e-CORSE: неогеография второго поколения

Новый проект, предложенный французским космическим агентством CNES, получил условное обозначение e-CORSE. Его девиз: «1 Земля, 1 метр, 1 неделя».

Неогеография по-французски

Руководство французского космического агентства сразу признало революционный характер технологий, воплощённых в запущенном в июне 2005 года геоинтерфейсе Google Earth, и свершившийся факт качественного отрыва от «классических» картографических и ГИС-технологий.

Вместо попыток игнорирования новизны подхода, имевших место в отдельных странах, французские эксперты сосредоточились на анализе его особенностей – и вскрытии недостатков, преодоление которых позволило бы сделать следующий шаг вперёд. Решение было выработано менее чем через год. В 2006 году началась проработка проекта e-CORSE.

Основным недостатком современных геоинтерфейсов – Google Earth, Erdas TITAN, Virtual Earth, ряда других продуктов – была признана невозможность регулярного обновления растрового покрытия, космических снимков высокого разрешения.

В парадигме неогеографии именно данные дистанционного зондирования – например, космические или аэроснимки, а не получаемые на их основе векторные картографические материалы, являются основным и важнейшим источником визуально воспринимаемой информации о характере местности.

Преимущества документальной, фотографически точной, но при этом метрически достоверной информации о местности, в принципе лишённой характерных для карт условностей и субъективизма, сполна осознаны во всем мире.

Глобус вместо карты

Отказ от карт в пользу радикально иного формата представления геоданных, глобуса, в сочетании с возможностями комплексного представления документально точных геоданных привёл к появлению принципиально нового продукта. С появлением в 2005 году Google Earth современная география в одночасье стала доступной всем и каждому.

Возможность избавиться от «Прокрустова ложа» картографических проекций и дать пользователям возможность просмотреть интересующую местность под любым ракурсом и с любой детальностью была оценена по достоинству.

В Нидерландах уже два года спустя после запуска Google Earth этим геоинтерфейсом регулярно пользовалась почти половина всех жителей страны – фактически, каждая семья.

Однако у продуктов класса Google Earth имеется характерный изъян, существенно ограничивающий их возможности.

Обновление детального растрового покрытия (космических и аэроснимков высокого разрешения) осуществляется нерегулярно. Более того, такое покрытие даже в самом лучшем случае зияло бы дырами – ещё не все континенты полностью покрыты высокодетальной космической съёмкой.

Спорадичность космической съемки приводит к появлению анахронизмов – стыковок снимков, относящихся к разным периодам времени, разным сезонам, и обусловленных этим разных характерных особенностей на местности.

Геоданные: проблема анахронизма

Анахронизм осложняет восприятие данных – в отличие от карт, космические снимки предоставляют пользователям настолько много информации, что в ее изобилии нетрудно потеряться. Эффективность геопродукта будет определяться простотой и лёгкостью восприятия представленных данных во всей их полноте (принцип Situational Awareness).

Проблема разновременных снимков не является «Ахиллесовой пятой» современных технологий или, тем более, новой парадигмы. Она вызвана неакведатностью существующих спутниковых систем, изначально ориентировавшихся на выполнение иных задач.

Более того, в классических картах анахронизм и несочетаемость покрытий соседних территорий – явление куда более частое, однако воспринимается как неизбежность. Пока речь идёт об абстрактных для пользователя, генерализованных («мелкомасштабных») данных, c этим ещё можно как-то мириться, а создание сплошных покрытий континентов топографическими картами сопоставимой с уже имеющимися космическими снимками детальности – задача из разряда фантастики.

Средствами картографии решить проблему сочетания несочетаемых данных невозможно.

Однако в оптике неогеографии проблема обеспечения регулярной обновляемости растрового покрытия была сразу идентифицирована французскими специалистами как ключевая – и, к тому же, как решаемая.

Ключевой характер этой проблемы обусловлен той особой ролью, которую играют данные дистанционного зондирования сверхвысокого разрешения (порядка 1 метра на пиксель и лучше) в визуальном восприятии местности.

Человек обычно видит местность и объекты на местности всегда локально и лишь в определённом "масштабе" – в определённом диапазоне пространственных разрешений. Для визуальной идентификации местоположения с помощью топографической карты, космического или аэроснимка необходимо "видеть" местность такой, какой она предстает в повседневной жизни, то есть с субметровым – метровым пространственным разрешением.

Определить местоположение только лишь по карте масштаба 1:10000000, или 1:25000, не имея иной информации – непросто, человек просто никогда не видит местность настолько генерализованной. Соответственно, он не сможет даже при желании актуализировать – уточнить материал подобного рода.

С появлением же материалов адекватного пространственного разрешения – например, космических снимков разрешением около 1 м – задача актуализации, уточнения геоданных, и особенно оперативного создания на их основе собственных геоданных и их распространения становится вполне разрешимой.

Важность оперативно создаваемых пользователями геоданных невозможно переоценить. Так, при катастрофе самолёта Boeing 737 в Перми 14 сентября 2008 года, произошедшей среди ночи, точные географические координаты места падения появились в Сети благодаря пользователям геоинтерфейсов менее чем через пять часов после катастрофы, и были дополнительно уточнены ещё 9 минут спустя.

