Проектирование ИС мониторинга разрушения берегов водохранилища с использованием аэрофотосъемки

Содержание

Введение

Глава 1. Информационные системы мониторинга природных стихий

1.1. Информационные системы оценки состояния и прогнозирования окружающей среды

1.2. Абразионные процессы и их влияние на хозяйственную деятельность

1.3. Информационное обеспечение мониторинга абразионных процессов на водохранилище

Глава 2. Оценка и прогнозирование изменения береговой линии водохранилища

2.1. Сбор и систематизация данных о переформировании берега

2.2. Методы прогнозирования изменения береговой линии

2.3. Прогнозирование переформирования берега

Глава 3. Проектирование информационной системы

3.1. Функциональная модель

3.2. База данных

3.3. Интерфейс информационной системы

Заключение

Список использованной литературы

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИС МОНИТОРИНГА РАЗРУШЕНИЯ БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЭРОФОТОСЪЕМКИ

ВВЕДЕНИЕ

Цифровая трансформация природоохранной деятельности становится приоритетным направлением государственной политики в контексте реализации национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации». Разрушение берегов искусственных водоемов представляет существенную угрозу для инфраструктуры, жилых территорий и промышленных объектов, что требует создания специализированных информационных систем для непрерывного мониторинга и прогнозирования абразионных процессов. Согласно данным Федерального агентства водных ресурсов, на территории России эксплуатируется более 2500 крупных и средних водохранилищ, значительная часть которых подвержена интенсивному переформированию береговой линии [12, c. 45]. Традиционные методы наземных геодезических измерений не обеспечивают необходимую оперативность получения пространственных данных на протяженных участках – здесь аэрофотосъемка с беспилотных летательных аппаратов открывает принципиально иные возможности.

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе характеризуется фрагментарностью подходов. Существуют разрозненные исследования по геоинформационному картографированию (работы Московского государственного университета геодезии и картографии), отдельные разработки систем обработки данных дистанционного зондирования (ИПИ РАН), однако комплексные решения, интегрирующие сбор аэрофотоданных, их автоматизированную обработку и прогнозное моделирование в единую информационную систему, практически отсутствуют. Переход на отечественные программные платформы в соответствии с Указом Президента РФ № 166 от 30.03.2022 делает задачу создания собственных специализированных ИС особенно актуальной [7, c. 3].

Цель курсовой работы – спроектировать информационную систему мониторинга разрушения берегов водохранилища на основе данных аэрофотосъемки с использованием отечественных технологий и платформ.

Задачи исследования:

• изучить теоретические основы функционирования информационных систем мониторинга природных процессов и нормативно-правовую базу их проектирования;
• исследовать специфику абразионных процессов на водохранилищах и требования к информационному обеспечению их мониторинга;
• систематизировать методы сбора и обработки данных о динамике береговой линии с применением технологий аэрофотосъемки;
• проанализировать существующие подходы к прогнозированию переформирования берегов и выбрать оптимальную математическую модель;
• разработать функциональную и информационную модели проектируемой системы в соответствии с ГОСТ 34.601-90;
• спроектировать структуру базы данных и пользовательский интерфейс информационной системы с учетом требований эргономичности и безопасности.

Объект исследования – процессы проектирования и разработки специализированных информационных систем экологического мониторинга.

Предмет исследования – методы и средства автоматизации обработки геопространственных данных аэрофотосъемки для оценки динамики береговой линии водохранилищ.

Методологическая база исследования включает системный анализ предметной области, методы структурного проектирования информационных систем (IDEF0, DFD), реляционное моделирование баз данных, алгоритмы компьютерного зрения для обработки изображений. Нормативную основу составляют ГОСТ 34.601-90 «Автоматизированные системы. Стадии создания», ГОСТ 34.602-89 «Техническое задание на создание автоматизированной системы», ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010 «Процессы жизненного цикла программных средств», ФЗ № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации». Инструментальные средства – отечественные СУБД (Postgres Pro), геоинформационные системы (ГИС «Панорама»), библиотеки машинного обучения (отечественные разработки на базе Python).

Научная новизна работы заключается в комплексном подходе к интеграции технологий БПЛА-съемки, автоматизированной фотограмметрической обработки и прогнозного моделирования в рамках единой информационной системы на базе отечественного программного обеспечения.

Теоретическая значимость состоит в систематизации методов проектирования специализированных ИС природоохранного назначения с учетом требований технологической независимости. Практическая значимость определяется возможностью применения разработанных проектных решений для создания реальных систем мониторинга водохранилищ на территории Российской Федерации, что позволит повысить оперативность принятия решений по защите береговых территорий.

Структура работы. Первая глава посвящена теоретическим основам информационных систем мониторинга, характеристике абразионных процессов и анализу требований к информационному обеспечению. Во второй главе рассматриваются методы сбора, систематизации и прогнозирования данных о переформировании береговой линии. Третья глава содержит проектные решения по функциональной модели, структуре базы данных и пользовательскому интерфейсу разрабатываемой системы.

ГЛАВА 1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПРИРОДНЫХ СТИХИЙ

1.1. Информационные системы оценки состояния и прогнозирования окружающей среды

Формирование национальной системы экологического мониторинга в условиях цифровой трансформации экономики России требует пересмотра подходов к проектированию информационных систем природоохранного назначения. Согласно концепции Минприроды РФ, утвержденной в 2021 году, основой модернизации государственного экологического надзора становится интеграция автоматизированных средств сбора, обработки и анализа данных о состоянии окружающей среды [1, c. 18]. Информационная система мониторинга – комплекс программно-аппаратных средств, организационных мероприятий и нормативно-методических документов, обеспечивающих непрерывное наблюдение за состоянием природных объектов, обработку полученных данных и формирование прогнозных оценок развития ситуации.

Классификация ИС экологического мониторинга базируется на нескольких критерия

…