Для чего необходимы космические снимки
Космические снимки и преимущества их использования в разных сферах
Наверно, многие уже сталкивались с космическими снимками. И вставал вопрос: для чего они вообще используются, как их применять на практике. В целом космические снимки представляют собой реалистичное изображение какой-либо местности, полученное из космоса. Это лучше, чем карты, ведь такие снимки являются динамическими и более актуальными. Разрешение подобной съемки является очень высоким, практически до нескольких сантиметров. По этой причине человек может увидеть даже такие детали, которые он не мог бы заметить на обычных картах.
Плюсы космических снимков
Космические снимки основаны на удаленном зондировании нашей планеты. Происходит наблюдение за поверхностью Земли с помощью разных авиа- и космических средств, а также мощной аппаратуры.
Плюсом такого подхода является то, что космические снимки являются удобной основой для топографического картографирования. Многие сервисы, существующие сегодня, работают с использованием космических карт и снимков. Как пример можно привести Google Maps или Яндекс.Карты. Сторонние сервисы тоже активно подтягиваются.
Еще один плюс космических снимков – с их помощью можно отслеживать разные процессы и явления, которые не всегда могут быть отражены на обычных картах. По снимкам можно, к примеру, составить прогноз погоды или определить места, в которых произошли чрезвычайные ситуации, лесные пожары, земельные проблемы. Космические снимки дают возможность решить вопросы с урожайностью, ведь на их основе можно составить действующие рабочие модели высокой эффективности.
Сферы применения снимков очень широки.
Плюсами такого подхода являются актуальность информации, оперативность ее получения, широкий охват в пространстве, а также возможность сопоставления полученных сведений.
На снимках можно всегда выделить разные объекты, даже мельчайшие. Аппаратура, которая стоит на современных комплексах слежения, ведет изучение сразу в нескольких диапазонах, а потому можно решать самые разные прикладные задачи.
Для чего необходимы космические снимки
Рынок геоданных планомерно смещается от поставки сырых сведений со спутника к предоставлению уже готовой аналитики. Движется в этом направлении и Госкорпорация «Роскосмос». В рамках нацпроекта «Цифровая экономика» Роскосмосом и его предприятиями (компанией «Российские космические системы» и его «дочкой» «Терра Тех») реализуется проект «Цифровая Земля — Сервисы». О том, какие возможности он открывает перед государственными структурами, бизнесом и обычными людьми, в материале портала национальныепроекты.рф.
2021 год объявлен в России Годом науки и технологий. Благодаря его мероприятиям можно узнать больше о научных достижениях нашей страны и сделать работу ученого более привлекательной для молодежи, к чему стремится и нацпроект «Наука и университеты». Июль в графике Года посвящен связанности территорий и освоению пространства.
Экосистема «Цифровой Земли»
Благодаря проекту космические снимки всей территории России становятся общедоступными, появляются инновационные цифровые сервисы обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Часть программных модулей «Цифровой Земли» уже сегодня работает в экспериментальном режиме. В их числе и специализированные отраслевые информационно-аналитические сервисы, которые апробированы в 8 регионах России.
Всего на сегодняшний день в системе «Цифровая Земля — Сервисы» доступно 28 типовых стандартизированных продуктов по 7 ключевым направлениям: лесное и сельское хозяйство, недропользование, землепользование, строительство, экология и чрезвычайные ситуации. Вводить в эксплуатацию инфраструктуру «Цифровой Земли» будут поэтапно в течение ближайших нескольких лет. Со временем проект объединит все создаваемые отдельно системы и комплексы.
Современный подход к хранению и анализу космических снимков
Новые информационно-аналитические системы Роскосмоса радикально отличаются от всего, что делалось ранее. Традиционно оператор космических систем ДЗЗ поставлял государству и коммерческим компаниям космические снимки, картографические продукты и другие подобные материалы. Но все эти данные обрабатывались в значительной степени вручную. Хотя с годами автоматизация росла, принципиально подход не изменялся.
