Геоинформационные продукты и пользовательские сервисы в интересах обеспечения различных категорий потребителей

УДК 528.88

Геоинформационные продукты и пользовательские сервисы в интересах обеспечения различных категорий потребителей

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2016

С.В. Черкас, С.А. Качанов, Н.В. Разумова, В.В. Костенко

Аннотация

Систематизированы и проанализированы геоинформационные продукты и пользовательские сервисы в интересах обеспечения потребителей, показаны перспективы расширения их номенклатуры за счёт решения задач прогнозного мониторинга стихийных бедствий и развития технологий создания трехмерных геоинформационных продуктов на основе данных дистанционного зондирования Земли (ДДЗ) сверхвысокого разрешения.

Ключевые слова: ДЗЗ, геоинформационные продукты; пользовательские сервисы; наземно-космический мониторинг стихийных бедствий; краткосрочное сейсмопрогнозирование.

Geospatial Products and User Services of Various Categories of Consumers

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2016

S. Cherkas, S. Kachanov, N. Razumova, V. Kostenko

Abstract

The report focuses on the systematization and analysis of GIS products and user's services of various categories of consumers, the prospects for the extension its nomenclature due to challenges of the forecast disaster monitoring and development of technologies for creating three-dimensional geospatial products based on ultrahigh resolution remote sensing data.

Key words: remote sensing of the Earth (RSE); GIS products; user's Internet services; ground-space monitoring of natural disasters; short-term seismic forecasts.

За последние несколько лет технология обращения пользователей с космической информацией претерпела качественные изменения (рис. 1) в направлениях оперативности доступа, возможности самостоятельной (без участия оператора космических систем)визуализации и отбора интересующих данных, создания собственных информационных продуктов (включая киберкартографирование и моделирование). Как известно, в технологическом смысле под термином «информационный сервис» понимается аппаратно-программная среда, предоставляющая пользователю набор функций по глубокой тематической обработке данных [1]. Ее развитие идет в направлении формирования сервис-ориентированной интернет-инфраструктуры, которая рассматривает «сервис»и как геоинформационную систему (ГИС), и как услугу по предоставлению тематических информационных продуктов, отвечающих критериям пользователя. Продукты распространяются через информационные веб-сервисы в их различных стандартах, клиентские приложения, геопорталы и ГИС. При этом основная особенность современных информационных продуктов заключается в том, что они, как правило, формируются не только на основе мульти-спектральных, гиперспектральных и радиолокационных данных космического мониторинга, но и на основе информации, полученной из других источников (картографической, статистической, метео и иной информации).

В ходе систематизации и анализа зарубежных информационных продуктов и сервисов, оперирующих с мульти-(гипер)спектральными и радиолокационны-

ми данными, были выбраны те из них, которые могли бы представлять наибольший интерес для потребителей в России и СНГ. Это—продукты европейского концерна AIRBUS DEFENCE AND SPACE (МКА Pleiades, и Terra SAR-X), немецкой компании Black Bridge AG (МКА Rapid Eye), американских компаний SKYBOX IMAGING (группировки МКА Sky Sat) и DIGITAL GLOBE (МКА World View 1, 2; Quick Bird, Geo Eye, Ikonos). Заслуживает внимания и известный европейский проект GMES/COPERNICUS, который предлагает пользователям результаты мониторинга последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС) на основе автоматизированной обработки данных от ряда европейских космических систем. Интерес для пользователей, с точки зрения комплексного использования мульти-(гипер)спектральных данных ДЗЗ, может представлять функциональная подсистема LANCE в составе «насовской» системы EOSDIS, которая обеспечивает оперативный (менее чем через 3 часа от момента наблюдения) доступ к данным MODIS, OMI, AIRS и MLS (это около ста информационных продуктов общим объемом 2-2,5 Тбайт).Среди зарубежных геоинформационных интернет-сервисов глобального и регионального мониторинга были выбраны представляющие практический интерес как при решении природоохранных и социально-экономических задач, так и в ходе разработки отечественных аппаратно-программных средств, которые будут оперировать с данными группировки малых космических аппаратов (МКА). В самостоятельную группу были объединены отраслевые зарубежные геоинформационные интернет-сервисы, которые представлены

Рис. 1. Тенденции в обработке и использовании данных ДЗЗ из космоса

разработками Индийского космического агентства (мониторинг чрезвычайных ситуаций), государственных структур Евросоюза, США и Китая (мониторинг сельского хозяйства), Греции (мониторинг лесных пожаров) и Франции (мониторинг ионосферы). Однако в складывающейся внешнеполитической ситуации вокруг России перспективы доступа к ним российских потребителей становятся весьма неопределенными.

