297

Комплексная лаборатория исследований внеземных территорий

Отчет о прохождении практики

Астрономия и авиация

Моделирование фигур и полей малых тел солнечной системы. Обработка изображений, полученных с космических аппаратов в различных спектральных диапазонах. Моделирование поверхностей небесных тел и определение мест посадок космических аппаратов Фобос-Грунт. Создание тематических карт поверхностей небесных тел.

Русский

2012-11-14

631 KB

14 чел.

Московский Государственный Университет Геодезии и Картографии

Кафедра Картографии

Технический отчет

о производственной практике

Руководитель:                                                                              Работу выполнила:

к.т.н Карачевцева И.П.                                                                студентка ФКГ 4-1

                                                                                                      Мукабенова Б.В.

Москва, 2011

ВВЕДЕНИЕ

 Производственная практика проходила с 14 июня по 23 августа 2011 года в Комплексной лаборатории исследований внеземных территорий (КЛИВТ) Московского государственного университета геодезии и картографии в группе «Картографирование небесных тел» под руководством  ведущего научного сотрудника, к.т.н. Карачевцевой Ирины Петровны.  Практику проходили в качестве инженера-картографа 1-го квалификационного уровня (с оплатой).

Дата

Выполненная работа

14-17.06.11

Обучение программе ArcGis

20-27.06.11

Оцифровка кратеров и борозд. Создание слоев с посадочными площадками.

28-29.07.11

Изучение программы ISIS.

1-2.08.11

Оцифровка кратеров на поверхности Фобоса.

3-23.08.11

Создание графиков плотности распределения кратеров, профилей кратеров. Анализ проделанной работы.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОРГАНИЗАЦИИ.

  Комплексная лаборатория исследований внеземных территорий (КЛИВТ) является структурным подразделением Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК) 

Адрес: 105064, Москва, Гороховский пер., 4, ст. метро «Курская»

 Основные направления научных исследований:

  •  Моделирование фигур и полей малых тел солнечной системы;
  •  Обработка изображений, полученных с космических аппаратов в различных спектральных диапазонах;
  •  Моделирование поверхностей небесных тел и определение мест посадок          космических аппаратов («Фобос-Грунт» и др.);
  •  Создание тематических карт поверхностей небесных тел.

История лаборатории

      Первые съемки обратной стороны Луны (октябрь 1959 г.), а также съемки Земли из космоса вскоре после запусков первых ИСЗ привели к созданию ряда научных лабораторий, положивших начало таким направлениям как ИПРЗ и планетная картография.

      В МИИГАиК уже в 1961 году при кафедре аэросъемки была организована соответствующая Проблемная лаборатория. Руководил ею Борис Николаевич Родионов, заведовавший в то время этой кафедрой. Его заместителем был Ян Львович Зиман. Лаборатория работала в режиме строгой секретности. Среди сотрудников, которые начинали тогда, а затем практически всю дальнейшую жизнь посвятили этой тематике (этому направлению исследований), были Чесноков, Александр Дорофеев, Борис Дунаев, Борис Викторович Непоклонов, Владимир Киселев, Ирина Васильевна Исавнина, Виктор Красиков и ряд других специалистов. Коллектив ее в основном состоял из выпускников института, хотя были и специалисты извне. Например, Юрий Леонидович Бирюков, как раз окончивший Мехмат МГУ им. М.В.Ломоносова. Основной задачей лаборатории было овладение спецификой обработки космических снимков, их координатная привязка.

     Первой крупной работой лаборатории в области планетной картографии стала обработка первых панорам лунной поверхности, переданных на Землю АМС «Луна-9» осенью 1966 года, когда опять же впервые была осуществлена мягкая посадка станции на лунную поверхность и стало возможным видеть и изучать микрорельеф Луны. Результаты этой работы нашли отражение в книге «Первые панорамы лунной поверхности», изданной АН СССР в 1967 году.

В этот период МИИГАиК еще не принимал участия в съемках обратной стороны Луны АМС «Луна-3» и «Зонд-3» (1959 и 1965 гг) и их последующей обработке. Эти работы велись в ГАИШ под руководством Ю.Н. Липского. (См. Атлас обратной стороны Луны. Ч.I, 1961 г. Ч.II. 1967 г.).

   Однако именно тогда на базе оптико-механических мастерских института была начата подготовка к созданию фотокамер для съемок обратной стороны Луны, а также Земли серией станций «Зонд -5, -6, -7, 8». Эти аппараты должны были не только заснять районы обратной стороны, но и вернуться на Землю, доставив на нее отснятые пленки. В 1968 году камеры были установлены на КА, стартовавших к Луне.

