Учёные — аграриям

В наши дни во всём мире растёт интерес к методам дистанционного мониторинга наземных объектов по данным аэрокосмической съёмки. ИКИТ СФУ располагает для этих целей собственным мощным антенным комплексом и суперЭВМ. На кафедре систем искусственного интеллекта сформирована собственная база данных космических снимков и создана многоцелевая автоматизированная система космического мониторинга. Система содержит ряд сервисов, ориентированных на использование в аграрном секторе экономики, и она открыта как для сельскохозяйственных предприятий, так и для фермеров. Мониторинг осуществляется благодаря постоянно функционирующей международной группировке космических аппаратов дистанционного зондирования Земли. В одной только космической группировке PlanetScope более 130 космических аппаратов. Принимаются данные и с отечественных спутников «Канопус-В» и «Ресурс-П».

На кафедре защищены три кандидатские диссертации, связанные с агромониторингом. Например, Евгений МАЛЬЦЕВ изучал вопросы организации противопожарной вспашки и проверял качество расчётов из космоса. Руслан БРЕЖНЕВ исследовал поля, чтобы смоделировать и проанализировать их структурную неоднородность при помощи данных, полученных со спутников. Ксения РАЕВИЧ проводила тщательный анализ участков земли из космоса с экономических позиций, чтобы можно было потом рекомендовать, в каком месте и какую деятельность лучше вести.

— С чего началось наше сотрудничество с аграриями? Лет восемь назад к нам за помощью обратился глава Сухобузимского района, — вспоминает Юрий Анатольевич. — Руководителя интересовало состояние посевов, хорошо ли они обрабатываются, нет ли в районе заброшенных земель и т.д. Всё это хорошо сканируется из космоса. Скажем, когда идёт сезон вегетации и начинают появляться всходы, на космических снимках видно, где и что не взошло, и можно успеть подсеять. Для решения этих задач нам удалось привлечь грантовое финансирование, и несколько лет мы наведывались в район, чтобы сверить данные, полученные из космоса, с тем, что происходит на полях. Неоценимую помощь в этом оказал Юрий Дмитриевич ШПИРУК, ныне — первый заместитель главы района, который познакомил нас с людьми, работающими на земле. Сейчас уже в этом направлении мы работаем и с другими заказчиками, в их числе такие хозяйства, как «АгроЯрск», «Агрофирма «Учумское», «Учхоз Миндерлинское», племзавод «Таёжный» и другие.

Поступали запросы и от краевого министерства сельского хозяйства. Дело в том, что сельхозпроизводителям выделяли субсидии на обработку земель, оставленных под пары. Такие земли положено три раза в году вспахивать, чтобы ни одной травинки не росло. Не все относятся к этой задаче добросовестно, а из космоса хорошо видно — голая земля или заросшая. Космические аппараты позволяют отслеживать огромные территории и, зная карту паровых полей, можно получить объективную картину по краю. Кроме того, минсельхоз интересовало, сколько земель в крае реально работают и какими культурами заняты. Например, есть земли, которые по документам никому не принадлежат, но по космическим данным легко установить, что там ведётся какая-то деятельность. Либо обратная ситуация — земли сельскохозяйственного назначения не используются и постепенно превращаются в залежи. Министерство волновал и вопрос урожайности — прогнозируемой и той, что в итоге представляют в своих отчётах сельхозпроизводители.

Из космоса хорошо видны обработанные поля «без пользователя»

Заказ от энергетиков и геологов

Не так давно в лабораторию информационной поддержки космического мониторинга ИКИТ обратились энергетики. Их интересовала картина подтоплений и мониторинг состояния просек в зоне ЛЭП — высокая вдоль них растительность или низкая. Там, где проходят высоковольтные линии электропередач, а тянутся они через всю нашу бескрайнюю сибирскую тайгу, не должно быть деревьев. И, наконец, третье большое направление работы лаборатория ведёт совместно с Институтом горного дела, геологии и геотехнологий (директор Владимир Александрович МАКАРОВ). Речь о возможности картирования и прогнозирования наличия руд по изображениям из космоса.

— Представьте себе, есть большая территория, отданная как лицензионный участок промышленному предприятию, — продолжает профессор Ю.А. Маглинец. — Допустим, имеются сведения, что в данной местности залегают железно-никелевые руды. Известны и геоморфологические признаки — рельеф, виды почв и т.д. Наша задача — указать примерное место, где целесообразно производить изыскания.

— Как здесь поможет космос?

— У минералов есть специфические излучения в тех или иных спектрах, и мировая наука подбирает нужные комбинации значений различных каналов отражения радиоволн. В отличие от задач мониторинга растительности, где «всё на виду», задача поиска полезных ископаемых гораздо сложнее, так как по сути требуется увидеть то, что находится под землёй. Поэтому точных прогнозов того, что, например, в таких-то географических координатах находится месторождение золота, оперируя только данными космической съёмки, не может дать ни одна исследовательская группа в мире. Конечно, эти данные нужно объединить с результатами множества измерений, полученных другими способами, анализировать косвенные признаки. Задача интересная, лежит на стыке геологии и информатики. Пока мы только в начале пути, готовим заявку на грант. В июне на кафедре состоится защита первой магистерской диссертации на эту тему. Добавлю, что в сентябре наш институт проведёт в СФУ седьмую по счёту международную конференцию, посвящённую дистанционному зондированию Земли.