Специалисты CNES пришли к выводу, что новый продукт должен предоставлять пользователям не просто комплексное покрытие Земли космическими снимками сверхвысокого разрешения, но обновлять их в гарантированные сроки.

Решение проблемы анахронизма и несочетаемости геоданных возможно лишь с пересмотром базовых принципов орбитальной съемки Земли. Отныне такая съёмка должна стать неотъемлемой частью нового, неогеографического, комплекса.

Если раньше аппараты высокодетальной съёмки были ориентированы на «очаговую» работу, предусматривающую детальную съёмку тех или иных объектов или территорий, то теперь встает задача сплошной регулярной съёмки всей поверхности Земли.

Эта идея стала основой проекта e-CORSE.

«1 Земля, 1 метр, 1 неделя»

Основные ТТХ системы e-CORSE (e-Constellation d’Observation REcurrente Cellulaire) в концентрированном виде выражены в её девизе. Система должна обеспечить обновление всего покрытия Земли цветными космическими снимками с пространственным разрешением не хуже 1 м не реже чем 1 раз в неделю.

Решение этой задачи требует кардинального пересмотра сложившейся архитектуры космических средств ДЗЗ.

Предложенная CNES система e-CORSE должна включать в свой состав орбитальную группировку из 13 лёгких спутников, позволяющих получать цветные снимки поверхности Земли с разрешением не хуже 1 м/пиксель.

Аппараты будут выведены на одну солнечно-синхронную орбиту высотой около 600 км с ее равномерным заполнением. Съёмка, очевидно, будет полосовой, сплошной и непрерывной. Это позволит снизить требования к перенацеливанию и общей маневренности аппаратов, упростив и удешевив их конструкцию. Кроме того, съёмка будет вестись под малыми зенитными углами, что улучшит качество информации.

Объемы информации, которые будет непрерывно производить подобная орбитальная группировка, трудно представимы. По сообщению французских учёных, каждую неделю будут производиться объёмы данных, эквивалентные 1,3 млн. жёстких дисков. Какие бы накопители не имелись при этом в виду, очевидно, что речь идёт о многих петабайтах.

Обработка подобных объёмов информации требует использования бортовой "психо-визуальной" компрессии данных, позволяющей существенно сократить объёмы передаваемой на Землю информации за счёт глубокого сжатия малоинформативных снимков, и создания глобальной сети приёма данных из 50 станций. Все они будут связаны в единую сеть с использованием интернет-протоколов.

По мнению разработчиков, оригинальная архитектура наземного сегмента e-CORSE и использование интернета для обеспечения оперативного доступа к данным является новым словом в технологиях ДЗЗ, способным ликвидировать самое "узкое" звено в цепи обработки информации. Как бы то ни было, эта часть системы защищена четырьмя патентами.

Справедливости ради следует отметить, что аналогичные концепции построения орбитальных группировок рассматривались и ранее, однако лишь в проекте e-CORSE, с интеграцией в едином неогеографическом геоинтерфейсе, идея получила своё законченное воплощение.

По мнению французских разработчиков, система e-CORSE может быть введена в эксплуатацию уже в 2014 году при стоимости проекта €400 млн. Это не так много – примерно в два раза больше той суммы, которую российские картографы намерены потратить на обновление топографических карт масштабов 1:25000 и 1:50000 на часть территории России.

Неогеография второго поколения: выводы

В прошлом источником подробной географической информации являлась карта и только карта; глобус по определению мог быть только мелкомасштабным.

С появлением цифровых технологий и растровых данных дистанционного зондирования появилась возможность создать «цифровой глобус» – геометрически точный, трёхмерный и при этом детальный, подробный и информационно полный. Использование цифрового глобуса позволяет решить проблему бесшовной интеграции высокоточных геоданных без потери их детальности.

Можно сказать, что смысл технологической революции, обозначенной термином «неогеографии» – в переходе от эпохи «карт» к эпохе «глобусов».

Работа с цифровыми глобусами невозможна без использования комплексного покрытия, основным компонентом которого являются растровые изображения высокого разрешения.

В настоящее время становится возможным обеспечение непрерывного, сплошного и высокодетального покрытия Земли космическими снимками сверхвысокого разрешения – и при этом регулярно, еженедельно обновляемого. Создание подобной системы вполне по силам даже Франции, не говоря уже о более мощных державах, и обходится не так дорого, как попытки решить новые проблемы старыми средствами.

Новый подход позволяет создать качественно новый географический продукт. Он не только закроет остроту проблемы актуализации геоданных, но и сможет стать агрегатором создаваемых самими пользователями геоданных с принципиально новыми возможностями.

Неогеография: мероприятия

Проблемы развития технологий неогеографии и использования новых открывающихся при этом возможностей будут расмотрены на круглом столе "Неогеография в инвестиционном развитии Донбасса" в рамках Форума "Международный инвестиционный саммит Донецкой области", который проводится 29-31 октября 2008 года в выставочном комплексе "Эксподонбасс" в Донецке.

В Москве в рамках VIII Международной конференции "Лазерное сканирование и цифровая аэросъемка", которая пройдёт 10-11 декабря 2008 года в "Президент-отеле", состоится круглый стол по неогеографии.

Портал Исследования и разработки – R&D.CNews является генеральным информационным спонсором обоих мероприятий и будет подробно освещать ход их работы.

Экспертная группа / R&D.CNews