Коровий магнетизм и космос: экспертиза R&D.CNews

В конце лета 2008 года мир облетела весть об удивительном, ярком открытии, совершенном группой европейских учёных – эффекте магнитной ориентации безмятежных коров. Открытие было совершено на основе анализа масштабной статистики, собранной в том числе благодаря геоинтерфейсу Google Earth.

Изумлённые новизной, масштабом и оригинальностью открытия, эксперты портала Исследования и разработки – R&D.CNews и группы Неогеография не пожалели получаса времени, чтобы раскрыть несложные секреты коровьего магнетизма, порадоваться возможностям, которые открываются перед пытливыми мыслителями благодаря появлению средств неогеографии, и даже специально совершили выход в подмосковные поля, дабы изучить эффект на практике.

Однако публиковать полученные результаты сразу постеснялись, дабы не подрывать авторитет уважаемых членов профессионального сообщества. Эксперты опрометчиво понадеялись, что несложные методические ошибки авторы «открытия», израсходовавшие на исследования солидные гранты, исправят сами.

Не тут-то было – аппетит приходит во время еды. Март 2009 года принёс весть об очередном открытии вошедших во вкус учёных. Оказывается, эффект коровьего магнетизма вблизи линий электропередач проявляется не так явственно, как мог бы. Исследование было поддержано грантом чешского министерства по делам образования, молодёжи и спорта.

Анализ открытий стал неизбежным.

Загадка коровьего магнетизма

25 августа 2008 года в американском журнале Proceedings of the National Academy of Sciences появилась статья Magnetic alignment in grazing and resting cattle and deer (Ориентация в магнитном поле пасущихся и находящихся в покоящемся состоянии коров, оленей и ланей).

Работа была выполнена коллективом немецких и чешских ученых из университета Дуйсбурга-Эссена, института биологии позвоночных (Брно), чешского университета биологических исследований (Czech University of Life Sciences) в Праге, а также Национального парка «Сумава» в Чехии.

Авторы изучили ориентацию в пространстве голов и хвостов – а следовательно, туловищ как таковых – в общей сложности 8510 домашних животных, пребывавших на 308 пастбищах по всему миру, а также 2974 диких животных в составе 241 стада.

Естественно, собрать такую статистику в реальной жизни – дело непростое, не быстрое и очень дорогое. Исследование проводилось в том числе с помощью космических снимков сверхвысокого разрешения из геоинтерфейса Google Earth. Проводились также полевые наблюдения и исследования следов, оставленных лежавшими в снегу испытуемыми.

На основе анализа авторы исследования сделали вывод о том, что в первом (грубом) приближении животные стремятся занять в пространстве ориентацию в направлении «север-юг». Правда, делают они оговорку, это касается животных лишь в "невозмущенном" состоянии – либо просто пасущихся, либо пребывающих в состоянии, полном безмятежности и покоя.

Каким образом определялись внутренняя безмятежность и покой рогатых животных, осталось не вполне понятным. Однако ясно, что это замечание позволило авторам открытия намеренно исключить ту часть статистики, которая не слишком хорошо укладывалась в Прокрустово ложе гипотезы.

Возможно, это касалось в первую очередь результатов полевых наблюдений – вид пытливых учёных вызывал у коров и ланей внутренний протест, нарушая стройную ориентацию их туловищ, так что космические снимки Земли высокого разрешения, сделанные спутником QuickBird и представленные в геоинтерфейсе Google Earth, дали основной фактурный материал исследовательскому коллективу.

Авторы предположили для начала, что странная ориентация коров и диких копытных объясняется особенностями солнечного освещения, однако от этой гипотезы им пришлось отказаться. Более убедительной показалась им гипотеза об ориентации животных вдоль силовых линий магнитного поля Земли.

Авторы открытия особо отметили удивительный факт – подобной аномалии в поведении коров никогда не отмечали те, кто с ними взаимодействует регулярно и непрерывно – пастухи, животноводы, сельские жители. Неожиданное открытие удалось сделать только «городским» ученым, в камеральных условиях и при помощи спутников.

Экспертов портала Исследования и разработки – R&D.CNews и группы Неогеография открытие крайне заинтересовало. Внутренний опыт подсказывал, что ориентация силовых линий магнитного поля – последнее, что интересует пасущихся на лужке коров.

Тем не менее, открытие требовало верификации. Погода была хорошей, и эксперты стразу направились в путь.

Наблюдение первого же стада коров, встреченного ими в подмосковных полях, зародило сомнения в правильности вывода (Рис. 1-3). Животные, не ознакомившиеся с сенсационной публикацией, полностью игнорировали эффект магнитного поля – травка привлекала их больше, и свои туловища они разворачивали самым произвольным образом.

Возможно, конечно, они не находились в состоянии безмятежности и покоя. Исследование было решено продолжить, в соответствии с рекомендациями авторов открытия, с помощью средств Неогеографии – геоинтерфейса Google Earth.

Но без понимания особенностей отображения объектов на космических снимках Земли исследовать ориентацию коров - непросто.

