ГЕОИндустрия 3.0/4.0: что ждет рынок через 15 лет?

Мы живем в эпоху третьей промышленной революции, которая началась с активного использования электроники и информационных технологий в 1969 г. Сегодня происходит постепенный переход к четвертой промышленной революции, характеризующийся слиянием технологий и размыванием граней между физическими, цифровыми и биологическими сферами.

Такую же трансформацию испытывает и отрасль геоинформационных технологий и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Назовем ее ГЕОИндустрия.

Посмотрим, чем характеризуется на сегодняшний день отрасль (ГЕОИндустрия 3.0), заглянем в недалекое будущее (через 5 лет – переходный период, или ГЕОИндустрия 3.0/4.0), дадим прогноз на 15 лет (ГЕОИндустрия 4.0). Выделим главные сферы ГЕОИндустрии.

Группировки спутников

В сфере дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса сегодня на первый план выходят группировки спутников. Максимально возможное разрешение космических снимков – 30 см, некоторые спутники ведут видеосъемку. Появились группировки спутников, ведущие ежедневную повторную съемку с разрешением 3–5 м. Проводят регулярную съемку радарные спутники, причем имеется возможность получать данные с разрешением до 25 см. Активно развиваются сервисы доступа к данным. На подходе новый сервис на базе данных ДЗЗ – пользователи смартфонов во всем мире смогут заказать собственное фото, сделанное с орбиты. Эта технология до конца 2020 г. будет предложена и ГК «Роскосмос». Специальное мобильное приложение отечественной разработки позволит любому желающему получить доступ к архиву снимков с российских спутников или заказать съемку определенного участка местности. Оплатить услугу можно будет также с помощью мобильного устройства.

Что нас ожидает через 5 лет? Специализированные группировки спутников будут вытеснены комплексными системами. Пространственное разрешение спутников станет лучше 30 см, причем ежедневная повторная съемка будет доступна с разрешением 1–2 м. Стандартным продуктом станет видеосъемка из космоса. Качественный рост ждет радарные космические данные. Появятся комплексные режимы съемки: оптико-электронная в сочетании с радарной, космическая в сочетании с авиационной с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Будут развиваться новые виды съемки и сервисы доступа к данным.

Через 15 лет произойдут качественные изменения во всей системе ДЗЗ. На первый план выйдут сервисы. Модель заказа съемки трансформируется в доступ к геоинформационным интеллектуальным аналитическим сервисам, позволяющим получить пользователю необходимую информацию по конкретным задачам. Съемка из космоса будет вестись в непрерывном режиме. Произойдет конвергенция с другими источниками информации.

Беспилотные летательные аппараты

В последние годы все активнее в нашу жизнь входят беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Большой спрос на них сегодня наблюдается и в отрасли ГИС и ДЗЗ. В настоящее время имеются беспилотники различного вида, специализированные по назначению. Экстенсивно развиваются малые БПЛА, однако время их полета ограничивается 30–60 минутами. Появилось новое съемочное оборудование – лазерные сканеры, гиперспектральные камеры. Запускаются сервисы заказа съемки нужной территории (можно отметить интеллектуальный онлайн-сервис от компании «Совзонд» – Flyber). Специальное программное обеспечение позволяет вести съемку в автоматизированном режиме, в том числе имеются сервисы удаленного управления аппаратами.

Заглянем на 5 лет вперед. На первый план выйдет автоматизация всех процессов работы с БПЛА. Миниатюризация аккумуляторов приведет к увеличению полетного времени. Появятся автоматизированные системы мониторинга, станет возможной коллективная работа БПЛА. Произойдет удешевление беспилотников. Станут доступны готовые блоки полезной нагрузки для малых БПЛА: лазерный сканер с инерциальной системой, гиперспектральный комплекс. Тяжелые стратосферные БПЛА будут вести лазерное сканирование ночью в автоматическом режиме.

Через 15 лет также как в ДЗЗ из космоса на первый план выйдут сервисы. Появится система полностью автоматизированных докстанций с БПЛА, интегрированная в существующие компоненты инфраструктуры. Активное применение найдут стратосферные БПЛА. Произойдет полная интеграция в геоинформационные интеллектуальные аналитические сервисы (данные как сервис – DaaS). Пользователи будут получать требуемую аналитическую информацию по запросу в онлайн режиме.

Аэросъемка в сочетании с лазерным сканированием

Все более востребованной сегодня становится аэросъемка в сочетании с воздушным лазерным сканированием. Для получения высокоточных пространственных данных этим технологиям нет альтернативы. Съемка ведется преимущественно с тяжелых летательных систем. Появились сканеры кинематического класса, которые могут устанавливаться на различные носители: БПЛА, машину.

Через 5 лет будет наблюдаться автоматизация всех процессов. Продолжат развиваться тяжелые системы с увеличением частоты сканирования, и дальности полета, появятся цветные лазеры. Качественно улучшатся сканеры кинематического класса. Будет происходить комплексирование данных (лазерное сканирование, гиперспектральная и тепловизионная съемка, данные в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах). Стратосферные тяжелые беспилотные комплексы с системами лазерного сканирования будут работать в автономном режиме.

