Мы живем в эпоху третьей промышленной революции, которая началась в 1969 г. с активного использования электроники и информационных технологий. Сегодня наблюдается постепенный переход к четвертой промышленной революции, который характеризуется слиянием технологий и размыванием граней между физическими, цифровыми и биологическими сферами.
Такую же трансформацию испытывает и отрасль геоинформационных технологий и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Назовем ее ГЕОИндустрия.
Посмотрим, чем характеризуется сегодняшний день отрасли (ГЕОИндустрия 3.0), заглянем в недалекое будущее (через пять лет − переходный период, или ГЕОИндустрия 3.0/4.0), дадим прогноз на 15 лет (ГЕОИндустрия 4.0). Выделим главные сферы ГЕОИндустрии.
- В сфере ДЗЗ из космоса на первый план выходят группировки спутников. Максимально возможное разрешение космических снимков − 30 см, некоторые спутники ведут видеосъемку. Появились группировки спутников, осуществляющие ежедневную повторную съемку с разрешением 3–5 м. Проводят регулярную съемку радарные спутники, причем есть возможность получать данные с разрешением до 25 см. Активно развиваются сервисы доступа к данным. На подходе новый сервис на базе данных ДЗЗ − пользователи смартфонов во всем мире смогут заказать собственное фото, сделанное с орбиты. Эта технология до конца 2020 г. будет предложена и ГК «Роскосмос». Специальное мобильное приложение отечественной разработки позволит любому желающему получить доступ к архиву снимков с российских спутников или заказать съемку определенного участка местности. Оплатить услугу можно также с помощью мобильного устройства.
Что нас ожидает через пять лет? Специализированные группировки спутников будут вытеснены комплексными системами. Пространственное разрешение спутников станет лучше 30 см, причем ежедневная повторная съемка будет доступна с разрешением 1–2 м. Стандартным продуктом станет видеосъемка из космоса. Качественный рост ждет радарные космические данные. Появятся комплексные режимы съемки: оптико-электронная в сочетании с радарной, космическая в сочетании с авиационной с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Будут развиваться новые виды съемки и сервисы доступа к данным.
Через 15 лет произойдут качественные изменения во всей системе ДЗЗ. На первый план выйдут сервисы. Модель заказа съемки трансформируется в доступ к геоинформационным интеллектуальным аналитическим сервисам, позволяющим получить пользователю необходимую информацию по конкретным задачам. Съемка из космоса будет вестись в непрерывном режиме. Произойдет конвергенция с другими источниками информации.
- В последние годы все активнее в жизнь входят беспилотные летательные аппараты. Большой спрос на них наблюдается и в отрасли ГИС и ДЗЗ. Сейчас есть беспилотники различного вида, специализированные по назначению. Экстенсивно развиваются малые БПЛА, однако время их полета ограничивается 30–60 минутами. Появилось новое съемочное оборудование − лазерные сканеры, гиперспектральные камеры. Запускаются сервисы заказа съемки нужной территории (можно отметить интеллектуальный онлайн-сервис от компании «Совзонд» − Flyber). Специальное программное обеспечение позволяет вести съемку в автоматизированном режиме, имеются сервисы удаленного управления аппаратами.
Заглянем на пять лет вперед. На первый план выйдет автоматизация всех процессов работы с БПЛА. Миниатюризация аккумуляторов приведет к увеличению полетного времени. Появятся автоматизированные системы мониторинга, станет возможной коллективная работа БПЛА. Произойдет удешевление беспилотников. Станут доступны готовые блоки полезной нагрузки для малых БПЛА: лазерный сканер с инерциальной системой, гиперспектральный комплекс. Тяжелые стратосферные БПЛА будут вести лазерное сканирование ночью в автоматическом режиме.
Через 15 лет, так же как в ДЗЗ, из космоса на первый план выйдут сервисы. Появится система полностью автоматизированных докстанций с БПЛА, интегрированная в существующие компоненты инфраструктуры. Широкое применение найдут стратосферные БПЛА. Произойдет полная интеграция в геоинформационные интеллектуальные аналитические сервисы (данные как сервис − DaaS). Пользователи будут получать требуемую аналитическую информацию по запросу в онлайн-режиме.
- Все более востребованной сегодня становится аэросъемка в сочетании с воздушным лазерным сканированием. Для получения высокоточных пространственных данных этим технологиям нет альтернативы. Съемка ведется преимущественно с тяжелых летательных систем. Появились сканеры кинематического класса, которые могут устанавливаться на различные носители: БПЛА, машину.
Через пять лет будет наблюдаться автоматизация всех процессов. Продолжат развитие тяжелые системы с увеличением частоты сканирования и дальности полета, появятся цветные лазеры. Качественно улучшатся сканеры кинематического класса. Будет происходить комплексирование данных (лазерное сканирование, гиперспектральная и тепловизионная съемки, данные в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах). Стратосферные тяжелые беспилотные комплексы с системами лазерного сканирования будут работать в автономном режиме.
Через 15 лет произойдет переход к модели «данные как сервис» (DaaS). Пилотируемые съемочные системы будут заменены БПЛА (в том числе стратосферными тяжелыми беспилотными комплексами). Произойдет конвергенция с другими источниками информации.
- Важнейшее значение для отрасли имеют вопросы обработки данных, разработки программного обеспечения (ПО), геоинформационные системы (ГИС). Сегодня для этой сферы характерны узкая специализация и низкий уровень автоматизации (10–20%, главным образом для создания карт и анализа информации). Практически полностью автоматизирована фотограмметрическая обработка данных ДЗЗ. Программное обеспечение отличает узкая специализация, используется ПО с открытым кодом. ГИС переходят в онлайн − создаются геопорталы. Развиваются аналитические сервисы (отметим некоторые актуальные разработки компании «Совзонд» − «Геоаналитика.Агро», WorldEvolution, «ГРАДИС» и др.).