«Сегодня же объемы данных достигают таких масштабов, что обрабатывать их без автоматизации попросту невозможно»
Среди потребителей данных ДЗЗ во всем мире спрос на цифровизацию и облачные решения вырос, и система поставки космической информации нуждалась в модернизации. Решить эту задачу взялись в «Терра Тех». Компания была создана в 2017 году с целью коммерциализации данных космической съемки и оказанию услуг в области обработки данных ДЗЗ. Новый коммерческий оператор услуг изначально стал ориентироваться на облачное хранение данных, потоковую обработку информации со спутников, а также использование сверхточных нейронных сетей.
Сегодня в геосервисах «Цифровой Земли» происходит автоматическое преобразование информации с космических аппаратов в аналитический отчет о состоянии и развитии объектов, территорий и природных ресурсов. Он удобен и понятен для представителей профильных министерств и ведомств, коммерческих предприятий. В результате время получения нужной аналитики сократилось в несколько раз. При этом качество данных улучшилось. Кроме технологий искусственного интеллекта «Терра Тех» активно развивает и другое направление применения геоданных.
В ближайшее время этот проект планируется перевести на отечественные шлемы виртуальной реальности «Роскосмос XR».
Мониторинг состояния окружающей среды из космоса
Когда вопросы, связанные с экологией и изменением климата, стали приоритетными для правительства, предприятия Роскосмоса включились в разработку перспективных систем для реализации госполитики в этой области.
«Терра Тех» активно развивает применение данных со спутников радиолокационного наблюдения. В отличие от классических оптических спутников, эти аппараты получают данные в радиодиапазоне и могут использоваться в любое время суток и любую погоду. В России, где климатические и погодные условия не позволяют полагаться только на оптику, данные с таких аппаратов становятся всё более востребованы.
«В первую очередь это актуально для проектов, связанных с Арктикой»
Рост активности человека и изменение климата требуют особенно внимательного изучения протекающих там процессов. Сейчас для реализации российских арктических проектов используются зарубежные группировки радиолокационных аппаратов, поэтому один из приоритетов Роскосмоса — создание отечественных аналогов. Другая важная сфера, где космическая съемка может сослужить хорошую службу, — учет выбросов парниковых газов.
Сегодня ни в России, ни в мире нет единой принятой методологии, которая позволяла бы оценивать влияние на экологию как отдельных предприятий и домохозяйств, так и целых государств. Оценки углеродного баланса страны по разным методикам могут значительно отличаться. Причиной этого может быть, например, перевод земель из одного типа использования в другой или зарастание сельскохозяйственных земель.
Как космические снимки помогают людям
Для коммерческих заказчиков «Терра Тех» разрабатывает системы для работы с геоданными и осуществляет сервисное сопровождение проектов. Например, сегодня банки начали активно знакомиться с космическими технологиями, открывая для себя потенциал спутниковой съемки. Проблемные активы, залоги, тарифные ставки и скоринг, страховые случаи, недобросовестное использование заемных средств, инвестиционный потенциал — всё это можно оценить с помощью средств дистанционного зондирования.
По такой схеме «Терра Тех» реализовала, например, проект по комплексному космическому мониторингу и геопространственному анализу имущественных активов «Промсвязьбанка». Разработанный облачный геоинформационный сервис используют для мониторинга строящихся собственных и залоговых объектов и земельных участков.
Пользу космических данных открывают и граждане. В этом году «Терра Тех» обновил облачный магазин космических снимков — TerraCloud. Цепочка формирования заказа на архивные данные полностью автоматизирована и отлажена. Все архивы доступны клиенту для заказа в одном окне. Оплатить снимки можно картой онлайн. Сроки поставки данных для российских покупателей теперь сократились до нескольких часов, для зарубежных — составляют в среднем 1-3 дня.
