ІТ здійснили революцію в географії

Керівник групи ГІС Інституту Фізики Високих Енергій Євген Еремченко

Широке застосування інформаційних технологій для збору географічних даних та їх цифрової обробки відкрило нову епоху в географії. Ще пару місяців тому подібна інформація перебувала в нашій країні під суворою забороною.

Ще недавно цілком секретні технології стають загальнодоступними

Однією з найбільш перспективних завдань є використання методів геоінформатики для аналізу найрізноманітніших даних. Це може бути статистика виборів, розселення етнічних груп, поширеність інфекційної захворюваності, територіальний розподіл місць вчинення злочинів, оцінка інтенсивності і напрямів міграційних потоків і розробка планів перспективного розвитку територій і т.д.

Супутники стають ближче

Розвиток цифрових та супутникових технологій, систем дистанційного збору геоданних НЕ могло не позначитися не тільки на повноті та достовірності картографічної інформації, але й на способах її представлення, а також організації доступу до ній. Космічні та аерофотознімки стали джерелом даних, все частіше підміняються географічні карти. Ще недавно цілком секретні технології стають загальнодоступними. Знімки істотно інформативніше, ніж побудована на їхній основі карта, по суті, представляє «скороченої» версію вихідного матеріалу. Можна сказати, що космічний знімок місцевості та карта співвідносяться один з одним як фотопортрет і олівцем начерк.

Знімки значно швидше, ніж карти, «читаються» непідготовленим користувачем. При цьому вони містять цінну інформацію не тільки про статичних об'єктах на місцевості, а й, наприклад, про такі динамічні характеристики, як напруженість і характер трафіка на автомагістралях. У цій якості вони надзвичайно корисні для використання в системах оперативного управління та реагування, при ліквідації наслідків розгулу стихій та техногенних катастроф, у військовій справі і логістики. Сучасні системи дозволяють отримувати не тільки чорно-білі (панхроматичного) зображення, а й багатоканальні знімки, які містять окремі зображення в різних ділянках спектру, у тому числі і невидимих простим оком.

Надзвичайно інформативні радіолокаційні знімки, а також зображення, отримані в ближньому інфрачервоному діапазоні. Останні містять детальну інформацію, характеризує склад і характер об'єктів. З їх допомогою, зокрема, стало можливим швидко і точно будувати карти розподілу щільності зеленої біомаси, визначати характеристики гірських порід і грунту. З появою на ринку космічних знімків високої роздільної здатності, зроблених апаратами Iconos, QuickBird, OrbView (США), EROS (Ізраїль), SPOT (Франція), IRS і CartoSat (Індія), Radarsat (Канада), в науках про Землю почалася нова епоха. Незвичний ракурс, під яким зроблені космічні знімки, - з області зеніту, перпендикулярно до поверхні Землі - вдало доповнює звичний, під яким ми сприймаємо навколишнє нас місцевість. З його допомогою стає можливим побачити знайомі території в геометрично більш достовірному світі і, відповідно, у новому якості.

З точністю до метра

На сьогоднішній день найкраще дозвіл чорно-білих (так званих панхроматичного) космічних знімків, що є на ринку, становить 61 см (супутник QuickBird, компанія DigitalGlobe). У США вже видані ліцензії на запуск комерційного космічного апарату, що має ще більш високою роздільною здатністю. Кольорові знімки, зроблені QuickBird в трьох істинних кольорах (червоному, зеленому і синьому), а також у ближньому інфрачервоному діапазоні, мають дозвіл близько 2,5 метра. З чорно-білого і кольорового знімків будується синтезоване кольорове зображення, що має дозвіл, відповідне чорно-білому знімку (самому детальному), тобто насправді воно становить близько півметра.

На знімках добре видно будівлі і споруди, об'єкти транспортної та іншої інфраструктури, окремі люди на відкритих майданчиках і їх скупчення, дорожні розмітки. Легко помітні по класах автомобілі, опори ЛЕП й проведення на них. Практично завжди вдається встановити тип літака (за винятком особливо малих легкомоторних) або судна. За кількістю машин можна оцінити напруженість дорожнього руху. Помітні окремі дерева. Як правило, протяжні об'єкти (колія автомобіля, сліди, проводи) видно добре навіть у тому випадку, якщо їх поперечний розмір менше пікселя зображення. Справа в тому, що просторове розрізнення не є єдиним параметром, що визначає цінність знімка для користування ним та його інтерпретації. Важливу роль грає, так зване, «фотометричне» дозвіл - точність передачі кольору (для кольорових зображень) або передачі деталей яскравості (для чорно-білих). Чим вона вище, тим краще помітний контрастний об'єкт на знімку, навіть якщо його розміри свідомо менше одного пікселя.

Карта майбутнього

Стрімке зростання популярності космічних знімків не означає, що епоха карт безповоротно відходить у минуле. Вони вдало доповнюють один одного. «Карткою» майбутнього стане продукт, що поєднує в собі космічні та аерознімків, побудовані на їх основі тематичні шари, а також модель рельєфу, що дозволяє перетворити карту в тривимірний образ місцевості.

Всі ці компоненти об'єднуються в поняття «геоінформаційні системи» (ГІС). Цифрові технології, спростивши процедуру обробки даних, дозволили зробити реальністю відображення вже не просто статичних об'єктів і місцевості, а й процесів, що відбуваються на певній території.

Аналіз кримінальної статистики, проведений групою ГІС підмосковного Протвино в співпрацю з міським ОВС, виявив цікаві особливості в розподілі злочинів за їх типами. Зокрема, з'ясувалося, що пограбування (показані на карті жовтим кольором), вчинені протягом року, лягають практично на одну пряму, що перетинає місто поза основними пішохідних маршрутів.