Несложные "секреты" космической съемки

На одном из изображений стада коров, обнаруженных в Google Earth на снимке QuickBird (рис. 4), видно, что часть из них выстроилась в направлении «север-юг» (рис. 5). Однако это было вызвано очевидным образом дорогой, проходящей с запада на восток. Анализ другого снимка того же стада (рис. 6) и других снимков показывает, что ориентация коров в пространстве произвольна и явной закономерности выявить не удается.

Почему же учёным удалось совершить открытие? «Виной» тому стали неучтённые ими особенности космической съемки Земли.

Космические аппараты оптической съемки сверхвысокого разрешения (имеет смысл рассматривать только их, поскольку на снимках худшего разрешения ориентацию коров в пространстве выявить просто невозможно) выводятся на так называемые солнечно-синхронные орбиты.

Их основное свойство состоит в том, что аппарат пролетает над местностью всегда практически в одно и то же время (этот параметр указывается в ТТХ спутника как момент прохождения экватора (equator crossing time ). Курьезным исключением из этого правила является лишь массивный отечественный спутник «Ресурс-ДК», который пришлось вывести на орбиту с меньшим наклонением.

Это позволяет значительно улучшить условия работы детектора, а также последующую интерпретацию изображений.

Время пролёта надира выбирается близким к полудню. Пролёт в полдень не очень удобен, поскольку затрудняется интерпретация снимков в экваториальных широтах (тени оказываются очень уж короткими). Раннее утро или поздний вечер аналогичным образом затрудняют проведение съемки в высоких широтах (тени становятся слишком длинными).

Ночью съемка в оптическом диапазоне неэффективна.

Остаются периоды до полудня или после него. Предпочтение отдаётся съемке до полудня – почва в этот период прогрета меньше, чем во второй половине дня, и восходящие потоки воздуха не так сильно «портят» снимки.

Все коммерческие спутники съемки Земли сверхвысокого разрешения проводят съемку Земли в период с 10-00 до 11-30 часов утра. В частности, спутник QuickBird (именно по полученным им и представленным в Google Earth изображениям и анализировалась ориентация коров) проходит экватор в 10-30 по всемирному времени.

Тени в этом случае вытянуты всегда в одном и том же направлении «Север-Юг», близком к географическому меридиану и азимуту магнитного склонения (рис. 7).

В случае объектов протяжённых на снимках QuickBird выделение самого объекта и его тени не составляет труда (рис. 8). Не так обстоит дело с коровами.

Малоразмерные объекты, регистрируемые на пределе разрешающей способности аппарата, воспринимаются как единое целое со своей тенью, которая визуально «вытягивает» результирующее изображение в направлении магнитного меридиана (рис. 9).

Куда бы ни повернулась безмятежная корова, её изображение на спутниковом снимке либо «сожмётся» практически в пиксель, либо будет вытянуто вдоль магнитного меридиана. Кажется, что это сами коровы вытягиваются по неведомому им меридиану.

Такова несложная механика «фокуса», с помощью которого коровы обвели вокруг пальца излишне доверчивых учёных и налогоплательщиков.

Космоснимки: новая угроза?

В последнее время, отмечают специалисты Исследования и разработки – R&D.CNews и группы Неогеография, ошеломляющие «открытия», совершённые с помощью космоснимков, делаются с пугающей быстротой. Недооценивать угрозу не следует – зачастую «выводы», сделанные «экспертами», становятся поводом для принятия политических решений.

Так, анализ разрушений в зоне осетино-грузинского вооруженного конфликта августа 2008 года, проведенный зарубежными организациями по спутниковым снимкам, показал не только глубокое расхождение полученных ими результатов с очевидной действительностью, но и внутреннюю противоречивость и алогичность сделанных выводов.

Вывод о массовом исходе беженцев из Чада в Камерун, сделанный экспертами ООН по ДДЗ WorldView, оказался весьма сомнительным.

Эксперты интерпретировали изображения (цепочки пикселей) отдельных животных, ведомых на рынок из столицы Чада Нджамены в приграничный город Куссери (Камерун), как изображения нескольких афро-африканцев, стоящих цепочками из 2-5 и более человек. Чад – страна сельскохозяйственная, и тезис о гуманитарной катастрофе получил «документальное» подтверждение.

Трудность интерпретации космических снимков и их ограниченные возможности наглядно продемонстрировала история поисков пропавшего самолёта Стива Фоссета. Поиски немаленького аппарата на ограниченной пустынной, лишённой лесных зарослей территории изученных вдоль и поперек Соединённых Штатов Америки с использованием всей мощи спутниковой группировки США завершились полным фиаско.

Много месяцев спустя разбившийся самолёт случайно был обнаружен на земле путниками.

В чём же дело? Спутниковые снимки – опасный источник информации?

Конечно же, нет. Данные дистанционного зондирования вообще и космоснимки в частности уже стали, благодаря возможностям неогеографии, основным источником географической информации вообще – подобно тому, как гипертекстовая среда интернета стала основным источником информации для современного человечества.

