Мир живет в эпоху третьей промышленной (цифровой) революции, которая началась в 1969 году с началом активного использования электроники и информационных технологий. Сегодня происходит постепенный переход к четвертой промышленной революции, характеризующийся слиянием технологий и размыванием граней между физическими, цифровыми и биологическими сферами.
В основе четвертой промышленной революции (часто используются термины Industry 4.0 или Индустрия 4.0) стоит повсеместное распространение киберфизических систем (соединение реальных объектов с информационными процессами или виртуальными объектами через информационные сети или Интернет).
Уже сейчас в повседневной жизни мы активно пользуемся киберфизическими системами: сервисы отображения автомобильных пробок от компаний Яндекс и Google, основанные на технологиях «Интернета вещей», умные дома или элементы городской среды и т.д. Такую же трансформацию испытывает и отрасль геоинформационных технологий и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), всегда находящаяся на пике наиболее передовых и современных решений и информационных технологий. Назовем ее ГЕОИндустрия. Сегодня выделяются следующие главные сферы ГЕОИндустрии: спутники ДЗЗ, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), аэросъемка, обработка массивов данных, программное обеспечение, геоинформационные системы и сервисы.
Предположим, какие же изменения ждут отрасль через 5 лет (недалекое будущее), а также попробуем дать прогноз на 15 лет, когда отрасль трансформируется в ГЕОИндустрию 4.0.
Спутники дистанционного зондирования Земли
Основным трендом в сфере ДЗЗ из космоса сегодня является формирование группировок спутников для осуществления регулярной съемки территории. Запуская один или два спутника, коммерческим компаниям сложно успешно выйти на рынок, так как они не могут конкурировать ни по стоимости данных, ни по темпам и объемам съемки. Для успешной коммерциализации нужны инновационные решения и технологии как в части характеристик получаемых данных, так и в части предоставляемых сервисов.
В последний год рынок «взорвала» американская компания Planet, которая запустила группировку из более чем 150 космических аппаратов, которые обеспечивают ежедневную съемку всей территории мира с пространственным разрешением 3-4 м в четырех спектральных каналах. Компания предложила новую бизнес-модель, практически «телевидение из космоса»; теперь заказчики сервиса просто получают ключ активации и наблюдают ежедневно за любой точкой планеты в своей геоинформационной системе. Какие изменения ожидают нас через 5 лет?
- Пространственное разрешение спутников станет лучше 30 см, причем ежедневная повторная съемка будет доступна с разрешением 1-2 м.
- Видеосъемка из космоса станет стандартным доступным продуктом.
- Качественный рост ждут радарные космические данные: улучшение периодичности съемки, развитие технологий обработки данных, а также удешевление съемки.
- Появятся комплексные режимы съемки (радарная в сочетании с оптико-электронной, космическая в сочетании с авиационной съемкой с БПЛА).
Отрасль ждет качественный и количественный рост различных источников пространственных данных, получаемых спутниками ДЗЗ, развитие сервисов доступа к данным, снижение стоимости, а также появление новых свободно распространяемых данных ДЗЗ с высокими техническими характеристиками.
Через 15 лет произойдут качественные изменения во всей системе ДЗЗ из космоса. Безусловно, будет сделан значительный шаг в развитии технологий получения данных. Существующая модель заказа съемки полностью трансформируется в доступ к геоинформационным аналитическим сервисам, позволяющим получить пользователю необходимую информацию по конкретным задачам. Съемка же будет выполняться в непрерывном режиме и выступать только как часть исходных данных для работы интеллектуальных геоинформационных систем.
БПЛА
Последние несколько лет идет активное становление сферы беспилотных систем, в том числе БПЛА, которые все больше используются для решения различных задач. Большой спрос на них сегодня наблюдается и в отрасли ГИС и ДЗЗ. БПЛА, особенно малого класса, сейчас используются как более дешевая и доступная альтернатива аэросъемке с пилотируемых носителей для получения актуальных пространственных данных. Основными ограничениями для более широкого использования малых БПЛА для съемки территории является малое время полета (30-60 минут) и малая допустимая полезная нагрузка. Что касается средних и особенно тяжелых БПЛА, то они относятся уже к другим сегментам и их использование не является массовым для отрасли ГИС и ДЗЗ.
В настоящее время активно ведутся разработки специализированных автономных комплексов для мониторинга территории, в основе которых используются БПЛА сверхлегкого класса, появляется все более сложное и качественное съемочное оборудование для БПЛА, в том числе лазерные сканеры и гиперспектральные камеры. Дополнительно отметим, что в сфере БПЛА также формируется тенденция к переходу на сервисную модель получения данных.
Одним из таких примеров является сервис ― Flyber (Flyber.pro), который в 2017 году появился на российском рынке. Сервис позволяет пользователям оперативно заказывать проведение аэросъемки с дронов на выгодных условиях благодаря аукционной системе и «соединяет» операторов дронов и заказчиков в единой геоинформационной системе.
Можно с уверенностью сказать, что за 5 лет БПЛА в сфере получения пространственных данных сделают очень большой скачок вперед. На первый план выйдет автоматизация всех процессов получения пространственных данных и готовых продуктов с помощью БПЛА. Критически важным фактором выступит миниатюризация аккумуляторов, что приведет к существенному увеличению полетного времени. Станут доступны готовые блоки полезной нагрузки для малых БПЛА: лазерный сканер с инерциальной системой, гиперспектральный комплекс. Появятся автоматизированные системы мониторинга, станут возможными коллективная работа БПЛА и предоставление данных в виде сервисов (DaaS).