Аналіз інфекційної захворюваності в межах міста дозволив виявити область з підвищеним рівнем ризику. Більш детальне її вивчення показало, що щодо часті випадки зараження відзначені лише в тих будинках, вікна яких виходять на територію міської лікарні, безпосередньо примикає до цього району.

Черговий етап розвитку комп'ютерної географії, створення тривимірних моделей місцевості, дозволяє надати роботі з ГІС нову якість. Можливість інтерактивного взаємодії з комп'ютерною моделлю в реальному масштабі часу відкриває зовсім інші перспективи їх використання в архітектурі та містобудуванні, ландшафтному моделюванні, створенні планів розвитку міст і територій, відпрацювання дій служб надзвичайного і швидкого реагування, навчання і військовій справі. Досвід створення геоінформаційних продуктів накопичений і в Росії, однак він поширений вкрай нерівномірно і, фактично, обмежений найбільшими мегаполісами.

Погляд з узбіччя прогресу

Наша країна не скористалася величезним потенціалом внутрішнього ринку, на якому існує великий попит на якісну географічну інформацію. Основним перешкодою з'явилися жорсткі обмеження, що накладаються російського законодавства на точність і достовірність просторових даних, якими може користуватися кожен. Незважаючи на штучність і алогічність подібного роду заборон, вони не зняті до цього часу.

Обмеження на використання високоточної картографічної інформації призвели до штучного «придушення» попиту на географічні дані. Це, у свою чергу, не дозволило вчасно розгорнути процес оновлення карт - за даними російської ГІС-Асоціації, в Росії до 80% всього картографічного матеріалу неприпустимо застаріло. Для порівняння-у розвинених країнах цей показник не перевищує 15%, у країнах Східної Європи - 20%, і навіть в Китаї - 30%. Придушення попиту позначилося негативно на вітчизняної промисловості. За іронією долі, Росія змушена купувати матеріали космічної зйомки у Індії, США, Ізраїлю, Франції, Канади. Розвиток технологій дистанційного зондування веде до неухильного зниження вартості цих даних, що робить перспективи повернення вкладених у створення аналогічної російської техніки засобів все більш примарними. А тим часом, давно очевидну фахівцям тенденцію підсумувала відома пошукова система.

Google заборонити неможливо

Google надав всім бажаючим відкритий і безкоштовний доступ до географічно прив'язаним космічних знімках міст світу, зробленим з настільки високим дозволом, що, на думку російського законодавства, вони є секретними. Проте, заборонити Google.

На сайті maps.google.com представлені зроблені в природних кольорах космічні знімки різного дозволу, відповідні масштабами відображення. У їх числі є і знімки високої роздільної здатності, отримані супутником QuickBird. Ці зображення представлені в єдиній географічній системі координат. Схема їх перегляду, реалізована на сайті, дозволяє вибирати необхідну ділянку території і змінювати екранний масштаб відображення. Аналіз супутникових даних по території Москви та її околиць показав, що знімкам 1-2 роки. Заборонене плід став безкоштовним і доступним відразу.

А тим часом Google не став зупинятися на досягнутому. Проект earth.google.com, тестування якого почалося 30 червня, - черговий етап реалізації програми надання через Мережу сукупності геоданних у всій їх повноті, включаючи як карти, так і дані дистанційного зондування Землі -- космічні знімки високої роздільної здатності. Тепер кожен користувач може не просто розглянути покриття земної кулі космічними знімками, але і з легкістю визначити географічні координати будь-якого об'єкта з точністю до одного - двох метрів. Фактично користувач безкоштовно наданого ресурсу одержує доступ до всіх найсучаснішим географічним технологіями. Стає можливим вивчення тривимірних моделей рельєфу, міст і об'єктів. Можна створювати власні картографічні шари в будь-якому зручному вигляді тематичної класифікації і необхідної топології (лінійної, точкового, полігональної), наповнювати їх семантичними даними, а також обмінюватися ними.

Найкраще просторове розрізнення - близько 60-70 сантиметрів представлено знімками супутника QuickBird, обробленими за технологією «pan-sharpened». В окремих випадках принаймні, при відображенні деяких об'єктів армії США -зображення мають погіршене до 2 м просторове розрізнення. Знімки високого дозволу покривають поки не всю територію планети, однак Google наголошує - в Мережі викладена лише мала частка вже накопиченого масиву супутникових зображень.

Але Google не зупинився і на earth.google.com, представивши на початку липня новий картографічний продукт Mobile Gmaps - безкоштовне ПЗ, що дозволяє відображати карти і географічно прив'язані космічні знімки безпрецедентно високого дозволу на екранах мобільних телефонів. Для користування сервісом потрібен стільниковий з підтримкою J2ME та доступом до Мережі - рекомендується апарат, підтримкою технологій EDGE або 3G. Таким чином, відкривається можливість GPS-навігації за допомогою мобільного телефону з використанням як підкладки не достатньо умовних карт, а космічних знімків з істотно більшою інформативністю.

Повсякденні геотехнології

Поява загальнодоступних космічних знімків високої роздільної здатності зробило безглуздими ті положення російського законодавства, які до цих пір перешкоджали отриманню простими громадянами достовірних географічних даних. Вони доступні відтепер будь-кому, і кожен може спробувати свої сили в складному і захоплюючий процесі створення карт. Географія і геодезія у звичному для нас розумінні перетворюються з дисциплін у технології, якими може користуватися кожен.

Список літератури

Журнал Cnews № 8 2005 г.