СЕРГЕЙ ЗУБКОВ: Мы встраиваем технологии дистанционного зондирования Земли в текущие проекты ИЭПИ

Ред.: В настоящее время АО «ИЭПИ» занимается развитием нового направления деятельности – геоинформационными технологиями и дистанционным зондированием Земли (ДЗЗ). Зачем это нужно организации и не много ли конкурентов?

С.З.: В данной области, конечно, много игроков, но конкурентов ИЭПИ на самом деле не особенно много. Обусловлено это тем, что наша цель заключается не в простом предоставлении заказчикам космоснимков определенной территории или даже результатов постобработки такой информации. Простые задачи вообще не про нас. В рамках проектов ИЭПИ анализируются большие массивы разнородной информации с применением накопленных за много лет баз знаний в области инженерных изысканий при строительстве, эколого-геохимических исследований, экологического проектирования и мониторинга на суше и на акватории. Выявляются разного рода проблемы, оценивается степень их опасности для инфраструктуры и персонала, и на выходе уже предлагаются возможные решения. Подобный подход распространён за границей. В нашей стране пока мало кто его применяет, поскольку необходимо иметь в штате профильных специалистов по каждой тематике. В ИЭПИ таковые есть в достаточном количестве.

Поясню на примере из своей практики. В 2015 году, когда я еще работал в Департаменте информационных технологий Правительства Москвы, в тестовом режиме в столице была применена технология наблюдения за городскими сооружениями при помощи радиолокационных спутниковых снимков. Это т.н. интерферометрия – она позволяет наблюдать за смещением неких постоянных (реперных) точек по вертикали и горизонтали. Иными словами – усовершенствованный вариант геотехнического мониторинга, отлично подходящий для условий плотной городской застройки. Однако при первом взгляде обычный человек увидит просто набор разноцветных точек. Для повышения эффекта от применения технологии были привлечены эксперты в строительстве, жилищно-коммунальной сфере, специалисты местных органов власти и проведены полевые проверки. Эксперимент оказался не только успешным, но и дал тревожные сигналы – в столице обнаружилось множество геотехнических проблем. Например, около одной из строящихся станций метро было выявлено проседание окружающей застройки с динамикой более 5 см в год. Есть примеры обратных деформаций и они не единичны.

На сегодняшний день основная цель ИЭПИ в рамках обсуждаемого направления заключается в объединении информации об окружающей среде, получаемой как из космоса, так и различными наземными методами. Это позволит анализировать максимально полный объем данных для контроля геотехнических проблем и мониторинга экологической обстановки в зонах интереса заказчиков.

Ред.: Почему было решено развивать это направление, причем именно сейчас?

С.З.: Ещё пять-семь лет назад доступ к данным космической съёмки, другим данным ДЗЗ был достаточно дорог и сложен технически, поэтому рынок был во власти крупных компаний. Однако динамика развития информационных технологий в целом (производительность аппаратной части, увеличение пропускной способности каналов связи и появление новых технологий передачи данных) вкупе с развитием спутниковой аппаратуры (не забываем про стремительное распространение тех же БПЛА) и алгоритмами передачи, хранения и обработки геоданных меняют ситуацию в пользу среднего и малого бизнеса. Внедрить новые инструменты в процессы, выполняемые уже имеющимися экспертами, намного быстрее, нежели накопить базу знаний в той или иной области применения геоинформационных технологий, коих не один десяток. В этом смысле у ИЭПИ значительный задел и потенциал. Важно понимать, что геоинформатика сама по себе – это обеспечивающая отрасль знаний. Поэтому и было решено основать в ИЭПИ Центр геоинформационных технологий и дистанционного зондирования Земли, отвечающий за поиск и анализ существующих технологий, разработку инструментария как для внутреннего использования, так и для предоставления сервисов заказчикам.

Ред.: Но ведь в Москве, как и в других городах, наверняка проводится обычный геодезический инструментальный мониторинг. Особенно там, где ведется масштабное строительство. Что меняет применение спутниковых снимков?