   Это событие совпало по времени как с реорганизацией космических исследований в целом, так и с изменениями в самой лаборатории. В 1968 году было официально объявлено о создании в структуре Академии Наук СССР нового научного института, а именно Института космических исследований (ИКИ) АН СССР, которому по основному замыслу отводилась роль как бы «Советского НАСА», призванного организовывать и направлять космические исследования. В этой связи ряду научных лабораторий, непосредственно связанных с космическими исследованиями, было предложено перейти в создаваемый институт. Лаборатория МИИГАиК также была приглашена в ИКИ АН СССР. Часть сотрудников во главе с Б.Н.Родионовым перешла в систему Академии Наук, а оставшиеся в ней сотрудники приступили к обработке материалов, поступивших с АМС серии «Зонд». В результате этих работ была подготовлена третья часть Атласа обратной стороны Луны (1970 г.), а также серия карт на отснятую часть обратной стороны Луны вплоть до масштаба 1:500 000.

    В 1970 г лаборатория была преобразована в Комплексную проблемную хоздоговорную лабораторию, которую возглавил В.Д.Большаков. Его заместителем была Б.В. Краснопевцева.

В 1972 г. совместно с Лабораторией сравнительной планетологии ИКИ АН СССР была составлена и отпечатана карта кратера Лемонье (масштаб 1:50 000) на место посадки и движения самоходного аппарата Луноход 2. Впервые на карте были предложены названия для малых форм лунного рельефа непосредственно в окрестностях места посадки. Так на Луне появились Кратер Пологий, Мыс Ближний, Борозда незаметная и др. В последствие это предложение стало нормой планетной номенклатуры. В частности, названия для малых форм появились в местах посадок КА серии Аполлон.

  В 1975 г совместно с ИКИ АН СССР была составлена и выпущена первая отечественная карта Марса (сначала бланковая, а затем и с рельефом отмывкой)

Лаборатория планетной картографии зародилась как самостоятельное научное направление и структурное подразделение в конце 70-х годов в структуре Комплексной проблемной хоздоговорной лаборатории, которую возглавлял В.Д.Большаков.

     1980—1989 годы, основные усилия были сосредоточены на разработке структуры и содержания первого комплексного атласа планет земной группы и их спутников, а затем и серий запланированных карт, таблиц и диаграмм.

  С 1986г. начата разработка проекций для тел нерегулярных поверхностей. Результатом стало создание карты и глобуса Фобоса на основе трехосного эллипсоида в качестве поверхности относимости. Карта (1988) и глобус (1990) впервые демонстрировались на сессии КОСПАР в Гааге в 1991 г.

 1990—1992 годы, подготовка к изданию и издание «Атласа планет земной группы и их спутников». Атлас включал более 70 карт и карт-схем и являлся первой попыткой представить имеющуюся информацию в сравнительно-планетологическом аспекте.

 1989—1990 годы — подготовка к изданию «Комплексного атласа Луны».

В 1996 году (неудачный запуск КА Марс-96) договорное финансирование лаборатории было полностью прекращено. С этого года она существует при кафедре Экономики и предпринимательства на Факультете Управления территориями Московского государственного университета геодезии картографии в основном на общественных началах под патронажем Международной картографической ассоциации (МКА) сначала при Рабочей группе по планетной картографии, а с 1999 г. при поддержке Комиссии по  планетной картографии МКА.

  С 1999 года в рамках Международного проекта под эгидой МКА создается серия многоязыковых карт планет и их спутников. В проекте участвуют также Дрезденский технический университет (Германия), Университет им. Этвеша (Венгрия), Университет Западного Онтарио (Канада).

  По проекту «Многоязыковые карты планет и спутников» изданы карта Марса (1999), карта Венеры (2001), карта Луны (2003), карта Меркурия (2005), карта Фобоса и Деймоса (2006).

Подготовлен и издан Атлас: Астрономия. Солнечная система (2005).

Область научных интересов

— определение основных направлений деятельности и выполнения работ по исследованиям внеземных территорий;

— разработка и внедрение современных методов и средств, обеспечивающих решения поставленных задач;

— геодезическое и картографическое обеспечение космических исследований текущих космических программ;

— определение астрономо-геодезических параметров спутников планет и малых небесных тел;

— разработка моделей фигур малых небесных тел, установление их оптимальных поверхностей относимости;

— разработка и совершенствование способов координатной привязки отдельных деталей и результатов космических экспериментов на поверхности малого небесного тела (спутника) и выполнение самой привязки;

— изучение движения космического корабля в гравитационном поле небесного тела.

Структура предприятия


2. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

  В процессе прохождения практики были получены навыки работы с программным обеспечением ArcGis 9.2, Vicar, ISIS, операционной системой Linux.

  Во время практики занималась дешифрированием, оцифровкой кратеров и борозд на поверхности Фобоса, оценкой кумулятивной плотности кратеров, статистикой их расположения.

 Немного о Фобосе.

