Лаборатория геоинформатики

Основные направления деятельности Лаборатории в настоящее время: информатизация Института, построение геоинформационных систем, проектирование и создание баз данных, обработка и анализ данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), геоинформационный анализ материалов в области Наук о Земле, создание прогнозных схем на основе нейросетевых технологий.

Лаборатория осуществляет информационное обеспечение фундаментальных и поисковых работ в области геолого-разведочных работ (ГРР), внедрение современных информационных технологий, построение геоинформационных систем, использование программно-технических комплексов для обработки массивов данных, разработку методических основ применения специализированных баз данных и др.

Характер и виды выполняемых работ обусловлены особенностью научно-организационной структуры Лаборатории. Она выражается в сочетании научных исследований с работой по внедрению перспективных информационных технологий в практику.

В последние годы в Лаборатории получен ряд важных результатов:

● Выполнена оценка пригодности использования данных ДЗЗ, полученных с космических аппаратов Landsat-8 (среднее пространственное разрешение) и WorldView-2 (высокое пространственное разрешение) для проведения работ по региональному геолого-минералогическому картированию, включая пространственное размещение зон гидротермально измененных пород и продуктов гипергенеза в пределах юго-восточного Забайкалья.

● Впервые для территории юго-восточного Забайкалья разработан подход к обработке и интерпретации спектральных характеристик оптических данных ДЗЗ, полученных космическим аппаратом Landsat-8. Результаты исследований в сочетании с ГИС геолого-геофизическим и металлогеническим моделированием позволили создать прогнозную схему распределения рудоносных комплексов и структур, локализовать площади, потенциально перспективные на обнаружение объектов стратегического минерального сырья (рис. 1), сформировать рекомендации к проведению геологоразведочных работ в рамках разномасштабных прогнозно-минерагенических исследований, направленных на выявление определенного геолого-промышленного типа месторождений.

Прогнозная схема распределения комплексов и структур, перспективных на гидротермальную рудную минерализацию в юго-восточном Забайкалье, созданная на основе обработки и интерпретации спектральных характеристик оптических данных дистанционного зондирования Земли (аппарат Landsat-8) в сочетании с ГИС проектированием, геолого-геофизическим и металлогеническим моделированием с использованием алгоритмов нечеткой логики.

В ходе работ использовались данные коммерческого спутника WorldView-2, так как они обеспечивают более благоприятные пространственные и спектральные характеристики VNIR диапазонов для выявления геологических особенностей территории и проведения более детального геолого-минералогического картирования. Полученные результаты позволяют рассматривать спектральные аномалии зон, маркирующих околорудные изменения пород, в качестве индикатора для обоснования выбора участков детальных поисковых исследований в пределах перспективных площадей. Использование предложенной методики для разбраковки существующей базы вторичных геохимических ореолов позволяет ранжировать территории по перспективности постановки ГРР, производить переоценку ряда рудопроявлений и геохимических аномалий, которые требуют дальнейшего изучения.

● Спроектирована спектральная база данных, ориентированная в первую очередь на поддержку пространственной и геометрической составляющей исследуемых площадей. Обеспечено хранение данных измерений, полученных различными спектрорадиометрами, которые работают во VNIR, SWIR и TIR электромагнитных диапазонах, а также всех связанных ними метаданных, включая описание сенсоров, условий и методик измерения, хранение многоспектральных сигнатур, полученных в ходе предобработки и обработки данных ДЗЗ и результатов их интерпретации. Структура спектральной базы данных спроектирована на основе анализа международного опыта в области сбора, описания, унификации, хранения и обмена пространственной и научной информации. Программный комплекс целиком реализован на свободно распространяемых программных пакетах, таких как СУБД PostgreSQL и ГИС NEXT GIS/QGIS.

● Впервые решена задача по выделению линеаментов с применением нейросетевых моделей. Установлено, что обучение нейросетевых моделей на естественных и смоделированных данных оптимизирует подбор параметров, которые влияют на результаты интерпретации нейронной сети. Создана нейросетевая модель, обеспечивающая автоматическое выделение линеаментов человекоподобным образом. Разработана методика автоматической векторизации результатов работы нейронной сети, их географической привязки и экспорта в ГИС. Создан графический интерфейс для удобства работы с программным обеспечением. Планируется обеспечить работу приложения с другими типами цифровых моделей рельефа и увеличить количество вариаций анализируемых морфологических элементов (кольцевые структуры, хребты, впадины, крутые и пологие склоны, протяженные структуры свыше 10 км и т.д.).

● Впервые разработано авторское программное обеспечение (ПО) для создания пространственных прогнозно-поисковых моделей рудообразующих систем месторождений стратегических металлов на основе нейросетевых технологий. Проведен анализ функциональных возможностей различных нейронных сетей, обоснован выбор архитектуры "AlexNet" и разработана методика, позволяющая на основе комплекса признаков (критериев) проводить обучение нейросетевой модели для её дальнейшей работы. Выполнен сравнительный анализ различных вариаций нейросетевых моделей и подбор гиперпараметров их обучения. В результате получена прогнозная схема пространственного распределения рудных объектов, включая месторождения полиметаллов, в пределах Приаргунской структурно-формационной зоны (юго-восточное Забайкалье) (рис. 2). Прогнозная схема иллюстрирует возможности использования нейросетевых технологий для постановки разномасштабных прогнозно-минерагенических исследований на дефицитные виды стратегического минерального сырья на территориях со сложными климатическими и ландшафтными условиями.

Прогнозная схема пространственного распределения месторождений дефицитных видов стратегического минерального сырья (на примере Pb и Zn) на территории Приаргунской структурно-формационной зоны (юго-восточное Забайкалье). Цифрами отмечены номера крупных и средних месторождений: 1 - Нойон-Тологой; 2 - Савинское №5; 3 - Ново-Широкинское; 4 - Воздвиженское; 5 - Спасское.