ИТ совершили революцию в географии

Руководитель группы ГИС Института Физики Высоких Энергий Евгений Еремченко

Широкое применение информационных технологий для сбора географических данных и их цифровой обработки открыло новую эпоху в географии. Еще пару месяцев назад подобная информация находилась в нашей стране под строжайшим запретом.

Еще недавно совершенно секретные технологии становятся общедоступными

Одной из наиболее перспективных задач является использование методов геоинформатики для анализа самых разнообразных данных. Это может быть статистика выборов, расселение этнических групп, распространенность инфекционной заболеваемости, территориальное распределение мест совершения преступлений, оценка интенсивности и направлений миграционных потоков и разработка планов перспективного развития территорий и т.д.

Спутники становятся ближе

Развитие цифровых и спутниковых технологий, систем дистанционного сбора геоданных не могло не сказаться не только на полноте и достоверности картографической информации, но и на способах ее представления, а также организации доступа к ней. Космические и аэрофотоснимки стали источником данных, все чаще подменяющим географические карты. Еще недавно совершенно секретные технологии становятся общедоступными. Снимки существенно информативнее, чем построенная на их основе карта, по сути, представляющая «редуцированную» версию исходного материала. Можно сказать, что космический снимок местности и карта соотносятся друг с другом как фотопортрет и карандашный набросок.

Снимки значительно быстрее, чем карты, «читаются» неподготовленным пользователем. При этом они содержат ценную информацию не только о статичных объектах на местности, но и, например, о таких динамических характеристиках, как напряженность и характер трафика на автомагистралях. В этом качестве они чрезвычайно полезны для использования в системах оперативного управления и реагирования, при ликвидации последствий разгула стихий и техногенных катастроф, в военном деле и логистике. Современные системы позволяют получать не только черно-белые (панхроматические) изображения, но и многоканальные снимки, содержащие раздельные изображения в различных участках спектра, в том числе и невидимых простым глазом.

Чрезвычайно информативны радиолокационные снимки, а также изображения, полученные в ближнем инфракрасном диапазоне. Последние содержат подробную информацию, характеризующую состав и характер объектов. С их помощью, в частности, стало возможным быстро и точно строить карты распределения плотности зеленой биомассы, определять характеристики горных пород и почвы. С появлением на рынке космических снимков высокого разрешения, сделанных аппаратами Iconos, QuickBird, OrbView (США), EROS (Израиль), SPOT (Франция), IRS и CartoSat (Индия), Radarsat (Канада), в науке о Земле началась новая эпоха. Непривычный ракурс, под которым сделаны космические снимки, - из области зенита, перпендикулярно к поверхности Земли - удачно дополняет привычный, под которым мы воспринимаем окружающую нас местность. С его помощью становится возможным увидеть знакомые территории в геометрически более достоверном свете и, соответственно, в новом качестве.

С точностью до метра

На сегодняшний день наилучшее разрешение черно-белых (так называемых панхроматических) космических снимков, имеющихся на рынке, составляет 61 см (спутник QuickBird, компания DigitalGlobe). В США уже выданы лицензии на запуск коммерческого космического аппарата, обладающего еще более высоким разрешением. Цветные снимки, сделанные QuickBird в трех истинных цветах (красном, зеленом и синем), а также в ближнем инфракрасном диапазоне, имеют разрешение около 2,5 метра. Из черно-белого и цветного снимков строится синтезированное цветное изображение, имеющее разрешение, соответствующее черно-белому снимку (самому детальному), то есть в действительности оно составляет около полуметра.

На снимках отлично видны здания и сооружения, объекты транспортной и иной инфраструктуры, отдельные люди на открытых площадках и их скопления, дорожные разметки. Легко различимы по классам автомобили, опоры ЛЭП и провода на них. Практически всегда удается установить тип самолета (за исключением особо малых легкомоторных) или судна. По количеству машин можно оценить напряженность дорожного движения. Различимы отдельные деревья. Как правило, протяженные объекты (колея автомобиля, следы, провода) видны хорошо даже в том случае, если их поперечный размер меньше пикселя изображения. Дело в том, что пространственное разрешение не является единственным параметром, определяющим ценность снимка для пользования им и его интерпретации. Немаловажную роль играет, так называемое, «фотометрическое» разрешение - точность цветопередачи (для цветных изображений) или передачи деталей яркости (для черно-белых). Чем она выше, тем лучше различим контрастный объект на снимке, даже если его размеры заведомо меньше одного пикселя.

Карта будущего

Стремительный рост популярности космических снимков не означает, что эпоха карт безвозвратно уходит в прошлое. Они удачно дополняют друг друга. «Картой» будущего станет продукт, объединяющий в себе космические и аэроснимки, построенные на их основе тематические слои, а также модель рельефа, позволяющую превратить карту в трехмерный образ местности.

Все эти компоненты объединяются в понятие «геоинформационные системы» (ГИС). Цифровые технологии, упростив процедуру обработки данных, позволили сделать реальностью отображение уже не просто статичных объектов и местности, но и процессов, происходящих на определенной территории.

Анализ криминальной статистики, проведенный группой ГИС подмосковного Протвино в сотрудничестве с городским ОВД, выявил интересные особенности в распределении преступлений по их типам. В частности, выяснилось, что грабежи (показаны на карте желтым цветом), совершенные в течение года, ложатся практически на одну прямую, пересекающую город вне основных пешеходных маршрутов.

