В ЮФУ сделали шаг к созданию системы управления «умного региона»
По аналогии с цифровой системой «Умный город» команда ученых из Института наук о Земле ЮФУ создает информационную систему, которая базируется на больших геоданных и позволяет принимать управленческие решения относительно того или иного региона. На данном этапе уже создана нейронная сеть «WaterИнсайт», которая лишь при помощи спутниковых изображений может самостоятельно анализировать любой водоем и дать информацию о его глубине, площади, тенденции к обмелению, взаимосвязи с климатическими показателями и прочие показатели. Система уже была протестирована на Керченском полуострове и показала хорошие результаты: 96 процентов точности, в то время как традиционные походы составляли около 70.
Над проектом трудится коллектив исследователей Института Наук о Земле Южного федерального университета под руководством ведущего научного сотрудника, участника программы постдоков ЮФУ в рамках Программы развития «Приоритет-2030» (нацпроект «Наука и университеты») Дениса Кривогуза. На данном этапе исследователи уже совершили значительный прорыв в понимании взаимосвязи между климатическими изменениями и динамикой водных объектов Керченского полуострова. Интегрируя передовые методы геоинформатики, компьютерного зрения и глубокого обучения, они предоставили важные данные, которые способствуют разработке стратегий управления водными ресурсами в условиях меняющегося климата.
В первом исследовании, опубликованном в журнале Q2 Journal of Marine Science and Engineering, была разработана методика, основанная на использовании глубоких нейронных сетей и алгоритмов машинного обучения для извлечения данных о площадях водных объектов спутниковых изображений. Нейронная сеть позволила проанализировать водную поверхность и отделить ее от суши в сложных условиях грязевых и не грязевых озер Керченского полуострова, существенно увеличив точность до этого существующих подходов.
«Использовались спутниковые данные Landsat, обработанные с помощью алгоритма, который компенсировал местные атмосферные и световые условия, обеспечивая точное извлечение информации о водных объектах в различных временных интервалах. Сеть была обучена распознавать и классифицировать различные типы водных объектов, включая их границы и размеры, что было основой для дальнейшего изучения их динамики», – рассказал Денис Кривогуз.
Однако на этом команда ученых не остановилась. Используя результаты своих исследований, они провели анализ долгосрочных тенденций и их взаимосвязи с климатическими показателями, такими как температура, влажность и атмосферные осадки начиная с 1985 года.
«Разработанная нами система «WaterИнсайт» сама анализирует, выводит различные данные и графики, из которых мы уже делаем выводы о том, насколько изменения климата влияют на водные ресурсы. Так, климатические показатели с 1985 года были проанализированы с применением временных рядов и статистических моделей, включая регрессионный анализ, для выявления причинно-следственных связей и прогнозирования будущих изменений», – отметил молодой ученый.
Исследователи применили модели обобщенных аддитивных процессов (GAM) для учета нелинейных взаимосвязей между климатическими изменениями и динамикой водных ресурсов, обеспечивая большую гибкость в моделировании данных. Результаты указывают на обратную корреляцию между температурой и площадью озер, особенно заметную летом из-за интенсивного испарения. Дополнительный анализ показал, что изменения осадков оказывают меньшее влияние на площадь водных объектов по сравнению с температурой. Их роль, однако, становится более значимой в долгосрочной перспективе, особенно в весенние месяцы, когда таяние снега питает водоемы.
Интеграция метеорологических данных с данными дистанционного зондирования предоставила ученым возможность выявить не только прямые, но и косвенные влияния климата на водные ресурсы. Например, более теплые зимы приводили к меньшему количеству снежного покрова и, как следствие, к уменьшению притока воды в весенний период. Также существенный вклад вносят техногенные изменения, связанные со значительным антропогенным давлением в последние годы на территорию полуострова. Значительные изменения в структуре землепользования и поверхностного покрова предположительно оказывают значительный негативный эффект на доступность водных ресурсов на полуострове.
«На наш взгляд, сегодня существует необходимость усиления мер по адаптации к изменениям климата. Это включает в себя разработку стратегий управления водными ресурсами, которые могли бы минимизировать отрицательное воздействие на экосистемы и население, живущее на территории Керченского полуострова», – добавил Денис Кривогуз.
Исследования научного коллектива ЮФУ представляют собой важный шаг в изучении экологических процессов и отражают глубокое понимание взаимосвязей между климатическими изменениями и водными системами Керченского полуострова. Такие научные достижения подчеркивают важность интеграции различных научных дисциплин и подходов в борьбе с экологическими вызовами нашего времени и служат образцом для будущих исследований в области устойчивого развития и экологии. Результаты последней работы опубликованы в научном журнале Journal of Marine Science and Engineering.
Ученые заявляют, исследование Керченского полуострова – лишь начало. В скором времени они планируют внедрение результатов исследований в других регионы Российской Федерации. Задачи системы управления «умного региона» выходят далеко за пределы водных объектов, которые являются лишь малой частью и одним из аспектов такого применения. Планируется, что в будущем она будет представлять некий интернет-портал, содержащий сведения о различных параметрах водной среды, например температуре и прозрачности, а также условных границах особо интересных водных объектов Ростовской области. Кроме того, когда система «натаскается», можно будет выявлять, как те или иные решения повлияют на будущее региона: система сможет самостоятельно анализировать влияние различных природных факторов на водные ресурсы территорий, а также как такие изменения отразятся на остальных природно-ресурсных характеристиках региона.
Подобные инновационные разработки ученых ЮФУ, безусловно, улучшат понимание эволюционных процессов регионов России и в перспективе других территорий нашей планеты.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые раскрыли причины удивительной сохранности крупнейшей из пирамид Гизы. Секрет того, что за прошедшие тысячелетия пирамиду не разрушили землетрясения, кроется в особенностях ее конструкции, в том числе в так называемых разгрузочных камерах, расположенных непосредственно над погребальной камерой фараона.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно