СодержаниеСодержание
АННОТАЦИЯ 3
1. ВВЕДЕНИЕ 3
1.1. ГЛОССАРИЙ 3
1.2. ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 4
1.3. НЕФОРМАЛЬНАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 7
1.4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ 8
Алгоритмы цветовой сегментации 9
Алгоритм корреляции с эталоном 10
Алгоритм классификации Хаара 12
1.5. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ 13
1.6. ПЛАН РАБОТ 15
2. ТРЕБОВАНИЯ К ОКРУЖЕНИЮ 16
2.1. ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТНОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ 16
2.2. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММНОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ 16
2.3. ТРЕБОВАНИЯ К ПОЛЬЗОВАТЕЛЯМ 16
3. АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ 17
4. СПЕЦИФИКАЦИЯ ДАННЫХ 19
4.1. ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ BIO 19
4.2. ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ BIOTOP 20
4.3. ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ DATA 20
4.4. ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ DEVICE 21
4.5. ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ PROBES 21
4.6. ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ IMAGES 22
4.7. ПРОТОКОЛ ОБМЕНА ДАННЫМИ МЕЖДУ ЧАСТЯМИ КЛИЕНТСКОЙ И СЕРВЕРНОЙ ЧАСТЯМИ ПОРТЛЕТА 22
5. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ 23
5.1. КЛИЕНТСКАЯ ПОДСИСТЕМА 23
5.2. СЕРВЕРНАЯ ПОДСИСТЕМА 25
6. ТРЕБОВАНИЯ К ИНТЕРФЕЙСУ 25
7. ПРОЕКТ 26
7.1. СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ 26
7.2. МОДУЛИ И АЛГОРИТМЫ 26
Инструментальный модуль 27
Модуль обработки команд 28
Интерфейсный модуль 28
Модуль буферизации и работы с сетью 29
Модуль распознавания 29
Модуль цветовой сегментации 30
Модуль согласованной фильтрации 30
Модуль работы с OpenCV 30
Навигатор 31
Модуль работы с БД 31
7.3. ПРОЕКТ ИНТЕРФЕЙСА 31
8. РЕАЛИЗАЦИЯ И ТЕСТИРОВАНИЕ 37
9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 38ВведениеАннотация
В работе представлена реализация информационно-аналитической системы, используемой для описания состояния морского видового разнообразия прибрежных акваторий по данным подводной фотосъемки. Система интегрирована в GRID портал ТОИ ДВО РАН в виде портлета и применяется при проведении исследований по Целевой комплексной программе ДВО РАН “Биологическая безопасность дальневосточных морей России”. В рамках данной работы были составлены характеристики разнообразия биологических видов в заливе Петра Великого, разработана и реализована подсистема экспертного описания, созданы алгоритмы для автоматического описания биоразнообразия.
1. Введение
1.1. Глоссарий
Биоразнообразие – совокупность особей различных биологических видов, обитающих в заданной акватории.
Биотоп – совокупность видов, обитающих в заданной местности, также обозначает саму местность.
Биоописание – информация о всех морских биологических объектах, присутствующих на исследуемом фотоизображении морского дна (видовая принадлежность объекта, его местоположение в кадре, геометрические размеры)
Трансекта – маршрут, по которому движется спускаемый аппарат, во время съемки объектов.
GRID – географически распределенная инфраструктура, объединяющая множество ресурсов разных типов (процессоры, долговременная и оперативная память, хранилища и базы данных, сети), доступ к которым пользователь может получить из любой точки, независимо от места ее расположения.
GRID портал – Центральная часть GRID системы, обеспечивающая распределение задач и разделяющая пользователей по уровню доступа, представляя каждому изолированную среду для работы.
CONDOR – программа, предназначенная для распределенного запуска задачи в сети обычных компьютеров и распределения нагрузок в ней. Для запуска в системе программа должна поддерживать специальную функциональность
Портлет (PORTal appLET)– приложение, интегрированное в портал, поддерживающее возможность одновременной многопользовательской работы, исполнение портлета производится частично сервером, частично клиентом.
1.2. Описание предметной области
В последние десятилетия отмечено резкое возрастание темпов вселения в водные экосистемы всего мира чужеродных видов организмов (биологических инвазий). Так, за последние пятьдесят лет количество чужеродных видов, обнаруженных в Балтийском и Каспийском морях, превысило число регистраций таких видов в этих морях за весь предшествующий период наблюдений см Рис. 1. Вселение чужеродных видов животных и растений в природные сообщества в результате человеческой деятельности представляет собой своего рода "биологическое загрязнение" [1]. Такое "биологическое загрязнение" сравнимо по своим последствиям с другими видами загрязнения, а в ряде случаев ущерб окружающей среде от видов-вселенцев значительно превышает отрицательные последствия всех других антропогенных факторов.