 История открытия двух крошечных спутников Марса замечательна тем, что первое упоминание о них содержится в книге Джонатана Свифта  «Путешествие Гулливера в Лапуту». Знакомые нам с детства четыре книги Дж. Свифта  о путешествиях Гулливера пронизаны сплошным вымыслом, но спустя более чем 150 лет (в 1877 году) спутники Марса, которых, действительно, оказалось два, были открыты А. Холлом. 

    Их назвали Фобос (греч. φοβος - страх) и Деймос (греч. Δειμος – ужас.

    Долгие годы астрономам были известны только их орбитальные и некоторые физические параметры.

    Серьёзное изучение Фобоса и Деймоса наземными средствами, ввиду их очень малых размеров, было бесперспективно, и первые их подробные изображения были получены космическими средствами. Они были переданы на Землю с космических аппаратов Маринер-9 (Mariner 9) в 1971 году, а также Викинг (Viking) в 1977 году.   

  Позднее новые фотографии были получены с космических аппаратов Марс Глобал Сервейер (Mars Global Surveyor) в 1998 и 2003 гг., Марс Экспресс (Mars Express) в 2004 и 2010 гг., Марс Реконайсанс Орбитер (Mars Reconnaissance Orbiter)  в 2007 и 2008 гг.

    В 1989 году Фобос был сфотографирован с помощью космического аппарата Фобос-2. (Прил.1)

    Всё сказанное выше о космических исследованиях спутников Марса касается только получения их более или менее подробных фотографий с пролетающих мимо них космических аппаратов. Первая попытка не только сфотографировать Фобос, но и непосредственно исследовать его со спускаемого на него аппарата была предпринята в нашей стране.

Основная часть работы проходила в среде ArcGIS.

ArcGIS – базовое программное обеспечение ГИС от ESRI. С помощью ArcGIS можно выполнить задачу ГИС любого уровня сложности, от отдельного аналитического проекта до реализации большой многопользовательской ГИС. Можно использовать три настольных приложения ArcGISArcCatalog, ArcMap и ArcToolbox.

 ArcCatalog управляет хранением пространственных данных, структурой баз данных, а также записью и просмотром метаданных.

 ArcMap используется для всех задач создания карт и редактирования, а также для картографического анализа.

 ArcToolbox используется для преобразования данных и геообработки.

 ArcMap позволяет работать со всеми географическими данными на картах, независимо от формата и местонахождения исходных данных. С помощью  ArcMap можно быстро создать карту из заданных слоев или добавить данные из покрытий, векторных слоев (шейп-файлов), баз геоданных, сеток, TIN, изображений и таблиц координат или адресов.

 

 ArcGIS может хранить и использовать географические данные в нескольких форматах. Три основных модели данных в ArcGIS – это векторная, растровая и TIN. Можно импортировать в ГИС табличные данные.

На начальном этапе мне были выданы:

- База геоданных с DTM, базовой картой Фобоса, географическими сетками, горизонталями через 100 и 200 метров, слой с номенклатурными сведениями о 16 кратерах с названиями

- Папка со снимками Фобоса с КА Mars Express 2010 года

- Папка со снимками с КА Viking 2008 года

- Библиографические источники

 По координатам, приведенным в статье А.Т.Базилевского и Т.В.Шингаревой “Выбор и характеристика мест посадки КА Фобос-Грунт” из Астрономического вестника, были созданы векторные слои с кругами прицеливания и посадочными площадками. Основное внимание было сконцентрировано на оцифровке кратеров, анализе их распространения и их свойствах именно в пределах этих участков. (Прил.2)

  Мною были изучены и освоены такие функции и инструменты ArcGIS как:

·         Georeferencing - панель геопривязки растровых изображений

 С помощью инструмента Georeferencing были привязаны бланковые карты Фобоса из Атласа планет земной группы и их спутников, карта Фобоса, созданная Филом Стуком, карта оценки точности высот по dtm. (Прил.3)

·         Editor - панель редактирования

·         Crater Tools - панель создания кратеров и их анализа  (дополнительный модуль);

   

 Этим инструментом осуществлялась оцифровка кратеров. (Прил.4)

С помощью функции Preview Plot инструмента Craters_Tools были получены графики кумулятивной плотности кратеров на различных областях Фобоса.

(Прил.5)

 

·         3D Analyst - панель анализа трехмерных моделей TIN (дополнительный модуль);

 Были построены графики профилей кратеров. (Прил.6)

·         SpatialAnalyst - панель анализа трехмерных моделей

 С помощью функции Density данного инструмента получили растровые изображения плотности распределения кратеров на поверхности Фобоса. (Прил.7)

 Работа с атрибутивной информацией

Работа с атрибутивной информацией  в ArcMap осуществляется несколькими путями:

А) используя идентификационные инструменты. В этом случае необходимо выбрать слой, о котором желаем получить информацию.