Космоснимки, вопреки распространённым заблуждениям, читаются гораздо легче, чем карты, более информационно насыщены и не опосредованы субьективным взглядом картографа и картографическими условностями. Снимки сверхвысокого разрешения позволяют видеть местность в диапазоне пространственных разрешений, характерном для повседневного визуального опыта человека – и этап интерпретации генерализованных изображений, через который необходимо пройти пользователю карты (или космоснимка низкой детальности), отпадает вовсе.

Благодаря возможности интеграции космоснимков в единой глобальной системе координат с данными о рельефе местности и иной информацией появилась возможность выйти за пределы ограничений, характерных для картографического метода на протяжении последних девяти тысячелетий, и обеспечить всеракурсность просмотра моделей.

Космоснимки уже стали основным источником данных о контексте местности для систем специального назначения. В войсках иных стран космоснимки уже используются максимально широко.

Стоимость продуктов на базе космоснимков на многие порядки ниже стоимости создания географических карт.

Использование метода неогеографии является единственно возможным подходом к разрешению проблемы актуализации геоданных и к созданию сред для массового их ввода. Он, в частности, позволяет обеспечить мгновенную циркуляцию геоданных по вертикали власти без потери детальности и без отрыва от общегеографического их контекста – ключевого фактора повышения управляемости городами, регионами, инфраструктурой и государствами.

В логике картографического подхода такую задачу невозможно не то что решить, но даже сформулировать.

Однако космические снимки Земли не являются универсальной «панацеей». Они прекрасно подходят для анализа местности неспециалистом в том диапазоне разрешений, где интерпретация контекста местности осуществляется однозначно. Однако попытки использования космоснимков на пределе разрешения иной раз ставят в тупик излишне доверившихся им учёных.

Экспертами выявлен целый ряд и иных эффектов, затрудняющих интерпретацию изображений на пределе разрешающей способности. Их обсуждение – тема отдельной статьи.

Освоение нового мощного средства работы с геоданными требует накопления опыта, знакомства с ними максимально широкого круга пользователей – и тиражирования не только положительного, но и в первую очередь отрицательного опыта работы с космоснимками.

Редакция портала Исследования и разработки – R&D.CNews предлагают читателям делиться фактами неуместного, бессмысленного, бессистемного, доктринёрского, безрезультатного и бесполезного использования данных дистанционного зондирования в стране и за рубежом.

Отрицательный результат – тоже результат. Чем быстрее в стране будет накоплен опыт массового использования космоснимков и получено представление об их истинных – огромных, но не безграничных – возможностях, тем быстрее мы сможем в полной мере воспользоваться уникальными шансами, которые открывает для России неогеография.

В равной степени нам интересны примеры оригинального, разумного, рационального и перспективного использования ДДЗ.

Информация будет использована для подготовки «полярных рейтингов R&D.CNews» – аналитических материалов, позволяющих оценить перспективы использования данных дистанционного зондирования и других передовых географических технологий, их возможности и характерные особенности, о которых следует помнить всегда. Также она будет публиковаться на страницах портала.

Мероприятия по неогеографии

Рост интереса к методу неогеографии и принципу Situational Awareness проявляется в росте количества мероприятий, посвящённых изучению и обсуждению её перспектив.

Ключевыми из них являются II Международные выставка и конференция «Неогеография XXI-2009», которые пройдут 21-24 апреля 2009 года в Москве в рамках X Юбилейного международного форума и выставки «Высокие технологии XXI века».

Применение ДДЗ для решения разнообразных задач планируется обсудить на конференции "Космическая съемка — на пике высоких технологий", которая пройдёт в Подмосковье 15-17 апреля 2009 года.

Автоматизация процесса получения высокоточных геоданных станет темой форума и выставки «НАВИТЕХ-ЭКСПО-2009», которые пройдут в Москве 12-15 мая 2009 года.

11-14 мая 2009 года в Лимассоле, на острове Кипр, Средиземноморский институт прикладных наук (Кипр) и институт физико-технической информатики проведут международный симпозиум по информатике MEDIAS 2009, на котором, в частности, будут обсуждаться возможности Неогеографии и принципа Situational Awareness.

2-4 ноября 2009 года опять же в Лимассоле на Кипре пройдёт международный симпозиум “Космос и глобальная безопасность человечества”, организованный международной академией астронавтики (IAA), российской академией космонавтики им. К.Э.Циолковского, международной ассоциацией "Знание" при поддержке ООН, ЮНЕСКО и правительства республики Кипр.

Темой одной из секций симпозиума станут Космические системы и перспективный метод работы с пространственно-временной информацией - Неогеография.

Портал Исследования и разработки – R&D.CNews является генеральным информационным спонсором всех важнейших мероприятий, посвященных развитию передовых методов и технологий географии и прикладной космонавтики, и будет подробно освещать ход подготовки к ним, а также итоги их работы.

Экспертная группа R&D.CNews/группа "Неогеография"