С.З.: Для ответа на вопрос вернусь снова к приведённому мной примеру, особенно актуальному в настоящее время из-за значительно выросшего за прошедшие два года объёма строительных работ в Москве. Например, чтобы покрыть город в пределах МКАД достаточно одного космоснимка со спутника Sentinel-1A. Таким образом за один раз можно получить информацию более чем о 100 тысячах зданий и сооружений, а также о всех надземных объектах городской инфраструктуры. Поставить на геодезический мониторинг такое количество построек не только чрезвычайно дорого, но и очень затратно по времени. Да и необходимости в этом нет. Радарная интерферометрия позволяет выявлять миллиметровые смещения и отслеживать деформации на самом начальном этапе. Именно поэтому данная технология представляется нам очень перспективной для развития тех сервисов, которые АО «ИЭПИ» уже предоставляет в части экологического и геотехнического мониторинга. Мы лишь стремимся повысить качество сервисов и расширить наши возможности. АО «ИЭПИ» на сегодняшний день ведутся большие работы по мониторингу и на объектах добычи углеводородов, и на карьерных выработках, и на морских акваториях, и в городах. Для развития всех направлений мониторинга применение радиолокационных спутниковых снимков представляется нам одним из важных направлений на новом этапе развития, которое позволит оптимизировать наши работы, вывести их на новый технологический уровень.

Ред.: А нужно ли это заказчикам?

С.З.: Необходимость развития данных технологий и эффективность их применения лучше всего опять же показать на примерах. Начну с возможностей ДЗЗ на суше. Не сокращается активная выработка ископаемых пород, причем многим карьерам уже не один десяток лет, их глубина достигает сотен метров, а сопутствующая инфраструктура занимает огромные площади. В таких случаях наземные полевые геодезические измерения не всегда возможны, а часто и не безопасны. Кроме того, их производительность очень невысока. Радарная интерферометрия, например, значительно облегчает и ускоряет процесс геотехнического мониторинга состояния бортов карьеров или влияния строительства подземных рудников и шахт на объекты инфраструктуры на поверхности.

Ред.: Почему не использовать в данном случае наземную геодезическую съемку или, например, воздушное лазерное сканирование?

С.З.: Строго говоря для совсем детального понимания отличия обсуждаемых технологий надо переходить на уровень теории электромагнитных волн, к таким их параметрам как длинна волны и фаза, поляризация, но если попробовать объяснить проще, то лазерное сканирование, как наземное, так и воздушное, давно ставшее неотъемлемой частью методов геодезических измерений, применяется, как правило, для получения высокоточной модели объекта или местности. Радиолокация – для сбора информации о динамике смещений и деформаций. Кроме того, один космический снимок покрывает десятки и сотни квадратных километров территории, обеспечивая при этом очень высокую плотность точек. Чтобы такую же площадь охватить при помощи воздушного лазерного сканирования понадобиться намного больше времени. Например, строительство тех же тоннелей метро. Во время подобных работ геодезистами выполняется мониторинг, но он ограничен небольшой зоной влияния: около 500 метров в обе стороны от тоннеля. Между тем, изменения могут происходить гораздо дальше. Однажды, анализируя космоснимок, мы смогли выявить на этапе строительства одного из тоннелей метро серьезное опускание местности, связанное со строительством обводных каналов для отвода подземных вод. Это происходило далеко за пределами зоны, которая обследовалась геодезистами. Кроме того, серьезным минусом воздушного лазерного сканирования является сильная зависимость от метеоусловий или времени суток, поскольку носителем сканера управляет человек. Получению точных результатов может помешать имеющаяся на земле растительность и другие факторы. Радиолокация при определённых параметрах позволяет получать рельеф,  достаточно плотно закрытый кронами деревьев. Справедливости ради надо отметить, что у космосъемки тоже есть свои ограничения. Прежде всего, съемку со спутников можно производить ограниченное число раз в сутки. Каждый космический аппарат ДЗЗ имеет свою баллистику и программу съёмки, так что перепрограммирование под съёмку конкретных участков – процесс непростой и платный. Поэтому если у организации есть техническая и финансовая возможность держать под рукой коптеры или БПЛА самолетного типа с необходимым профессиональным оборудованием, способные совершать вылеты тогда, когда это необходимо, а площадь, которую предполагается контролировать невелика, то воздушная съемка оказывается в приоритете. Иными словами, речь не идёт о соперничестве, скорее о грамотном сочетании технологий, исходя из поставленных задач.

Ред.: Почему было решено развивать направление именно космоснимков, а не воздушного лазерного сканирования?

С.З.: Первый фактор – сами задачи, стоящие в настоящее время перед специалистами ИЭПИ. Второй – преимущества космосъёмки над лазерным сканированием, о которых я сказал, в наших проектах превалируют над недостатками. Третий фактор заключается в том, что нас интересуют технологии, которые мы можем максимально быстро внедрять в текущие проекты и получать от этого отдачу. Кроме того, у нас есть проверенные поставщики данных и апробированные, хорошо себя зарекомендовавшие методы и технологии их обработки. При этом от использования беспилотников мы тоже не отказываемся и постепенно развиваем это направление, особенно при дистанционном зондировании акваторий. Со временем, возможно, услуги по лазерному сканированию мы также начнем оказывать. Уникальность нашего предложения в части сухопутных сервисов заключается в том, что, как я уже говорил, мы встраиваем геоинформационные технологии в наши текущие проекты по геотехническому и экологическому мониторингу, причем не просто отслеживаем какие-то изменения, деформации, подвижки и прочее, а сразу оцениваем степень их потенциальной опасности и готовы предложить в случае необходимости меры по минимизации негативных последствий.