Анализ инфекционной заболеваемости в пределах города позволил выявить область с повышенным уровнем риска. Более детальное ее изучение показало, что относительно частые случаи заражения отмечены лишь в тех домах, окна которых выходят на территорию городской больницы, непосредственно примыкающую к этому району.

Очередной этап развития компьютерной географии, создание трехмерных моделей местности, позволяет придать работе с ГИС новое качество. Возможность интерактивного взаимодействия с компьютерной моделью в реальном масштабе времени открывает совершенно иные перспективы их использования в архитектуре и градостроении, ландшафтном моделировании, создании планов развития городов и территорий, отработке действий служб чрезвычайного и быстрого реагирования, обучении и военном деле. Опыт создания геоинформационных продуктов накоплен и в России, однако он распространен крайне неравномерно и, фактически, ограничен крупнейшими мегаполисами.

Взгляд с обочины прогресса

Наша страна не воспользовалась огромным потенциалом внутреннего рынка, на котором существует большой спрос на качественную географическую информацию. Основным препятствием явились жесткие ограничения, накладываемые российским законодательством на точность и достоверность пространственных данных, которыми может пользоваться каждый. Несмотря на искусственность и алогичность подобного рода запретов, они не сняты до сих пор.

Ограничения на использование высокоточной картографической информации привели к искусственному «подавлению» спроса на географические данные. Это, в свою очередь, не позволило вовремя развернуть процесс обновления карт - по данным российской ГИС-Ассоциации, в России до 80% всего картографического материала недопустимо устарело. Для сравнения -в развитых странах этот показатель не превышает 15%, в странах Восточной Европы - 20%, и даже в Китае - 30%. Подавление спроса сказалось негативным образом на отечественной промышленности. По иронии судьбы, Россия вынуждена приобретать материалы космической съемки у Индии, США, Израиля, Франции, Канады. Развитие технологий дистанционного зондирования ведет к неуклонному снижению стоимости этих данных, что делает перспективы возврата вложенных в создание аналогичной российской техники средств все более призрачными. А тем временем, давно очевидную специалистам тенденцию подытожила известная поисковая система.

Google запретить невозможно

Google предоставил всем желающим открытый и бесплатный доступ к географически привязанным космическим снимкам городов мира, сделанным с настолько высоким разрешением, что, по меркам российского законодательства, они являются секретными. Тем не менее, запретить Google невозможно.

На сайте maps.google.com представлены сделанные в естественных цветах космические снимки различного разрешения, соответствующие масштабам отображения. В их числе есть и снимки высокого разрешения, полученные спутником QuickBird. Эти изображения представлены в единой географической системе координат. Схема их просмотра, реализованная на сайте, позволяет выбирать необходимый участок территории и изменять экранный масштаб отображения. Анализ спутниковых данных по территории Москвы и ее окрестностей показал, что снимкам 1-2 года. Запретный плод стал бесплатным и доступным в одночасье.

А тем временем Google не стал останавливаться на достигнутом. Проект earth.google.com, тестирование которого началось 30 июня, - очередной этап реализации программы предоставления через Сеть совокупности геоданных во всей их полноте, включая как карты, так и данные дистанционного зондирования Земли - космические снимки высокого разрешения. Теперь каждый пользователь может не просто рассмотреть покрытие земного шара космическими снимками, но и с легкостью определить географические координаты любого объекта с точностью до одного - двух метров. Фактически пользователь бесплатно предоставляемого ресурса получает доступ ко всем самым современным географическим технологиям. Становится возможным изучение трехмерных моделей рельефа, городов и объектов. Можно создавать собственные картографические слои в любом удобном виде тематической классификации и необходимой топологии (линейной, точечной, полигональной), наполнять их семантическими данными, а также обмениваться ими.

Наилучшее пространственное разрешение - около 60-70 сантиметров представлено снимками спутника QuickBird, обработанными по технологии «pan-sharpened». В отдельных случаях по крайней мере, при отображении некоторых объектов армии США -изображения имеют ухудшенное до 2 м пространственное разрешение. Снимки высокого разрешения покрывают пока не всю территорию планеты, однако Google подчеркивает - в Сети выложена лишь малая доля уже накопленного массива спутниковых изображений.

Но Google не остановился и на earth.google.com, представив в начале июля новый картографический продукт Mobile Gmaps — бесплатное ПО, позволяющее отображать карты и географически привязанные космические снимки беспрецедентно высокого разрешения на экранах мобильных телефонов. Для пользования сервисом нужен сотовый с поддержкой J2ME и доступом в Сеть — рекомендуется аппарат, поддерживающий технологии EDGE или 3G. Таким образом, открывается возможность GPS-навигации с помощью мобильного телефона с использованием в качестве подложки не достаточно условных карт, а космических снимков с существенно большей информативностью.

Повседневные геотехнологии

Появление общедоступных космических снимков высокого разрешения сделало бессмысленными те положения российского законодательства, которые до сих пор препятствовали получению простыми гражданами достоверных географических данных. Они доступны отныне любому, и каждый может попробовать свои силы в сложном и увлекательном процессе создания карт. География и геодезия в привычном для нас смысле превращаются из дисциплин в технологии, которыми может пользоваться каждый.

Список литературы

Журнал Cnews №8 2005 г.