Через пять лет уровень автоматизации достигнет 20–30%. Произойдет переосмысление понятия «карта» − начнется переход к пространственно-временной модели. Специализированное ПО перейдет в облачные сервисы, позволяющие выполнять необходимую обработку в автоматизированном режиме. Получат развитие алгоритмы анализа информации (нейрологика) и технологии ситуационной осведомленности.
Революционные изменения в этой сфере произойдут через 15 лет. Появятся интеллектуальные аналитические сервисы (получение нужной информации по запросу). Произойдет взрывной рост нейроалгоритмов анализа информации. Станет возможным моделирование любых ситуаций на основе пространственно-временной модели местности. Качественные изменения ждут технологию ввода информации, где станет возможным отказ от формализации заданий.
Уже сегодня происходит диверсификация источников исходных данных (расширение списка компаний − поставщиков космических снимков, аэросъемка в сочетании с воздушным лазерным сканированием, в том числе с БПЛА), появляются новые виды данных (видеосъемка, тепловизионная, гиперспектральная съемка и т. д.), расширяется круг решаемых с помощью геоаналитики задач. В последние годы также наблюдается технологическая революция в сфере БПЛА. Данные, получаемые с таких аппаратов, находят все более широкое применение.
Резкое возрастание количества источников пространственных данных (в том числе за счет появления спутниковых группировок, состоящих более чем из 200 космических аппаратов, способных вести каждодневный мониторинг) приводит к колоссальному увеличению объемов обрабатываемых и анализируемых данных. В связи с этим вектор развития инструментов и технологий направлен на агрегирование информации из разных источников в центрах хранения и обработки, с предоставлением заказчикам доступа к определенным данным, инструментам и сервисам. Для работы с большими данными используются облачные вычисления и суперкомпьютеры. Заказчикам нужны уже не сами данные, а возможность работать с ними в своих геоинформационных системах и приложениях, что приводит к снижению затрат на приобретение данных и их хранение. Важнейшее значение приобретают комплексное использование пространственных данных (например, оптические космические снимки плюс радарные данные, лазерное сканирование плюс БПЛА и т. д.) и разработка геоаналитических сервисов.
В 2017 г. произошли революционные изменения в дистанционном зондировании Земли. Появились группировки, насчитывающие сотни спутников (например, PlanetScope). В результате ведется ежедневный мониторинг Земли. Высочайшая оперативность и повторяемость съемки такими группировками спутников позволяют создавать актуальные ортомозаики высокого разрешения на большие по площади регионы. Специалисты компании «Совзонд» создали, например, ортомозаику с разрешением 3 м на весь Крым всего за один месяц (рис. 1).
Рис. 1. Ортомозаика на Республику Крым, построенная по данным космической съемки группировки спутников PlanetScope
Увеличение объема данных и их детальности ставит на одно из первых мест проблему их обработки и хранения. Это требует все больше ресурсов. Для обработки и хранения данных необходимо развертывание специализированных систем хранения данных. Компания «Совзонд» разработала интеллектуальную геоинформационную облачную платформу «Геоаналитика», к преимуществам которой можно отнести следующие ее возможности: работа с потоками данных, алгоритмы BigData; централизованное хранение и доступ всех подразделений; исключение дублирования данных; автоматизированные процессы обработки и анализа разнородных данных; интерактивная аналитика; моделирование и машинное обучение; системы поддержки принятия решений и облачные сервисы.
На базе платформы «Геоаналитика» создан геоинформационный веб-сервис «Геоаналитика.Агро», предназначенный для поддержки принятия решений в области сельского хозяйства (рис. 2). Сервис предлагает: анализ состояния посевов по данным космической съемки; анализ и моделирование агроэкологических условий; анализ фактического использования угодий; карты агрометеорологических и агроклиматических условий.
Рис. 2. Веб-сервис «Геоаналитика.Агро». Карта оценки интенсивности вегетации растений
Важным направлением дистанционного зондирования Земли является мониторинг изменений земной поверхности. Компания «Совзонд» предлагает оригинальный продукт WorldEvolution, 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. Продукт WorldEvolution охватывает всю территорию России. Отслеживание изменений ведется по 37 направлениям. Общее количество контуров − около 1 млн, причем минимальный их размер составляет 2–4 га. Первичное дешифрирование снимков ведется в автоматическом режиме, окончательное − в ручном. Масштабы картографирования − 1:50 000−1:100 000.
Развитие информационно-аналитических систем на базе пространственных данных, в том числе получаемых в результате аэрокосмического мониторинга, ведет к появлению новых типов геоаналитическтх сервисов. Примером может служить разработанная компанией «Совзонд» система «ГРАДИС», которая позволяет консолидировать региональные и муниципальные данные об объектах градостроительной, инвестиционной деятельности, недвижимого имущества в едином хранилище на единой топографической основе. Сервис обеспечивает возможность автоматически рассчитывать суммы земельного налога и арендной платы по принятым ставкам и от кадастровой стоимости.
Для ГЕОИндустрии 4.0, которая в полной мере войдет в силу через 15 лет, основными понятиями станут пространственно-временная модель и интеллектуальные аналитические сервисы. В целом для отрасли ГИС и ДЗЗ уже сегодня характерны технологии Big Data, облачные вычисления и автоматизация всех процессов.