Должно произойти существенное удешевление БПЛА, что будет способствовать массовому распространению дронов и либерализации законодательства по их использованию. Данный факт будет способствовать внедрению краудсорсинговых механизмов для реализации масштабных проектов по сбору пространственной информации.
Другим перспективным направлением является развитие тяжелых стратосферных БПЛА (стратосферных спутников), работающих в автономном режиме, способных выполнять лазерное сканирование обширных территорий, в том числе ночью, в автоматическом режиме. Через 15 лет так же, как в ДЗЗ, из космоса на первый план выйдут сервисы. Данные, получаемые с БПЛА, сразу будут интегрироваться в геоинформационные интеллектуальные аналитические сервисы. Пользователи будут получать требуемую аналитическую информацию по запросу в онлайн-режиме. Развитие беспилотных систем будет строиться на их интеграции с существующими компонентами инфраструктуры, например, в виде полностью автоматизированных док-станций с БПЛА на вышках сотовой связи или мачтах освещения. Активное применение найдут стратосферные БПЛА.
Аэросъемка и воздушное лазерное сканирование
Все более востребованной сегодня становится аэросъемка в сочетании с воздушным лазерным сканированием. Для получения высокоточных пространственных данных (цифровые модели рельефа и местности, 3D-модели, планы, соответствующие масштабам 1:2000 и крупнее) этим технологиям сейчас нет альтернативы.
Для высокоточного лазерного сканирования сейчас преимущественно используются тяжелые системы, но все больше и больше появляются сканеры кинематического класса, которые могут устанавливаться на различные носители: БПЛА, машины и т.д. Через 5 лет будет сохраняться тренд на развитие и использование тяжелых систем, установленных на пилотируемых носителях: будет увеличиваться частота сканирования и дальность, получат развитие цветные лазеры. Качественно улучшатся и станут более доступны сканеры кинематического класса. Наряду с этим начнется разработка и внедрение автономных стратосферных тяжелых беспилотных комплексов, оснащенных системами лазерного сканирования, что будет означать начало трансформации данной сферы и слияние ее со сферой БПЛА.
Следовательно, уже через 15 лет пилотируемые съемочные системы будут заменены БПЛА и осуществлен переход к сервисной модели получения производных аналитических продуктов посредством интеллектуальных информационных систем.
Обработка данных, программное обеспечение, ГИС
Важнейшее место в отрасли занимают вопросы обработки данных, разработки программного обеспечения (ПО) и геоинформационных систем (ГИС). В настоящее время эти сферы характеризует узкая специализация либо технологического плана, либо отраслевого назначения. Также очень низким остается уровень автоматизации (10-20%, главным образом для создания карт и анализа информации), хотя сейчас есть полностью автоматизированные решения для выполнения базовой фотограмметрической обработки ряда данных ДЗЗ. Все большее развитие получают геоинформационные сервисы, посредством которых заказчики получают готовые аналитические продукты или пространственные данные, не тратя при этом свои ресурсы на обработку исходной информации.
Важным фактором последних нескольких лет является качественный рост новых программных продуктов для обработки данных, создание ГИС, использующих в своей основе решения с открытым программным кодом. Компания «Совзонд» также ведет разработки в этом направлении. Интеллектуальная геоинформационная платформа «Геоаналитика» имеет целый ряд успешных внедрений, благодаря широким возможностям для создания геоинформационных сервисов и обработки пространственных данных с использованием облачных вычислительных технологий.
Ожидается, что через 5 лет уровень автоматизации при создании производных продуктов, в том числе карт, достигнет 20-30%. Произойдет переосмысление понятия «карта»: начнется постепенный переход к пространственной модели местности. Получение, обработка и предоставление результатов, в том числе геоинформационные сервисы, будут базироваться на облачных решениях, где будет доступно необходимое ПО, мощности для хранения и анализа данных. Получат развитие алгоритмы анализа информации (нейрологика) и технологии ситуационной осведомленности.
Революционные же изменения в этой сфере произойдут через 15 лет. Основой для описания и моделирования местности станет комплексная динамическая пространственная модель. Произойдет взрывной рост нейроалгоритмов анализа информации, что сделает возможным моделирование любых ситуаций и позволит перейти к системам с неформальным и интуитивным восприятием заданий с предоставлением пользователю оптимальных вариантов решений.
В заключение стоит отметить, что в ГЕОИндустрии 4.0, которая в полной мере войдет в силу через 15 лет, основополагающими понятиями станут:
- динамическая пространственная модель местности;
- интеллектуальные аналитические сервисы.
Для пользователя перестанет иметь значение сам источник пространственных данных – важен именно результат, который будет получен полностью в автоматическом режиме. В настоящее время как за рубежом, так и в России разрабатываются и используются пространственные модели местности и интеллектуальные аналитические сервисы доступа к ним. Таким примером является продукт WorldEvolution, предоставляющий пользователям доступ ко всем пространственным изменениям на местности за конкретный период времени. Вектором развития отрасли уже сейчас выступают следующие подходы и технологии: конвергенция всех источников пространственных и других видов данных, автоматизация процессов, облачные вычисления, машинное обучение, технологии BigData, Data mining, ситуационная осведомленность, нейрологика и т.д.