Другой очень популярный сервис — Докажи.рф. Он позволяет заручиться помощью экспертов «Терра Тех» для подготовки квалифицированных заключений по космической съемке об интересующем объекте местности. Чаще всего такие отчёты используются клиентами в качестве доказательств при разрешении судебных споров об имуществе.
«В целом, интерес к возможностям космической съемки в мире и среди российских потребителей растёт»
И простые граждане, и сотрудники предприятий все лучше представляют возможности систем ДЗЗ и понимают, как применить космическую информацию. Геоданные становятся неотъемлемой частью систем управления и планирования как на уровне предприятий, так и на государственном уровне. И эффект от их внедрения сложно переоценить.
Опубликовано на портале «Национальные проекты.рф», 20 июля 2021
GIS-LAB
Географические информационные системы и дистанционное зондирование
Космические снимки – еще один инструмент обеспечения прозрачности государства
Опубликовано онлайн в Газета.ру с изменениями, здесь публикуется в оригинальном виде.
Максим Дубинин (sim@gis-lab.info)
Одной из стандарных «подложек» для отображения объектов, процессов и событий является картографическая информация. Одна из ее разновидностей – спутниковые или космические снимки, или более корректно, данные дистанционного зондирования, поскольку они могут быть получены не только из космоса, но и, например, с аппаратов воздушного базирования. Революцию в этой области, приведшую к изменению мирового информационного «ландшафта» в 2005 году произвела компания Google. Она предоставила первую глобальную, доступную каждому пользователю сети Интернет карту, а также как набор космических снимков. Внимание пользователей показало значительный интерес к подобной информации. По разным оценкам, уже в 2008 году только программа Google Планета Земля (Google Earth) была загружена 200-400 миллионов раз [Michael Jones, 2008, Geoweb 2008 keynote speech]. За прошедшие с 2005 года 6 лет на рынок вышли и другие, не менее амбициозные игроки развивающие как глобальные так и региональные сервисы, использующие различные наборы картографических данных, полученные из разных источников, но как правило сопровождаемые картиной мира из космоса.
Наиболее известными картографическими сервисами, где размещено большое число данных со спутников, являются проекты Google Maps, Bing Maps, Yahoo! Maps, Nokia Ovi Maps. Интернет-компании вступают во многомиллионные сделки с компаниями поставщиками спутниковых данных из космоса и начинают приобретать компании-поставщиков данных дистанционного зондирования и оборудования. Так, Google в 2007 г. покупает ImageAmerica, Microsoft еще раньше, в 2006 покупает Vexel.
Разделение картографической и космической информации не случайно. Первая является более рафинированной моделью реальности, вторая – непосредственным ее слепком. Над первой работают сотни компаний по всему миру собирающие, проверяющие, наносящие на карту собранную информацию, вторая является уделом гораздо меньшего количества, фактически единиц государственных и коммерческих поставщиков способных запускать дорогие спутники или производить сложную аппаратуру для приема данных. Появления подробной карты своего города или села многим все еще приходится ждать иногда годами, спутниковыми же данными многократно покрыта вся территория Земли. В зависимости от разрешения, разумеется, такие данные тоже могут быть более или менее доступны, но для того чтобы показать актуальную картину целого города в высокой детализации достаточно несколько снимков. Продолжаются запуски новых спутников дистанционного зондирования предоставляющих возможность увидеть все большее количество деталей, преимуществами космических технологий являются большая оперативность и охват при большой степени автономности.
Активная работа по доставке пользователям данных идет не только на глобальном, но и региональном уровне. Сейчас это называют новым термином «геопортал», их создали многие страны мира и они поддерживаюся на государственном уровне. Устойчивого определения понятия «геопортал» пока не существует, где-то это средство обмена самими геоданными, где-то – метаданными (информации обо информации), где-то даже средство создания геоданных.