Ред.: Я уже спрашивал Вас про конкурентов. А есть ли партнеры? Ведь, наверняка, без поддержки выйти на этот новый для Вас рынок не просто?

С.З.: По некоторым вопросам мы сотрудничаем с компанией Сканекс, а нашим основным партнером является компания ЭС-ПАС – российское представительство французского холдинга CLS. Дело в том, что они, несмотря на весь многолетний опыт, готовы очень точно рассчитать изменения на земной поверхности, а специалисты ИЭПИ – их интерпретировать и предложить решения. Допустим, проанализировав космоснимок, специалисты CLS делают вывод, что какое-то сооружение просело на 78 мм, но динамика отрицательная. Критично это? Если да, то насколько и с чем связано? Нужно ли что-то делать и если да, то что? Вот на эти вопросы и отвечают уже наши специалисты.

Ред.: Вначале нашей беседы Вы упомянули, что выполняете работы также и на акваториях. Какова их специфика, по сравнению с геотехническим мониторингом на суше?

С.З.: Да, исследования на акваториях при помощи космоснимков – это второе большое направление нашей работы. Оно, в свою очередь, разделено на две подгруппы – ледовый мониторинг и выявление нефтяных загрязнений с прогнозированием дрейфа пятен и определением возможных источников загрязнений.

В последние годы все больше внимания уделяется Арктике. Это одно из самых перспективных направлений развития для многих отраслей промышленности: это и нефтедобыча, и рыболовство, и развитие ферм по выращиванию специальных растений, которые потом используются для производства лекарств от рака, и добыча морской соли и т.д. Однако в силу климатических особенностей региона, практически все это возможно делать только в короткий период времени, когда акватория очищается ото льда. И вот тут, для оценки ледовой обстановки, очень удобно использование технологий дистанционного зондирования с применением как радиолокационных изображений, так и спутниковых снимков в видимом диапазоне.

С июня этого года в рамках одного из договоров мы ведем мониторинг ледовой обстановки в южной части Карского моря, отслеживая динамику изменения кромки льда, образование крупных ледовых объектов, оценивая риски данных процессов для скважины разведочного бурения. Впоследствии мы же будем осуществлять выявление айсбергов и прогнозировать траекторию их движения, чтобы предотвратить угрозу буровой платформе.

Ред.: Все это также выполняется при помощи радарной интерферометрии?

С.З.: Нет, хотя, спутники и радары используются одни и те же. Просто анализируются уже на основе иных параметров сигнала. Кроме того, применяется и целый комплекс других технологий. Благодаря спутниковым снимкам мы можем эффективно отслеживать движение льда, а также определять такой параметр, как его сплоченность, что важно для прохождения судов. Многие из них, даже не являясь ледоколами, имеют высокий ледовый класс и могут идти по некоторым ледовым полям самостоятельно.

Для моделирования направления движения айсбергов, мы используем целый комплекс метеорологических и океанографических данных: модели ветровых полей, данные о температуре воды, модели морских течений и прочее. Все это, кстати, получается также благодаря технологиям дистанционного зондирования Земли.

Поясню, для нас ДЗЗ – не обязательно спутниковая съемка из космоса, это любое получение информации удаленными средствами. Например, для изучения морских течений мы используем радиомаяки наших партнёров – компании «Марлин-Юг». Это специальные буи, которые устанавливаются на крупные льдины и айсберги и позволяют максимально точно отслеживать траектории их движения. Установка осуществляется нашим специалистом, входящим в состав экипажа ледокола наших партнёров, являющегося обязательным судном в составе средств обеспечения морских операций в северных морях. Кстати, 8 июля данные технологии именно как единый комплекс геоинформационного обеспечения от выявления ледового объекта по космическим снимкам и до начала контроля движения объекта по данным радиомаяка, впервые применены в России. В настоящее время мы контролируем уже два потенциально опасных объекта в южной части Карского моря.

Ред.: Ведь существует множество научных институтов и организаций, занимающихся этими вопросами. Сможет ли ИЭПИ с ними конкурировать?