Через 15 лет произойдет переход к модели «данные как сервис» (DaaS). Пилотируемые съемочные системы будут заменены БПЛА (в том числе стратосферными тяжелыми беспилотными комплексами). Произойдет конвергенция с другими источниками информации.

Обработка данных

Важнейшее место в отрасли занимают вопросы обработки данных, разработки программного обеспечения (ПО), геоинформационные системы (ГИС). Сегодня для этой сферы характерна узкая специализация и низкий уровень автоматизации (10–20%, главным образом для создания карт и анализа информации). Практически полностью автоматизирована фотограмметрическая обработка данных ДЗЗ. Программное обеспечение отличает узкая специализация, используется ПО с открытым кодом. ГИС переходят в онлайн – создаются геопорталы. Развиваются аналитические сервисы (отметим некоторые актуальные разработки компании «Совзонд» – «Геоаналитика.Агро», WorldEvolution, «ГРАДИС» и др.).

Через 5 лет уровень автоматизации достигнет 20–30%. Произойдет переосмысление понятия «карта» – начнется переход к пространственно-временной модели. Специализированное ПО перейдет в облачные сервисы, позволяющие выполнять необходимую обработку в автоматизированном режиме. Получат развитие алгоритмы анализа информации (нейрологика) и технологии ситуационной осведомленности.

Революционные изменения в этой сфере произойдут через 15 лет. Появятся интеллектуальные аналитические сервисы (получение нужной информации по запросу). Произойдет взрывной рост нейроалгоритмов анализа информации. Станет возможным моделирование любых ситуаций на основе пространственно-временной модели местности. Качественные изменения произойдут в технологии ввода информации, где станет возможным отказ от формализации заданий.

Источники исходных данных

Уже в настоящее время происходит диверсификация источников исходных данных (расширение списка компаний поставщиков космических снимков, аэросъемка в сочетании с воздушным лазерным сканированием, в т.ч. с БПЛА), появляются новые виды данных (видеосъемка, тепловизионная, гиперспектральная съемка и т.д.) и расширяется круг решаемых с помощью геоаналитики задач. В последние годы происходит также технологическая революция в сфере БПЛА. Данные, получаемые с таких аппаратов, находят все более широкое применение.

Резкое увеличение количества источников пространственных данных (в том числе и за счет появления спутниковых группировок, состоящих более чем из 200 космических аппаратов, способных вести каждодневный мониторинг) приводит к колоссальному увеличению объемов обрабатываемых и анализируемых данных. В связи с этим вектор развития инструментов и технологий направлен на агрегирование информации из разных источников в центрах хранения и обработки, с предоставлением заказчикам доступа к определенным данным, инструментам и сервисам. Для работы с «большими данными» используются облачные вычисления и суперкомпьютеры. Заказчикам уже не нужны сами данные, а нужна возможность работать с ними в своих геоинформационных системах и приложениях, что приводит к снижению затрат на приобретение данных и их хранение. Важнейшее значение приобретает комплексное использование пространственных данных (например, оптические космические снимки + радарные данные, лазерное сканирование + БПЛА и т. д.) и разработка геоаналитических сервисов.

В 2017 году произошли революционные изменения в дистанционном зондировании Земли. Появились группировки, насчитывающие сотни спутников (например, PlanetScope). В результате ведется ежедневный мониторинг Земли. Высочайшая оперативность и повторяемость съемки такими группировками спутников позволяет создавать актуальные ортомозаики высокого разрешения на большие по площади регионы. Специалисты компании «Совзонд» создали, например, ортомозаику с разрешением 3 м на весь Крым всего за 1 месяц (июнь) (рис. 1).

Рис. 1. Ортомозаика на Республику Крым, построенная по данным космической съемки группировки спутников PlanetScope

Увеличение объема данных и их детальности ставит на одно из первых мест проблему их обработки и хранения. Для этого нужны все большие объемы и ресурсы. Для обработки и хранения данных необходимо развертывание специализированных систем хранения данных. Компания «Совзонд» разработала интеллектуальную геоинформационную облачную платформу «Геоаналитика», к преимуществам которой можно отнести следующие ее возможности: работа с потоками данных, алгоритмы BigData; централизованное хранение и доступ всех подразделений, исключается дублирование данных; автоматизированные процессы обработки и анализа разнородных данных, интерактивная аналитика, моделирование и машинное обучение; системы поддержки принятия решений и «облачные» сервисы.

Для ГЕОИндустрии 4.0, которая в полной мере войдет в силу через 15 лет, основными понятиями станут пространственно-временная модель и интеллектуальные аналитические сервисы. В целом для отрасли ГИС и ДЗЗ уже в настоящее время характерны: технологии BigData, облачные вычисления, автоматизация всех процессов.