Среди интернет-сервисов зарубежных коммерческих компаний, по все тем же критериям, были отобраны разработки уже упомянутых выше DIGITAL GLOBE и AIRBUS DEFENCE and SPACE, немецкой ATLOGIS и американских SATELLITE IMAGING CORPORATION и AEROMETRIC, а также—индийской AAB Sy S. Наряду с предоставлением пользователям информационных продуктов на основе тематически обработанных данных сверхвысокого разрешения при создании пользовательских ГИС-приложений, они все более активно используют «облачные» технологии обработки данных, что обеспечивает пользователям возможность работы с актуализированной геопространственной информацией непосредственно со своих персональных компьютеров, геопорталов и мобильных устройств, в том числе — из внутрикорпоративных сетей.

Самыми популярными геопорталами, через которые сегодня оперативно распространяется информация космического мониторинга, являются Geo Store, Image Findern Eye Find. Пользовательские возможности таких порталов характеризуются комплексной работой с оптико-электронными и радиолокационными данными спутников Pleiades, Spot 2-7, TerraSAR-X, заказом съемки непосредственно через интерфейс портала GeoStore с оперативностью 6 часов, возможностью выбора различных вариантов формирования требуемых участков съемки (МКА World View 1, 2; Quick Bird, Geo Eye, Ikonos), поиска космосним-ков по собственным критериям пользователя и исключением блокировки его запросов (портал Image Finder), работой со стандартными информационными продуктами МКА Rapid Eye (портал Eye Find). Индийский интернет-портал BHUVAN/BHUVAN PARICHAD разработки Индийской организации космических исследований (ISRO) примечателен с точки зрения работы с 2D/3D мультисенсорными, мультиплатформенными и мультивременными изображениями с возможностью дополнительного наложения тематической информации.

Анализ возможностей российских информационных продуктов и сервисов с точки зрения обеспечения различных категорий потребителей осуществлялось по тем же критериям: к настоящему времени существует весьма обширный перечень, начиная от космических снимков и заканчивая результатами их тематической обработки. В качестве востребованных информационных продуктов приведены разработки Научного центра оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ)[2]как официального государственного оператора российских космиче-

ских систем ДЗЗ и Федерального агентства Рослес-хоз, как государственной структуры, которая одной из первых стала использовать космическую информацию в своей повседневной практической деятельности — оперативные и тематические информационные продукты (векторные и растровые продукты, карты, цифровые модели рельефа (ЦМР) и цифровые модели местности (ЦММ)) в сферах мониторинга ЧС, недро- и природопользования, сельского и лесного хозяйства. В России насчитываются десятки информационных сервисов (ГИС, интернет-порталов и специализированных информационных услуг), которые построены на использовании данных спутникового мониторинга. Их все можно разделить на две группы: первая—ведомственные, которые создавались в разное время, по различной архитектуре и под решение специфичных задач государственных структур федерального и регионального уровней; вторая—сервисы частных компаний, наиболее активно позиционирующих себя на российском рынке информационных космических услуг. Среди сервисов первой группы (рис. 2) приоритет был отдан универсальной технологии построения пользовательских интерфейсов работы с пространственной информацией в системах космического мониторинга GEOSMIS, информационной системе мониторинга лесных пожаров (ИСДМ-Рослесхоз), геопорталу РОСКОСМОСА, Федеральной государственной информационной системе «Атлас земель сельскохозяйственного назначения» (Минсельхоз РФ), Информационной системе мониторинга наводнений и половодий МЧС России, а также спутниковому сервису Vol Sat View мониторинга вулканической активности Камчатки и Курил Российской академии наук (РАН). При этом критериями выбора стали наиболее востребованные прикладные задачи, наряду с интеграцией различных подходов к работе с широким спектром продуктов для более полного удовлетворения потребностей пользователей в космической мониторинговой информации.

Информационные сервисы российских коммерческих (полукоммерческих) структур представлены информационными продуктами и услугами, которые могут быть предложены тремя ведущими «игроками» на этом сегменте российского космического рынка —Инженерно-технологическим центром (ИТЦ) СканЭкс, компанией СОВЗОНД и Научно-производственной корпорацией РЕКОД.

Так, ИТЦ «СканЭкс» предлагает пользователям тематические сервисы оперативного мониторинга ЧС, пожаров, нефтяных загрязнений морских акваторий, ледовой и судовой обстановки, территориально устойчивых объектов и предприятий; мониторинга с/х культур и лесного хозяйства, а также веб-предоставления данных аппаратуры MODIS. ИТЦ работает исключительно с зарубежными спутниковыми данными, создав универсальные пользовательские аппаратно-программные средства (УниСкан™ и Али-са-СК™) и собственное специальное программное обеспечение для приема и обработки спутниковых

изображений в РМВ, а также систему автоматизированной работы с базами данных (БД) космосним-ков. Создаваемые на этой основе и визуализируемые в «он-лайн» режиме тематические информационные продукты—композиты мульти, гиперспектральных и радиолокационных данных в растровом и векторном форматах (ScanEx Web GeoMixer) распространяются на геопорталах с неограниченным доступом и в системах 3D-моделирования.