С.З.: Вы правы, научных институтов много, но если раньше они были частями одной большой государственной машины, то после распада СССР просто заняли свои ниши в построении глобальных или локальных моделей, поделили территории, пытаются конкурировать друг с другом за государственные субсидии. При этом они практически не перестроились на коммерческие рельсы. В общем, как это происходит и в других отраслях. В этом заключается большая проблема для страны в целом. Мы пытаемся её решить на своём уровне и не настраиваемся на какую-то одну модель дрейфа или на какого-то одного поставщика информации. Тем более, что проекты ИЭПИ ведутся от Мурманска до Владивостока. Наша задача, в отличие от многих научных институтов, не придумывать свои модели, а собрать уже имеющиеся знания, объединить их с получаемыми нами данными, проанализировать весь объём информации и выдать максимально точный результат. А наша глобальная исследовательская задача – выработка наиболее эффективного алгоритма мониторинга производственных процессов, в данном случае, связанных с освоением ресурсов северных морей.

Сейчас у нас готовятся экспедиции в море Лаптевых, в Восточно-Сибирское море. Туда пойдут научно-исследовательские суда без ледового класса, поэтому нужно так спланировать маршрут, чтобы людям и технике ничего не угрожало.

Ред.: Какова экономическая целесообразность этих исследований?

С.З.: На сегодняшний день все экспедиции организуются по «потолочному» принципу, то есть – основываясь на имеющемся опыте. Как правило, исходят из того, что в июле льда точно нет, а в конце октября уже есть риск его появления. То есть для работы открыто всего 3 месяца. Но обработав весь имеющийся объем информации, проанализировав все модели, организовав оперативный мониторинг на местах, можно выйти на новый уровень, более эффективно прогнозируя доступное для работ время. Дальше простая математика. Например, день работы ледокола стоит один миллион рублей в сутки. Очень важно эффективное его использование. Может оказаться, что он и вовсе не нужен.

В новых внешнеэкономических условиях активно развивается фрахтование буровых установок в Китае, Сингапуре. При таких расстояниях буксировка до места бурения, вопрос сроков работ приобретает большую важность. Лишние 2-3 недели – это возможность получить дополнительную прибыль для эксплуатирующих организаций или наоборот сэкономить заказчику.

Ред.: А почему нельзя использовать для этих же целей коптеры или другие беспилотники?

С.З.: Проводилось уже несколько опытов, которые оказались неудачными. Помимо того, что в море в целом достаточно агрессивная среда, в том числе, сильный ветер, на работу таких аппаратов влияет электромагнитный фон от приборов судов и буровых платформ. Коптеры просто теряют связь с центром управления и падают. Да, аппараты программируются на то, чтобы в случае потери связи вернуться к месту старта или просто приземлиться. При работе на суше это часто спасает, но на воде это означает потерю аппарата. Даже если он не тонет, сложно обеспечить достаточную герметичность электрики и микроэлектроники. Да и навигационные приборы в северных широтах работают менее корректно, влияя на точность определения базы.

Ред.: ДЗЗ часто используется для отслеживания загрязнений акваторий. Вы такие работы тоже делаете?

С.З.: Да, это одно из важнейших направлений – выявление естественных и техногенных утечек. Если появляется подозрение на загрязнение, необходимо предпринять целый комплекс мер. Прежде всего, выполняется спутниковый мониторинг с получением и анализом как радарных, так и оптических данных. Очень важно не перепутать нефтяное загрязнение с природными пятнами, образовавшимися из-за цветения водорослей, скопления планктона и так далее.

Если определено углеводородное происхождение пятна, необходимо также определить направление его дрейфа с учетом ветра, поверхностных течений и других океанографических данных. Для этого также используются специальные маяки нефтяного класса наших партнёров.

Параллельно необходимо выявить источник загрязнения. Есть целая технология оценки движения судов на основании данных с их навигационного оборудования, позволяющая оценить вероятность сброса загрязняющих веществ с одного из них. Но поскольку капитаны, планирующие противоправное действие, также не лыком шиты, они нередко отключают свои навигационные приборы, что делает их вычисление проблематичным. Поэтому отдельная задача, стоящая перед Центром – прогнозирование маршрутов движения судов при отключенном AIS, зная пункты выхода в море, точку назначения, координаты, предшествующие событию и следующие сразу за ним. Не последнюю роль в этом играют те же самые космические снимки. Поскольку для всех проектов ИЭПИ важно качество, важным шагом при контроле экологической обстановки является выявление естественных утечек, что позволяет не наводить без повода панику и обеспечивать пользователей наших сервисов только достоверной информацией. К слову, на основании анализа таких данных можно в целом оценить продуктивность региона, чтобы лишний раз не бурить скважины, не гонять корабли и не нарушать экосистему.