кнопка  

Б)  работа через таблицу атрибутов слоя

Также много времени уделялось работе с атрибутивными таблицами. Занимались подсчетом  глубин кратеров, вносили информацию о разрешении снимков, о ошибках в высотном положении по dtm, считали общую ошибку для каждого кратера, отношение глубины к диаметру кратеров. (Прил.8)

Выборка по атрибутам: выбрав  пункт меню Select By Attributes, увидим следующее диалоговое окно:

Где цифрами обозначены:

1. Выбор метода:

·  Create a new selection - новый выбор по запросу;

·  Add to current selection - добавление в текущий запрос;

·  Remove from current selection - удаление из текущего запроса;

·  Select from current selection - выбор из текущего запроса;

2. Индивидуальные значения выбранного поля;

3. Итоговый текст запроса;

4. Выбор поля в текущем слое;

5. Очистить поле запроса;

6.  Проверка правильности запроса;

7. Подсказка;

8. Загрузить запрос (расширение .exp);

9. Запустить построенный запрос;

10. Закрыть окно выбора по атрибутам;

11. Сохранить запрос (расширение .exp);

Выборка по расположению (построение пространственного запроса). Выбрав в главном меню Selection - Select by Location, появится следующее диалоговое меню:

 

Цифрами обозначены:

1. I want to («я хочу»)  

- select features from (выбрать  объекты из…);

- add to the currently selected features in (добавить в текущую выборку объекты из…);

- remove from the currently selected features in (удалить из текущей выборки объекты из…);

- select from the currently selected features in (выбрать из текущей выборки объекты из…);   

2. the follwing layers (…из нижеследующих слоев) - выбор слоя, в котором собираемся производить выборку:

3. that (которые при этом…)

- intersect (пересекают…);

- are within a distance of (находятся на заданном расстоянии…);

- completely contain (перекрывают…);

- are completely within (полностью перекрывают…);

- have their center in (центр которых находится…);

- share a line segment with (имеют общий линейный сегмент с…);

- touch the boundary of (соприкасаются по границе…);

- are identical to (идентичны с…);

- are crossed by the outline of (пересечены контурами-границами…);

- contain (содержат в пределах своих контуров…);

- are contained by (содержатся в пределах исходных контуров…;

4. the features in this layer (объекты, объектов из…) - выбор слоя, где расположены объекты, которыми будем осуществлять выборку.

Таким образом, из пунктов диалога будет сформирована основная команда запроса. К запросу можно включить/выключить дополнительные опции:

5. Use selected features - использовать только выделенные объекты.

6. Apply a buffer… - применить выбранный размер буфера в выбранном слое (выбор слоя осуществляется в поле 4).

Внизу две управляющие кнопки:

7. Apply - pапустить выборку по пространственному запросу.

8. Close - pакрыть  диалоговое окно пространственного запроса.

С помощью Выборок по атрибутам и расположению осуществлялся подсчет количества кратеров в зависимости от градации диаметра и определенной зоны Фобоса, разрешения снимков и точности dtm.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 За время прохождения практики были получены навыки работы с программным обеспечением ArcGis 9.2, Vicar, ISIS, операционной системой Linux.

Большинство методических материалов было на английском языке, что способствовало обучению языку.

  Работа в лаборатории внеземных территорий позволила расширить свой кругозор в области планетной картографии и геоинформатики. Думаю, что полученные опыт и знания пригодятся мне в последующей работе над дипломным проектом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1.  Замараев В.В. ArcMap – руководство пользователя.
  2.  Шингарева Т.В. «Геологическое строение и вещественный состав Фобоса», Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических  наук, Москва, 2009
  3.  ArcGis 9.2. Руководство пользователя.

  ПРИЛОЖЕНИЯ

Прил. 1. Изображения Фобоса: а – вид Фобоса на фоне Марса (снимок КА «Фобос–2»); б – кратер Стикни (9 км в диаметре) на снимке 854а1,2 КА «Viking Orbiter»; в – кратер Стикни и борозды (снимок 357а64 КА «Viking Orbiter»); г – фронтальный вид кратера Стикни на снимке 73b03 КА «Viking Orbiter».

 

Прил. 2. Первая предполагаемая посадочная площадка КА Фобос-Грунт.

а)     б)

Прил. 3. Фрагменты привязанных карт: а)карта Фобоса, созданная Филом Стуком, б)карта оценки точности высот по dtm. Масштаб 1 : 200 000

Прил.4. Участок Фобоса с оцифрованными кратерами (классифицированные по диаметру)

Прил. 5. График кумулятивной плотности кратеров на 1-ой посадочной площадке.

Прил.6. Профили кратера Стикни в долготном и широтном направлениях.

Прил. 7. Пример плотности распределения кратеров для 1-ой посадочной площадки

 Прил.8. Пример атрибутивной таблицы векторного слоя кратеров