Российская компания СОВЗОНД, являющаяся ведущим поставщиком данных ДЗЗ на отечественный рынок и крупным системным интегратором в области создания ГИС, как и ИТЦ СканЭкс выступает официальным российским дистрибьютором наиболее известных зарубежных операторов космических систем. Компания предлагает пользователям данные ДЗЗ, информационные продукты их глубокой фотограмметрической и тематической обработки (например, двух- и трехмерные ЦММ и ЦМР), а также проектирование и создание «под ключ» ГИС и веб-порталов.

ОАО «Научно-производственная корпорация РЕ-КОД», ориентированная на практическое использование результатов космической деятельности, предлагает своим пользователям в России следующие тематические сервисы:

визуализации геопространственных данных и разработки портальных приложений для поиска, отображения и публикации ГИС-ресурсов;

моделирования критических важных объектов, в том числе—перемещающихся в пространстве;

пользовательских инструментов, позволяющих создавать, редактировать, визуализировать и анализировать векторную картографическую информацию;

контроля транспортных средств, автоматизации технологических процессов управления функционированием профильных предприятий и служб;

определения координат и состояния объектов с использованием технологий ГЛОНАСС/GPS и передачи картографической информации удаленным пользователям по интернет-сети;

выявления смещений (деформаций) и колебаний зданий, сооружений, инженерных коммуникаций (объектов энергетики, гидротехнических сооружений, нефте- и газопроводов, ЛЭП, мостов, высотных зданий, дорог и т.д.).

Тем не менее, предлагается расширить номенклатуру и состав информационных продуктов и пользовательских сервисов, в интересах потребителей мульти-(гипер)спектральной и радиолокационной космической информации с учетом степени удовлетворения их потребностей при решении задач рационального природо- и землепользования, предупреждения об угрозах ЧС, экологического мониторинга и дальнейшего развития геоинформационных технологий. Их традиционную номенклатуру целесообразно расширить за счет разработок в области мониторинга лесопользования, сельскохозяйственного землепользования, недропользования и криосферы. С учетом важности тематики освоения Арктического региона тематические продукты мониторинга крио-сферы предложено дополнить растровыми и век-

Рис. 2. Отечественные отраслевые геоинформационные интернет-сервисы космического мониторинга

торными слоями в интересах эффективного картирования снежного покрова (RGB-синтезированные изображения), ледовой обстановки (мульти-(гипер) спектральные и радиолокационные (цветосинтези-рованные) изображения) и мерзлотных процессов (гиперспектральные и радиолокационные изображения).

Информационное обеспечение принятия решений по предупреждению ЧС природного характера, снижению их последствий для населения и экономики государства, на основе инновационных технологий создания соответствующих аппаратно-программных средств и пользовательских сервисов прогнозного мониторинга, даст возможность выйти на качественно новый уровень понимания проблематики борьбы со стихийными бедствиями. Достижение этой цели лежит на путях создания и последующей интеграции наземно-космических систем. Предлагаемые нами в течение последних нескольких лет разработки в этой сфере были направлены на активизацию использования космического сегмента в решении трех весьма востребованных задач: краткосрочного прогнозирования сильных землетрясений, раннего предупреждения об угрозах возникновения лесных пожаров и наводнений.

Так, приступив к практической отработке вопросов функциональной интеграции существующих технических средств и программно-методического обеспечения применительно к краткосрочному прогнозированию сильных землетрясений, специалисты АО «Российские космические системы» в 2012 году создали«Экспериментальный участок сейсмопро-гнозного мониторинга» и веб-геопортал, который в настоящее время оперирует тремя базовыми информационными продуктами, а его интерфейс уже сегодня позволяет пользователям получать интересующие их прогнозные данные по любой заявленной дате в Дальневосточной сейсмоопасной зоне. Перспективные информационные продукты сейсмопро-гнозного мониторинга предполагают комбинированное использование цифровых карт в формате ArcGIS с нанесенными на них границами тектонических плит и их разломов, выявленных на космоснимках облачных сейсмотектонических индикаторов, векторных слоев гравитационных, георотационных, ионосферных, тепловых, а также глобальных гео(гелио) физических аномалий, параметров уже имевших место сильных землетрясений, а также данных средне-и долгосрочного сейсмопрогнозирования. На основе будут формироваться веб-сервисы для пользователей различных категорий, начиная от ученых-сейсмологов и заканчивая лицами, принимающими решения в условиях сейсмических угроз.