В России единого государственного геопортала пока нет, но ряд коммерческих компаний также предоставляет доступ к данным из космоса и картографической информации:
Идет активность и на региональном уровне, хотя количество достойных примеров пока не так велико:
Ряд сервисов использующих космические снимки предоставляется государственными структурами:
До недавнего времени, многие из возможных способов применений снимков оставались прерогативой государства, но его технологическое и понятийное отставание в применении новых технологий привело к тому, что более активно реализовывать эти возможности стала общественность и негосударственные организации. Так как космические снимки представляют, как правило, неотредактированную картину мира, они могут использоваться для создания продуктов и сервисов позволяющих контролировать деятельность компаний и государства, создавать альтернативные источники информации для проверки официальной статистики.
Уникальность ситуации заключается в том, что Интернет позволяет пользователю быть не только потребителем информации, но и ее создателем. Как и во многих других сферах затронутых Интернетом в дистанционном зондировании также начинается эпоха UGC (user-generated content, содержание создаваемое самими пользователями) и его особого случая – VGI (volunteered geographic information, географическая информация создаваемая пользователями). Появление в широком доступе космических данных уже привело к запуску проектов использующих эти данные в качестве подложки, и счет таким проектам уже идет на тысячи. Постепенно начинают появляться и проекты непосредственно анализирующие данные из космоса на предмет обнаружения различных процессов, явлений и объектов. Однако, чем более высокотехнологичной или научной считается область знаний, тем более скептически принято относится к участию в работе со специфической информацией обычных пользователей. Тем не менее, радикальное улучшение доступа к данным, методологии и програмному обеспечению изменило правила игры и в отношении космических снимков. Дешифрирование снимков перестает быть прерогативой экспертов, сейчас попробовать себя в роли дешифровщика может каждый.
В 2009 г. Гринпис России запустил проект Леснадзор позволяющий, используя карту, сообщить о незаконных рубках, захвате земель и других нарушениях, приложив кроме информации о местоположении предполагаемого нарушения фотографию и описание. За 2 года существования проекта оставлено 361 cообщение. Российская группа проекта Letsdoit отмечает на картах места свалок. Пожалуй самым известным явлением в этой области является Ushahidi/Crowdmap – открытая программная платформа созданная одноименной компанией и предназначенная для оперативного сбора и визуализации информации, в том числе пространственной, из социальных сетей, СМС. Ushahidi проявила себя в кризисных событиях: землятрясениях на Гаити, Чили, Новой Зеландии, анти-провительственных демонстрациях на Ближнем Востоке и бедствиях в Японии [Проекты с использованием Ushahidi]. Собираемая с помощью широкой общественности информация в том числе демонстрировалась на картах, показывая местоположения жизненно важных объектов, источников воды, топлива, пунктов медицинского обслуживания и т.д. В России платформа Ushahidi использовалась проектом Карта помощи [Карта помощи] пострадавшим от природных пожаров 2010.
Возьмем, например, природные пожары. Теоретически, используя информацию оперативного спутникового мониторинга следить за пожарной обстановкой в интересующем регионе, анализировать динамику горения за период, по ежедневным снимкам из космоса, оценивать направление перемещения дымных шлейфов теперь может каждый желающий, например используя сервис «Космоснимки — Пожары». В сезон пожаров 2010 г. несколько десятков участников проекта OpenStreetMap используя актуальную космическую съемку предоставленную компанией Сканэкс осуществляли картирование границ сгоревших территорий [Общественный пожарный мониторинг]. Произведенная информация по качеству не могла сравниться с результатами государственной системой мониторинга пожаров (ИСДМ Рослесхоз) создаваемой профессионалами [ИСДМ Рослесхоз], но открытость данных позволила в дальнейшем использовать результаты для их улучшения и проведения независимой оценки площадей сгоревших территорий [Детектирование сгоревших территорий РФ в 2010: результаты Гринпис России].
