрель 1984 г.; миссия NASA STS41C; 23 с.ш., 38.5 в.д.).
На Фиг.2 приведены временные зависимости изменения периодических и не периодических метеорологических параметров в районе Красного моря с 6 по 13 апреля 1984 г.(миссия NASA STS41C): а - давление на уровне моря, б - скрытый тепловой поток, в - температура водной поверхности.
На Фиг.3 показано изменение горизонтального поля давления в районе Красного моря 9 апреля 1984 г. с 0 ч. до 13 ч. Белый квадрат соответствует координатам области, в которой было зафиксировано гидродинамическое явление на серии снимков STS41C-51-2338-2341, сделанных с летательного аппарата (один снимок из серии, на котором наиболее ярко выражено присутствие гидродинамического явления, приведен на Фиг.1).
Изображения водной поверхности Земли, полученные с помощью средств фиксации видеоизображения вследствие несжимаемости и неразрывности жидкости, содержат информацию о проявлении на водной поверхности гидрологических явлений, происходящих в верхних слоях толщи воды на глубинах до 400 метров (максимальная характерная глубина нижней границы сезонного пикноклина).
Неразрывность сред на границе воздух-вода обусловливает передачу силового воздействия со стороны нижних слоев атмосферы к верхним слоям жидкости. Что, в свою очередь, позволяет отслеживать результаты такого аэродинамического воздействия на приповерхностные слои жидкости по характеристикам сигнала средств дистанционного зондирования различных диапазонов частот, сканирующих водную поверхность Земли.
Часть из отслеживаемых параметров являются периодическими с суточным периодом, так как зависят от солнечной активности на поверхности Земли (например, температура приводного слоя атмосферы). Остальные параметры состояния приводного слоя атмосферы и верхних слоев жидкости могут изменяться в течение различных периодов времени под воздействием непериодических факторов, таких как атмосферное давление, влажность приводного слоя воздуха, наличие облачности и т.п.
Предлагаемый способ основан на сравнительном анализе периодических и непериодических временных зависимостей параметров, измеряемых в течение конкретного полета с помощью средств дистанционного зондирования водной поверхности Земли, установленных на летательном аппарате.
Способ осуществляют следующим образом.
Проводят поиск среди имеющихся архивных гидро- или метеорологических данных в различных диапазонах спектров дистанционного зондирования, основываясь на исходной информации - известном временном периоде полета летательного аппарата и известных координатах ограниченного района акватории, в котором было зафиксировано гидродинамическое явление на сделанном с летательного аппарата изображении.
Затем строят временные зависимости найденных параметров на всем временном периоде полета летательного аппарата.
После этого изучают временные зависимости тех найденных параметров, которые не зависят от солнечной активности, с целью найти временные участки, на которых наблюдается максимально резкое изменение (градиент) каждого параметра. Для параметра, у которого наблюдается наибольший градиент, определяют узкий временной период, где этот градиент наблюдается, и таким образом уменьшают временную область, в которой ищется дата фиксации гидродинамического явления на сделанном с летательного аппарата изображении.
После этого сопоставляют временные зависимости параметров, не зависящих от солнечной активности, с временными зависимостями параметров, связанных с солнечной активностью на поверхности Земли (освещенностью), т.е. периодических с суточным периодом. И далее путем отсчета от даты старта летательного аппарата целого числа суточных периодов изменения одного из параметров, связанных с солнечной активностью, до периода времени, в который фиксировалось наибольшее изменение (градиент) параметра, не связанного с солнечной активностью, определяют вероятные даты фиксации гидродинамического явления (несколько суток) на сделанном с летательного аппарата изображении.
Затем в течение каждой из этих возможных дат фиксации гидродинамического явления для параметра с наибольшим градиентом с периодичностью в несколько часов восстанавливают горизонтальную двумерную структуру поля и устанавливают пространственное соответствие аномалий поля координатам области фиксации гидродинамического явления в исследуемом ограниченном районе акватории. Дата, для которой происходит пространственное совпадение аномалий поля и области фиксации гидродинамического явления, и есть искомая дата фиксации гидродинамического явления, определенная в результате сравнения временных зависимостей гидро- и метеорологических параметров.
Примером применения предложенного способа может служить восстановление даты получения фотографии NASA STS41C-51-2338 изображения водной поверхности в акватории Красного моря в период с 6 до 13 апреля 1984 года. На Фиг.1 зафиксирован процесс трансформации внутреннего солитона при его взаимодействии с шельфовой зоной.