Геоинформационные пользовательские сервисы прогнозного наземно-космического мониторинга лесных пожаров предполагается построить на уже существующей организационно-технической основе Информационной системы мониторинга лесных пожаров Федерального агентства лесного хозяйства (ИСДМ-Рослесхоз). «Центр по проблемам экологии

и продуктивности лесов РАН», который активно участвовал в ее создании, мог бы развернуть экспериментальный участок «Наземно-космической системы прогнозного мониторинга лесопожарной обстановки», в рамках которого практически отработать необходимые технические и алгоритмические решения. Важнейшей задачей при этом является разработка моделей комплексного анализа прогнозных признаков, предшествующих возгораниям лесных массивов, а также методик краткосрочных прогнозов лесных пожаров для различных регионов страны. Созданный специалистами Института космических исследований РАН прототип информационной системы для распределенной работы со спутниковыми данными в интересах оценки опасности возникновения, раннего обнаружения и оценки угроз природных пожаров и наводнений может стать прообразом пользовательского интернет-геопортала «Лесопожаро-опасный и гидрологический прогноз».

В качестве организационно-технической основы создания пользовательских сервисов прогнозирования природных наводнений предлагается использовать территориально распределенную систему ФГБУ «НИЦ «Планета», которая по объему данных, принимаемых с зарубежных и отечественных космических аппаратов (КА), спектру решаемых задач, номенклатуре выпускаемой информационной продукции и количеству потребителей является крупнейшей в России. Среди уже существующих отечественных аппаратно-программных и алгоритмических решений в этой области—технология оперативного прогнозирования наводнений разработки Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН, реализованная в виде информационно-моделирующей системы, позволяющей формировать 12-часовой прогноз заполнения поймы реки в виде растровой карты с информацией о подтопляемых территориях, автоматически векторизуемой для обеспечения совместимости со сторонними геоинформационными продуктами. Система была реализована в виде комплекса аппаратно-программных средств, а ее интерфейс обеспечил автоматическое оповещение попадающих в прогнозируемую зону затопления реки Даугава.

В интересах развития вопросов практического использования информационных технологий следовало бы развернуть работы по обеспечению потребителей трехмерными геоинформационными продуктами на основе данных ДЗЗ сверхвысокого разрешения в направлениях:

разработки концепции «Интегрированной системы обеспечения различных категорий потребителей трехмерными прецизионными геоинформационными продуктами»;

формирования облика автоматизированной программной платформы для создания трехмерных прецизионных геоинформационных продуктов и пользовательских сервисов;

обоснования путей развития (в период до 2025 года) орбитальной и наземной инфраструкту-

ры, необходимой для реализации концепции системы

Литература

1. Бурцев М.А., Мамаев А.С., Прошин А.А., Флитман Е.В. Управление доступом к WEB-ресурсам в распределенных системах дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 2. С. 155-160.

2. Дистанционное зондирование Земли: проекты Научного центра оперативного мониторинга Земли. М.: НЦ ОМЗ АО «Российские космические системы», 2014. 35 с.

Сведения об авторах

Черкас Сергей Викторович: д. в. н., АО «Российские космические системы», зам. нач. центра. 111250, Москва, ул. Авиамоторная, 53. E-mail: igmass@mail.ru

Качанов Сергей Алексеевич: д. т. н., проф., ФГБУ ВНИИ ГОЧС(ФЦ), зам. нач. ин-та. 121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. E-mail: skachanov@inbox.ru

Разумова Наталья Викторовна: к. геогр. н., доц., АО «Российские космические системы», с. н. с. 111250, Москва, ул. Авиамоторная, 53. E-mail: razumova-nv@yandex.ru

Костенко Валентина Викторовна: АО «Российские космические системы», спец. I категории. 111250, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 53, E-mail: valentina_kos@me.com

Information about authors:

Cherkas Sergei V.: Doctor of Military Sciences, JSC «Russian space systems», Deputy Head of the centre. 111250, Russia, Moscow, Aviamotornaya str., 53, E-mail: igmass@mail.ru

Kachanov Sergey A.: Doctor of Technical Sciences, prof., Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies" (Federal Center of Science and High Technology), Deputy Head of the Institute. 121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail: skachanov@inbox.ru

Razumova Natalya V.: PhD (in geography), JSC «Russian space systems», Senior Researcher. 111250, Russia, Moscow, Aviamotornaya str., 53. E-mail: razumova-nv@yandex.ru

Kostenko Valentina V.: JSC «Russian space systems», 1st cat. expert of the centre.

111250, Russia, Moscow, Aviamotornaya str., 53. E-mail: valentina_kos@me.com