Земная страховка

— По своей специфике наземный испытательный комплекс (НКУ) — это контрольно-проверочная испытательная аппаратура: стенды или лабораторно-отладочные комплексы, предназначенные для отработки в наземных условиях элементов и узлов бортовой аппаратуры, — поясняет Олег Владимирович. — Комплексы, которые мы изготавливаем, универсальны, мобильны, современны. Благодаря грантам мы закупаем все запчасти, комплектующие функциональные узлы, из которых собирается наземный комплекс. Как правило, это высокопроизводительная сложная система, на которую мы дополнительно разрабатываем специальное программное обеспечение. Бывает, закупленная аппаратура не позволяет перекрыть весь диапазон требований, и тогда разрабатываем и изготавливаем собственную аппаратуру в дополнение к уже имеющейся.

— На какой базе?

— Своего производства СФУ, к сожалению, пока не имеет. Мы пользуемся московскими производственными площадями. Современные технологии позволяют через интернет отправить заказ на изготовление печатных плат и на подборку радиодеталей, и к нам приходят уже готовые узлы. Обращаемся и к зарубежным партнёрам. Например, через «ИСС» им. М.Ф. Решетнёва заказывали печатные платы и чипы в Южной Корее. Наши лабораторно-отладочные комплексы позволяют легко и просто организовать весь процесс проведения испытаний на земле.

Испытательный комплекс для командно-измерительной системы космического аппарата умещается в специальном кейсе, размером с две тумбочки. Упаковка кейса настолько прочная, что если сбросить с вертолёта с высоты 10-15 метров, содержимому ничего не будет.

Что там, на борту?

Второе важное направление на кафедре — разработка и изготовление сверхбольших интегральных схем (СБИС) для бортовой аппаратуры космических аппаратов. В Красноярском крае, да и в России, предприятия по изготовлению СБИС можно по пальцам пересчитать. В 99% случаев они сосредоточены в подмосковном Зеленограде на заводе «Микрон», а также в Воронеже.

— Не так давно мы закончили изготовление чипа для навигационного приёмника, а в настоящее время в работе ещё два чипа для системы связи. Мы же цифровики-программисты, поэтому проектируем и саму бортовую аппаратуру, — говорит О.В. Непомнящий. — Есть у нас и опыт в изготовлении прототипов инженерных образцов приборов, которые идут на борт космического аппарата. Например, делаем образец прибора для энергопреобразующей аппаратуры (устройства заряда-разряда солнечных батарей) и управляющий вычислительный модуль на базе специализированного процессора. Но это всего лишь инженерные образцы, а не лётные, «не боевые», как их называют космонавты. Вот чипы — это да, «боевые», но мы их изготавливаем, передаём на предприятие, и дальше уже оно само устанавливает чипы в приборы. Наши лабораторно-отладочные комплексы используются в «ИСС» им. М.Ф. Решетнёва при испытаниях командно-измерительной системы, бортового комплекса управления, для отработки элементов и узлов раскрытия антенн в рабочие положения и т.д.

Программное обеспечение, которое мы разрабатываем для этого предприятия, тоже является уникальным. Например,
у нас имеется ПО, которое позволяет имитировать на Земле воздействие дестабилизирующих факторов космического пространства (как будто бы модуль дал сбой) и наблюдать, как проверочная и бортовая аппаратура реагирует на это.

К счастью, современная микроэлектроника позволяет программировать и легко реконфигурировать многие вещи. Аппаратура от ИКИТ СФУ может применяться для спутников, ракет, боевых машин или обычных двигателей постоянного или переменного тока, которые установлены в троллейбусах. Её можно использовать хоть где, но основными заказчиками являются Роскосмос и Минобороны РФ, поэтому заточена она на отработку конкретных элементов и узлов. В состав системы управления спутником входят всевозможные сети, и эта «начинка» изготавливается в Воронеже, а кафедра О.В. Непомнящего участвует в этом.

— Пока мы разрабатываем только чипы, но в перспективе хотим перейти к конкретным приборам, — делится Олег Владимирович. — В ближайшее время планируем начать разработку элементов и систем авионики для малых космических аппаратов. Авионика — это весь комплекс электронного оборудования на борту: модуль, управляющий малым космическим аппаратом. Продолжим работать и над системой энергопреобразования. На сегодняшний день в лабораторных условиях мы создали прототипы (образцы) интеллектуального устройства управления и получили уникальные данные — до 98% коэффициента полезного действия при разряде батарей, и это ещё не предел!

Кадры для космоса

Кафедра вычислительной техники ИКИТ готовит специалистов в области информатики и вычислительной техники, но главное — кадры для авиакосмической промышленности.

В этом году команда кафедры создала новую магистерскую программу— «Цифровые интеллектуальные системы управления» (Digital Intelligent Control Systems). Она предназначена для подготовки отечественных и зарубежных специалистов для космоса и реализуется в том числе на английском языке.

Программа подготовлена совместно с ведущими европейскими вузами: университетом Сорбонны (Франция), Техническим университетом Берлина (Германия), университетом Томаса Мора (Бельгия), университетом им. Петра Великого (Россия). В СФУ уже объявлен конкурс на эту программу, и поступили заявления от первых абитуриентов из США, Анголы, Китая, Пакистана и других стран. Российские студенты имеют право учиться в магистратуре бесплатно.

Указанная программа расширила список направлений «космических» магистерских программ ИКИТ. Старейшая в ИКИТ программа «Дистанционное зондирование и ГИС-технологии в мониторинге природных и антропогенных экосистем» в этой области была открыта базовой кафедрой геоинформационных систем. Четыре года назад к ней добавилась программа «Информационные системы дистанционного зондирования Земли», открытая под эгидой научно-учебной лаборатории «Информационная поддержка космического мониторинга» кафедры систем искусственного интеллекта. Выпускники обеих программ востребованы на предприятиях и в организациях, связанных с обработкой геопространственных данных, космическим мониторингом и распознаванием изображений.