Рис. 1. Динамика интродукций чужеродных видов беспозвоночных в Каспийском море и дельте Волги в период с 1920 по 1998 гг. (по: Атлас беспозвоночных Каспийского моря, 1968; Карпевич, 1975; Зевина, 1979; Зевина и др., 1970; Анцулевич; Старобогатов, 1990; Бисерова, 1990; Мордухай-Болтовской, 1960; Курашова и др., 1992; Orlova et al., 1998; Калмыков)
Проблема биологических инвазий весьма актуальна для прибрежных и внутренних вод России. Более того, в отличие от большинства загрязняющих веществ, которые в водных экосистемах обычно разрушаются в ходе процессов самоочищения и поддаются эффективному контролю со стороны человека, успешно вселившиеся чуждые организмы могут размножаться и распространяться в окружающей среде часто с непредсказуемыми и необратимыми последствиями. Оказавшись в новой среде, где нет обычных для них паразитов и хищников, виды-вселенцы часто достигают массового развития. Чужеродные виды могут подавлять или полностью вытеснять местные виды в результате конкуренции или выедания, что приводит к упрощению структуры сообщества и снижению его устойчивости к внешним воздействиям.
Вселение чужеродных видов может способствовать ухудшению качества воды, распространению паразитов и болезней, в том числе опасных для человека. Считается, что резкое увеличение темпов расселения чужеродных видов в последние десятилетия обусловлено в первую очередь антропогенными факторами. Вселения чужеродных видов могут быть как случайными, так и преднамеренными, предпринятыми в целях акклиматизации "хозяйственно ценных" видов. Основным источником вселения за последние десятилетия являются балластные воды, которые нерегулируемо сбрасывались судами до принятия “конвенции о балластных водах” которая разрешает набор и сброс таких вод только в определенных районах океанов и не ближе чем за 200 км от берега. Но это позволило контролировать лишь один из каналов инвазии чужеродных организмов. Часть таких организмов прикрепляются к корпусам кораблей и переносятся на них, к тому же полностью контролировать сброс вод невозможно, что приводит к сбросу балластных вод, несмотря на запреты. Процесс перемещения различных организмов вследствие антропогенных факторов получил название “Биологическая рулетка”
Одним из наиболее известных примеров этой рулетки стало внедрение североамериканского гребневика Мнемиопсиса (Mnemiopsis leidyi) в Черное море, что привело к резкому снижению численности зоопланктонных организмов, и, соответственно, важнейших промысловых рыб.
Исследование биологического разнообразия видов, обитающих на определенной территории, с течением времени, помимо чисто исследовательских и статистических задач позволяет проводить качественный анализ изменений в пропорциях существующих морских видов и вовремя реагировать на негативные тенденции в изменении биологической структуры региона. Подобные исследования не проводились в Дальневосточных морях России до 2006 года, когда была начата Целевая комплексная программа ДВО РАН “Биологическая безопасность Дальневосточных морей Российской Федерации”.
Для достижения целей программы потребовалось объединить усилия нескольких научных коллективов РАН. Для повышения эффективности работЛитератураСписок литературы
[1] А. Ф. Алимов, М. И. Орлова, В. Е. Панов. Последствия интродукций чужеродных видов для водных экосистем и необходимость мероприятий по их предотвращению. Сборник научных трудов. Апатиты. Изд-во Кольского научного центра РАН. С. 12-23.
[2] Описание библиотеки JFFTW http://www.ph.ed.ac.uk/~wjh/teaching/Java/documents/fft.pdf .
[3] Библиотека компьютерного зрения Open Computer Vision http://sourceforge.net/projects/opencv/
[4] Y. Freund and R.E. Schapire, “Decision-theoretic generalization of on-line learning and an application to boosting,” Journal of Computer and System Sciences, vol. 55, no. 1, pp. 119–139, 1997. http://citeseer.ist.psu.edu/cache/papers/cs/2215/http:zSzzSzwww.first.gmd.dezSzpersonszSzMueller.Klaus-RobertzSzseminarzSzFreundSc95.pdf/freund95decisiontheoretic.pdf
[5] Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов, Москва 1978
[6] Q.Wang, J Yang, “Eye Detection in Facial Images with Unconstrained Background”, Journal of Pattern Recognition Research, no. 1, pp 55-62,2006
[7] Документация портального сервера GridSphere http://docs.gridsphere.org/dashboard.action
[8] Проект CONDOR http://www.cs.wisc.edu/condor/
|
|