К сожалению, несмотря на ряд интересных сервисов, государство пока не идет в ногу со временем и накладывает большое количество ограничений мешающих интенсивному развитию систем мониторинга. Несмотря на заявления официальных лиц и очевидное несоответствие современной действительности (данные сверхвысокого разрешения открыто доступны на многих упомянутых выше сайтах), до сих к данным с разрешением лучше двух метров применяется режим секретности. Хотя контролировать появление таких данных по территории РФ на зарубежных сайтах государство не может, ограничивать российские компании в проведении такой съемки пытается [Суд отложил на 4 августа жалобу по делу о запрете съемки Земли с высоким разрешением]. Лицензия «на гостайну», лицензия на космическую деятельность, лицензия на картографическую деятельность, — такой набор «бумажной» нагрузки сегодня необходим разве что при допуске к решению вопросов, как минимум, национальной безопасности страны. С одним лишь уточнением — в информационно и экономически развитых странах. Однако, в России они понадобятся любой организации серьезно занимающейся картографическими проектами. Это ограничивает конкуренцию и не пускает в область молодые и способные коллективы. Другое отрицательное следствие ограничений – невозможность создания по-настоящему эффективной независимой системы мониторинга. Побеждать в государственных тендерах будут организации находящиеся в хороших отношениях со спец- и другими службами, а не настоящие эксперты. В частности, “зеленые” организации получать доступ к гостайне не будут и соответственно формально проводить мониторинг по данным высокого разрешения не смогут. А если все-таки решатся провести его, то при большой степени “неудобности” выводов, вероятность натолкнуться вопроса “на каком основании вы такую деятельность ведете” будет стремится к 100%. Поэтому государство продолжает проводить конкурсы по закупке данных с подобными требованиями, например летом 2011-го ФГУП «Рослесинфорг» объявил тендера по поставке цифровой информации космической съемки на площади более 200 млн га [Тендер по поставке цифровой информации космической съемки ФГУП «Рослесинфорг»]. Учитывая, что спутниковый мониторинг лесного фонда России уже не первый год осуществляется с помощью зарубежных спутников дистанционного зондирования Земли, остается непонятным, от кого пытаются засекретить материалы космосъемки, требуя от исполнителя лицензию «на гостайну».
Планируется также расширение работы с высокодетальными снимками населенных пунктов и сельхозугодий России, которые должны быть сфотографированы в высоком разрешении (0,5 метра на пиксель), согласно приказу, который был подписан министром экономического развития Эльвирой Набиуллиной [Росреестр сфотографирует Россию четче «Яндекса» и Google]. Представители Росреестра обещают, что для некоммерческого использования эти данные будут доступны бесплатно. Как это согласуется с режимом секретности и можно ли будет создавать на их основе производные продукты — покажет время.
В будущем эксперты ожидают все большого вовлечения институтов гражданского общества в создание механизмов контроля использующих географическую информацию. Возможно, уже в ближайшие годы именно потребности различных гражданских тематических пользовательских сообществ и будут определять вектор развития всей отрасли съемки Земли из космоса.
Примеры тематических направлений, где возможно применение космических данных для создания альтернативных источников данных (возможная врезка):
Последнее обновление: 2014-05-14 23:23
Дата создания: 22.08.2011
Автор(ы): Максим Дубинин
Космоснимки: что это такое и как их использовать
В чем плюсы использования космических снимков? Какие есть популярные проекты, и с помощью каких инструментов можно самому сделать карту с космоснимками? На эти вопросы замредактора Теплицы Наталье Барановой ответил научный сотрудник Сколковского института науки и технологий, генеральный директор стартапа Geoalert Георгий Потапов и руководитель отдела тематической обработки данных дистанционного зондирования компании «Совзонд» Сергей Мышляков. Специалисты рассказали о том, насколько это направление популярно и какой приносит эффект.
Что такое космоснимки?
Космоснимки представляют собой наиболее реалистичное изображение местности по сравнению с картами. Сейчас, по словам гендиректора стартапа Geoalert Георгия Потапова, разрешение аэрофотосъемки на картографических сервисах в Интернете – несколько сантиметров, что позволяет рассмотреть детали, которых не увидите на картах.
