Перспективы развития мировой группировки и использования данных ДЗЗ
14:42 26/04/2018
0 👁 6 881
Болсуновский Михаил Александрович, первый зам. генерального директора Компании «Совзонд», Россия
Введение
Основной тенденцией развития дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) на современном этапе является создание группировок спутников, работа одиночных космических аппаратов уходит в прошлое. Появление новых и расширение существующих группировок для увеличения производительности и сокращения интервала повторной съемки приводит к колоссальному увеличению объемов обрабатываемых и анализируемых данных, необходимых в оперативном режиме для принятия эффективных решений. Для приема, обработки и хранения огромных массивов информации требуются новые технические решения. Кроме того, оперативность съемки должна дополняться оперативностью получения данных конечным пользователем и удобством доступа к информации.
Состояние и тенденции отрасли ДЗЗ
Главными трендами отрасли на современном этапе являются:
• Увеличение числа спутников и других источников пространственных данных (авиационная съемка, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и др.). Чем больше доступных источников информации, тем больше объем данных, больше возможностей для анализа.
• Экспоненциальный рост объемов информации. Новые современные виды пространственных данных (спутниковые снимки и данные авиационной съемки) более детальны и, как следствие, существенно больше в объеме. Кроме того накапливаются архивы данных за много лет. В результате возникает проблема хранения и обработки данных.
• Внедрение облачных технологий. Хранение и обработка данных в облаке позволяет оптимизировать процесс передачи данных, доступ к информации. В связи с этим требуется обеспечение необходимого уровня безопасности и снижение затрат.
• Данные как сервис. Заказчикам не нужны сами данные, а нужна возможность работать с ними в своих геоинформационных системах и приложениях. Это ведет к снижению затрат на приобретение данных.
• Аналитика. Доступ к результатам анализа информации. Предлагаются готовые продукты и новейшие технологии.
В 2017 г. произошли революционные изменения в дистанционном зондировании Земли. Компания Planet (США) предложила принципиально новый подход к получению пространственных данных — непрерывное выполнение съемки всей территории Земли большим числом спутников, т. е ежедневный мониторинг. Такой
поход обеспечивается наличием группировки более чем из 200 космических аппаратов. Высочайшая оперативность и повторяемость съемки спутниками Planet позволяет создавать актуальные ортомозаики высокого разрешения на большие по площади регионы. Специалисты компании «Совзонд» создали, например, ортомозаику с разрешением 3 м на весь Крым (рис. 1) всего за 1 месяц (июнь).
Рис. 1. Ортомозаика на Республику Крым, построенная по данным космической съемки группировки спутников PlanetScope
ДЗЗ в России
Говоря о состоянии отрасли ДЗЗ в России, можно констатировать ряд положительных моментов, которые укладываются в общемировые тенденции.
Уже сегодня есть положительные примеры использования отечественных данных ДЗЗ со спутников сверхвысокого разрешения «Ресурс-П». Продукты, создаваемые на основе этих данных, по качеству и оперативности получения приближаются к лучшим иностранным аналогам.
К примеру, в настоящее время проводится серия экспериментов, направленных на изучение характеристик продуктов, получаемых путем обработки данных с КА «Ресурс-П», с позиции их возможного применения для решения различных прикладных отраслевых задач.
Учитывая, что нынешний год объявлен в России годом экологии, компания «Совзонд» (один из ведущих российских интеграторов в области геоинформационных технологий и аэрокосмического мониторинга) провела оценку применимости данных КА «Ресурс-П» для выявления свалок, оценки состояния полигонов и других скоплений твердых бытовых отходов (ТБО). Эксперименты проводились на модельном участке
площадью 10 тыс. кв. км на территории Воронежской области. Эксперимент показал, что с помощью данных с КА «Ресурс-П», можно выявлять свалки ТБО, вплоть до сравнительно небольших по площади (0,01 га; рис. 2). Сервисы по оперативному и точному выявлению свалок ТБО на основе данных КА «Ресурс-П» могут быть
интересны как природоохранным организациям, так и департаментам природопользования, природных ресурсов, охраны окружающей среды, экологии и земельных ресурсов муниципальных образований, субъектов РФ.
Рис. 2. Свалки, выявленные по снимкам с КА «Ресурс-П» на западную окрестность города Воронежа
Основным преимуществом использования снимков КА «Ресурс-П» является дешевизна, скорость получения и наличие у российских компаний технологических потоков их обработки и интерпретации. Доступ к этим данным с отечественных космических аппаратов для российских компаний не осложняется существующей
ситуацией с международными санкциями, а ценообразование лишено составляющей курса валют. Кроме того следует отметить, что для обработки данных с российских спутников отечественные компании разрабатывают программное обеспечение, которое вполне выдерживает конкуренцию с зарубежными аналогами.
Платформы обработки данных ДЗЗ и доступа к ним
Увеличение объема данных и их детальности ставит на одно из первых мест проблему их обработки и хранения. Для этого нужны все большие объемы и ресурсы. Так, например, мозаика на всю территорию России с разрешением 50 см будет занимать более 600 Тб — и это уже готовый продукт, объем же исходных данных для создания такой мозаики превысит 2,5 Петабайт данных. Для обработки и хранения данных необходимо развертывание специализированных систем хранения данных.