Источниками информации для определения времени формирования физических причин возникновения гидрологического явления, зафиксированного с летательного аппарата, являются зависимости от времени непериодических параметров - давления на уровне моря и скрытого теплового потока (Фиг.2,а и 1,б соответственно). На Фиг.2,б можно выделить относительно узкий интервал времени, когда наблюдается максимальный градиент скрытого теплового потока. В тот же период времени наблюдается менее выраженный рост давления на уровне моря (Фиг.2,а).
Путем отсчета от даты старта летательного аппарата 6 апреля 1984 года двух целых суточных периодов изменения температуры воздуха вблизи поверхности воды до выявленного узкого периода времени с наибольшим градиентом скрытого теплового потока определяют возможные даты выполнения снимка примерно с 8 по 10 апреля 1984 года.
С помощью стандартного программного обеспечения по известным методикам обработки данных с интервалом в несколько часов в течение каждой из этих дат с 8 по 10 апреля 1984 года восстанавливают горизонтальную двумерную структуру полей имеющихся архивных непериодических гидро- или метеорологических параметров в исследуемом ограниченном районе акватории (Фиг.3). Положение локальной аномалии поля давления на уровне моря совпадает с областью и датой фиксации гидродинамического явления на снимке STS41C-51-2338 (белый квадрат на Фиг.3) 9 апреля 1984 года.
На Фиг.3 представлена картина поля атмосферного давления на водной поверхности, восстановленного с помощью интерактивной системы MERRA для анализа и визуализации базы спутниковых данных NASA (http://gmao.gsfc.nasa.gov/research/merra/)
В итоге, дата фиксации гидродинамического явления в акватории Красного моря (Фиг.1) за время полета космического аппарата Challenger (миссия STS41C) в период с 6 по 13 апреля 1984 года согласно интервалу времени с 8 по 10 апреля 1984 года, соответствующему наибольшему градиенту скрытого теплового потока в зависимости от времени на Фиг.2,6 и пространственному положению локальной аномалии поля давления на уровне моря на Фиг.3, была определена как 9 апреля 1984 года.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает суточную точность определения даты зафиксированного гидродинамического явления на основе имеющихся архивных данных регистрации гидро- или метеорологических параметров в исследуемом районе акватории. Способ может быть реализован на основе существующих средств измерений, известных методик получения и алгоритмов обработки данных дистанционного мониторинга земной поверхности и образцов имеющейся вычислительной техники.
Способ поиска и восстановления информации о событии по известному временному интервалу и имеющимся базам данных, включающий компьютерную обработку имеющихся в наличии баз данных с возможностью последующего построения зависимостей найденных параметров от времени в известном временном интервале, отличающийся тем, что в качестве события рассматривают гидродинамическое явление, изображение которого было зафиксировано с летательного аппарата в некоторой области ограниченного района акватории, причем координаты исследуемого ограниченного района акватории используют в качестве дополнительной известной изначально информации для поиска, в качестве известного временного интервала используют период времени полета конкретного летательного аппарата, во время которого было зафиксировано гидродинамическое явление, под информацией, подлежащей поиску и восстановлению, имеют в виду дату фиксации гидродинамического явления на сделанном с летательного аппарата изображении, в качестве баз данных, в которых ведется поиск, используют архивные данные дистанционного зондирования нижних слоев атмосферы и верхних слоев водной поверхности Земли на глубинах до 400 метров, для которых сначала выполняют поиск гидро- и метеорологических параметров, соответствующих периоду времени полета конкретного летательного аппарата для ограниченного района акватории, и строят зависимости найденных параметров от времени, затем на графиках зависимостей от времени, найденных в результате поиска параметров, не связанных с солнечной активностью, выявляют узкий период времени максимального изменения (градиента) каждого параметра, после чего для одного из найденных параметров с наибольшим градиентом от даты старта летательного аппарата до выявленного узкого периода времени отсчитывают целое число суточных периодов изменения параметра, связанного с солнечной активностью на поверхности Земли (освещенностью), и определяют таким образом вероятные даты фиксации гидродинамического явления, далее с интервалом в несколько часов в течение каждой из этих дат восстанавливают горизонтальную двумерную структуру поля этого параметра над ограниченным районом акватории и устанавливают пространственное соответствие аномалий поля и области фиксации гидродинамического явления, в результате чего получают точную дату фиксации гидродинамического явления с летательного аппарата.