Основа космоснимков – дистанционное зондирование Земли. Это наблюдение поверхности Земли наземными, авиационными и космическими средствами, оснащенными различными видами съемочной аппаратуры.
В чем их плюсы?
Во-первых, по мнению руководителя отдела тематической обработки данных дистанционного зондирования компании «Совзонд«Сергея Мышлякова, космические снимки выступают в качестве основы для топографического и тематического картографирования. Современные планы и карты, в том числе такие ресурсы, как GoogleMaps, YandexMaps, Open Street Maps, создаются именно на основе данных космической съемки.
Во-вторых, космические снимки – надежная основа для мониторинга процессов и явлений, которые находят отображение на картах. «По снимкам оперативно обновляются карты, составляются прогнозы погоды, выявляются очаги чрезвычайных ситуаций, решаются земельные споры, прогнозируется урожайность. Сфера применения данных космического дистанционного зондирования Земли огромна», – подчеркнул специалист.
К плюсам космосников Сергей Мышляков отнес актуальность данных, оперативность получения информации, большой единовременный пространственный охват, сопоставимость.
Также эксперты относят к плюсам важное свойство космоснимков – мультиспектральность, которая позволяет дешифрировать (выделять) разные объекты, не столь различимые или вовсе не видные в оптическом диапазоне.
На современных космических платформах установлена аппаратура, позволяющая вести наблюдения в видимом, инфракрасном, микроволновом, радиолокационном диапазонах, каждый из которых пригоден для решения широкого круга прикладных задач.
Например, в ближних инфракрасных каналах лучше различимы типы и состояние растительности, а в средних инфракрасных каналах можно, к примеру, детектировать лесные пожары.
Слева на изображении: раскрашенный гиперспектральный снимок. А справа поиск по картинкам считает эти изображения похожими на снимок слева.
Космоснимки популярны?
Космоснимки не были и не должны быть популярнее, то есть чаще просматриваться, чем карты. Так считает Георгий Потапов. «Популярнее они были разве что в 2005 году, когда Google опубликовал первое высокодетальное покрытие на крупные города мира. С тех пор так называемые «спутниковые карты» стали must have на картографических сервисах интернет-порталов», – говорит Потапов.
По словам Потапова, оцифровку снимков с целью создания карт может освоить любой начинающий фотограф, используя краудсорсинговые сервисы в Интернете. Однако дешифрированием по спектральным характеристикам обычно занимаются специалисты в своих тематических областях, таких как геология, природопользование, лесное хозяйство и другие.
А вот Сергей Мышляков уверен, что п роекты, связанные с использованием космических снимков, чрезвычайно популярны. Это произошло благодаря появлению в открытом доступе большого количества регулярно обновляющихся космических снимков.
Отдельно Сергей выделил направление интеллектуального анализа данных (data science). «Обработка космических снимков является одним из наиболее явных приложений data science в части добывания полезной информации из огромного массива данных (data mining). Для этих целей широко используются технологии машинного обучения (machine learning)», – объяснил специалист.
Проекты с космоснимками
В Openstreetmap есть несколько инструментов картирования, в том числе очень удобный онлайн-редактор карт, который позволяет добавить внешний сервис, как подложку для оцифровки.
Openstreetmap ID (openstreetmap.org): С помощью картографических online редакторов можно подключать снимки с внешних источников для картирования.
Карта пожаров (fires.ru) – кластеры «термоточек» и статистика по регионам России.
Geoalert City (geoalert.io) анализ городской застройки по спутниковым подложкам.
Еще можно выделить такие проекты, в которых используются космоснимки:
Эффект от космоснимков, по мнению Сергея Мышлякова:
Инструменты для создания карт с космоснимками
Благодаря встроенным инструментам этих сервисов карты может создавать любой желающий.