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


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32536. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ 106.5 KB
  Разработка и использование ЭС образовательного назначения ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ЭС. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ Специфика разработки программных средств. Разработка программных средств имеет ряд специфических особенностей Прежде всего следует отметить некоторое противостояние: неформальный характер требований к ПС постановки задачи и понятия ошибки в нем но формализованный основной объект разработки  программы ПС. Этот творческий характер разработки ПС сохраняется до самого ее конца.
32537. ДИАЛОГ УЧАЩИХСЯ С ЭВМ. ОБЩЕПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДИАЛОГА. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБЩЕНИЯ 74.5 KB
  Разработка и использование ЭС образовательного назначения ДИАЛОГ УЧАЩИХСЯ С ЭВМ. Система должна оказывать поддержку попыткам обучаемых научиться общению с системой и не вызывать раздражения у учащихся принуждая их вести диалог если они этого не хотят. Широкое использование фактического диалога может отрицательно сказаться на отношении учащихся к. Не допускайте отрицательных оценок мышления памяти внимания учащихся.
32538. РАЗРАБОТКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА 129.5 KB
  Окна подразделяются на первичные и вторичные. Прочие порождаемые им окна относятся ко вторичным которые в свою очередь могут быть дочерними и всплывающими. Внережимные и дочерние окна служат для организации параллельных ветвей диалога. Пользователь может выбирать активное окно переключаясь между дочерними и внережимными или первичным и внережимными окнами если дочерние окна отсутствуют.
32539. ВЫБОР ФОРМ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ 470 KB
  ВЫБОР ФОРМ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ЭС применяются разнообразные формы представления информации: текст и гипертекст графика и гиперграфика видео анимация звук интерактивные трехмерные изображения. По способу формирования изображения они подразделяются на матричные растровые векторные и функциональные. Пиксель является минимальным адресуемым элементом матричного изображения. При любом увеличении качество векторного изображения не меняется.
32540. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПОВ УЧЕБНО-ТРЕНИРОВОЧНЫХ ЗАДАЧ 398 KB
  Типизация учебнотренировочных задач Напомним что основным средством контроля знаний в ЭС служат УТЗ результаты и ход выполнения которых оцениваются автоматически. Целесообразно чтобы программа включала в себя единое множество УТЗ из которого выбирались задачи используемые в том или ином контрольном блоке в зависимости от представления в нем содержания курса и требований к знаниям обучаемых. Необходимо чтобы уровень тематического деления множества УТЗ соответствовал минимальному охвату учебного материала блоком контроля. Таким образом...
32541. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ 130 KB
  Основная функция обратной связи идущей от учащегося к обучаемому раскрыть как осуществляется учебная деятельность с тем чтобы наметить систему обучающих воздействий которые обеспечивают эффективное достижение учебных целей. Информация которая идет по каналу обратной связи от обучаемого к обучающему содержит сведения о том как учащийся решает предложенные ему учебные задачи какие трудности испытывает их причины а также какие вспомогательные обучающие воздействия обеспечивают правильное решение учебных задач. В настоящее время...
32542. КАЧЕСТВО ПРОГРАММНОГО СРЕДСТВА 68.5 KB
  Понятие качества программного средства. Этому препятствует тот факт что повышение качества ЭС по одному из таких свойств часто может быть достигнуто лишь ценой изменения стоимости сроков завершения разработки и снижения качества этого ЭС по другим его свойствам. Поэтому при описании качества ЭС прежде всего должны быть фиксированы критерии отбора требуемых свойств ЭС. В настоящее время критериями качества программных средств criteri of softwre qulity принято считать: Функциональность  это способность ЭС выполнять набор...
32543. ОЦЕНКА УЧЕБНЫХ ПРОГРАММ 79.5 KB
  При оценивании следует помнить что не всякая оценка в равной мере применима ко всем программам необходимо учитывать тему цель и тип программы. Один из пунктов предназначен для краткого описания программы причем не столько ее содержания сколько других факторов которые могут вызвать интерес учителя предмет ступень обучения класс необходимое аппаратное обеспечение количество программ цена и т. Прогон программы запуск ввод данных управление. гарантируется ли работа при неправильном нажатии клавиш Точно ли указывается опасность...
32544. ИНДИВИДУАЛИЗАЦИЯ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОБУЧАЮЩЕЙ ПРОГРАММЕ. ЗАЩИТА ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ 148.5 KB
  При запуске продукта проверяется наличие на ключевом носителе дискете или CDROM определенной информации записанной в защищенной от копирования области. Затраты обусловленные отсутствием защиты: недополученный доход изза несанкционированного распространения и использования продукта = Затраты обусловленные реализацией защиты: прямые затраты на реализацию или приобретение и интеграцию в продукт соответствующих средств; ограничения на программнотехническую совместимость накладываемые средствами защиты; снижение привлекательности...