Для решения проблемы доступа к громадным объемам данных ведущие мировые лидеры рынка ДЗЗ предлагают облачные сервисы.
Для предоставления данных и извлечение информации из колоссальных массивов геопространственных данных в глобальном и/или региональном масштабах компания DigitalGlobe (США) создала платформу Geospatial Big Data. Она позволяет использовать:
• облачные вычисления для анализа и временного хранения пространственных данных;
• инструменты для разработки собственных алгоритмов обработки
• большие массивы данных из архива оператора на принципах аренды конечного объема данных в ТБ;
• свои или сторонние данные дополнительно к данных DigitalGlobe. Наиболее передовой облачной платформой для прямого доступа к массивам данных ДЗЗ в мире в настоящее время является Planet Platform. Она обеспечивает:
• оперативный прямой доступ к массиву разновременных данных в онлайн режиме (через API или веб-браузер);
• доступ для скачивания к данным новой съемки через 24 часа после получения на приемную станцию в трех уровнях обработки (дополнительно доступны мозаики);
• работу с аналитическим функционалом для тематического экспресс-анализа разновременных снимков;
• возможность загрузки и интеграции снимков в геоинформационные системы и другие приложения.
Компания «Совзонд» разработала интеллектуальную геоинформационную облачную платформу «Геоаналитика» (рис. 3). В апреле 2017 г. платформа была включены Единый реестр российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных.
Рис. 3. Платформа «Геоаналитика»
К преимуществам платформы «Геоаналитика» можно отнести следующие ее возможности:
• работа с потоками данных, алгоритмы Big Data;
• централизованное хранение и доступ всех подразделений, исключается дублирование данных;
• автоматизированные процессы обработки и анализа разнородных данных, интерактивная аналитика, моделирование и машинное обучение;
• системы поддержки принятия решений и «облачные» сервисы.
Веб-сервисы на основе данных ДЗЗ
Во всем мире продолжит расти спрос на данные ДЗЗ, продукты и сервисы на их основе. Заказчикам все чаще нужны сервисы вместо снимков. Созданием геосервисов очень активно занимаются такие гиганты как Google и Apple. Компания «Совзонд» также активно работает в это сфере. Так, на базе платформы «Геоаналитика» создан геоинформационный веб-сервис «Геоаналитика.Агро» (рис. 4) , предназначенный для поддержки принятия решений в области сельского хозяйства. Сервис предлагает:
• анализ состояния посевов по данным космической съемки;
• анализ и моделирование агроэкологических условий;
• анализ фактического использования угодий;
• карты агрометеорологических и агроклиматических условий.
Рис. 4. Платформа «Геоаналитика». Карта оценки интенсивности вегетации растений
Важным направлением дистанционного зондирования Земли является
мониторинг изменений земной поверхности. Компания «Совзонд» предлагает
оригинальный продукт WorldEvolution (рис. 5), который основан на сопоставлении
космических снимков всей поверхности Земли, накопленных с 1980-х гг. по настоящее
время. Их сравнение позволяет оценивать динамику многих процессов, идущих на протяжении десятилетий: промышленное и жилищное строительство, лесохозяйственная деятельность, освоение сельскохозяйственных земель и территорий добычи полезных ископаемых, развитие транспортной инфраструктуры.
Рис. 5. Продукт WorldEvolution. Технология процесса выявления изменений
Продукт WorldEvolution охватывает всю территорию России. Отслеживание изменений ведется по 37 направлениям. Общее количество контуров — около 1 миллиона, причем минимальный их размер — 2–4 га. Первичное дешифрирование снимков ведется в автоматическом режиме, а окончательное — в ручном режиме. Масштабы картографирования — 1:50 000 – 1:100 000.
Перспективы развития отрасли ДЗЗ
Мир живет в эпоху третьей промышленной (цифровой) революции, которая началась в 1969 г. с началом активного использования электроники и информационных технологий. Сегодня происходит постепенный переход к четвертой промышленной революции, характеризующийся слиянием технологий и размыванием граней между физическими, цифровыми и биологическими сферами. Такую же трансформацию
испытывает и отрасль геоинформационных технологий и дистанционного зондирования Земли, которую можно назвать ГЕОИндустрия. Какие изменения ждут отрасль геоинформационных технологий и ДЗЗ через 15 лет? Попробуем дать прогноз. Съемка из космоса будет вестись в непрерывном режиме. В области
аэрофотосъемки и воздушного лазерного сканирования произойдет переход от пилотируемых съемочных систем к БПЛА. Революционные изменения произойдут в сфере обработки данных, разработки программного обеспечения, геоинформационных систем. Будет переосмыслено само понятие «карта». Переход к пространственно-временной модели, анализ информации будет производиться в автоматическом режиме (начиная со сбора необходимых данных), осуществится переход к системам с неформальным и интуитивным восприятием заданий с предоставлением пользователю оптимальных вариантов решений на основе динамической пространственно-временной модели. Получение требуемой аналитической информации по запросу пользователя будет возможно в онлайн режиме. Уже в ближайшем будущем основными понятиями станут «пространственно-временная модель местности» и «интеллектуальные
аналитические сервисы». В целом для отрасли будут характерны: технологии BigData, облачные вычисления, автоматизация всех процессов, нейрологика, конвергенция всех источников пространственных данных.