По материалам статьи в ArcNews, лето 2002,
и доклада на Конференции пользователей ESRI 2002 года
Водные перевозки жизненно важны для экономики Канады. Ежегодно при движении в водах Северного Ледовитого океана, залива Святого Лаврентия и моря Лабрадор корабли встречаются со многими проблемами. Плавучие морские льды и айсберги преграждают морские трассы, замедляя движение и угрожая как судам, так и людям на борту, а также буровым платформам и другим сооружениям. Такие природные условия неоднократно приводили к крупным морским катастрофам, таким как гибель “Титаника”, затонувшего у берегов Ньюфаундленда в апреле 1912 г.
В связи с этим, Канадское правительство считает особо важным изучать динамику образования морских льдов и их дрейф. Сбор, хранение, обработка и анализ соответствующей информации ведутся в рамках специальной федеральной программы (рис. 1), в которой участвует большое число организаций. Так, Канадская береговая охрана и Береговая охрана США получают точные и своевременные сводки о состоянии морских льдов у восточных берегов Канады и в Канадской Арктике. Эти сводки создает Отдел ледовой и морской служб (The Ice and Marine Services Branch — IMSB, Оттава) Метеорологической службы Канады в содружестве с Национальным ледовым центром в Вашингтоне.
Рис. 1. Веб-сайт Ледовой службы Канады.
В ведении IMSB находится достаточно широкий круг задач:
• Ежедневная выдача предупреждений о ледовой угрозе и составление карт ледовой обстановки на акватории с активной навигацией
• Служба оповещения об экстремальных ледовых условиях
• Еженедельный и ежемесячный анализ ситуации по всей покрытой льдом акватории в пределах Канады для целей транспортного планирования, климатического мониторинга и поддержки устойчивого развития
• Ведение архива данных о ледовом покрове и айсбергах для климатических исследований
• Пополнение канадской части информационных ресурсов о льде Мирового центра данных по гляциологии.
Основная миссия IMSB состоит в том, чтобы способствовать морской навигации в канадских и международных водах и предоставлять необходимую информацию о морских льдах в северных областях. Выполнение этой задачи в IMSB во многом зависит от интегрированных ГИС и сопутствующих информационных технологий, необходимых для сбора и эффективной обработки данных, поступающих со спутников, самолетных радаров, из результатов моделирования льда и погоды, из других источников. С помощью ГИС IMSB ежегодно анализирует более 10 000 космических изображений, проводит воздушную разведку более чем на 20 млн. кв. км и получает сотни отчетов с судов и береговых станций (рис. 2).
Рис. 2. Распространение морских льдов у восточного побережья Канады 28 января 2002 года (желтый цвет). Оно существенно меньше, чем их многолетняя норма за 1971-2000 гг. (синий цвет).
Рис. 3. Суточная навигационная карта, подготовленная Канадской ледовой службой для района залива Святого Лаврентия.
IMSB дает своевременную и точную информацию для ежедневных решений по морским операциям в канадских водах. Сбор, обработка и обобщение данных в реальном времени составляют основу для создания ежедневных карт и сводок (рис. 3). Начиная с 1995 года, для этих целей используют Интегрированную систему ледовой службы (Ice Service Integrated System — ISIS), которая успешно обрабатывает значительные объемы разнообразных цифровых данных в жестких временных рамках суточного графика производства и поставки результатов. ISIS создали на основе ArcInfo и ArcView, системы ERDAS IMAGINE и баз данных Oracle. На стадии проектирования было установлено, что сочетание ArcInfo и IMAGINE лучше всех остальных по производительности и возможностям настройки. Интегрированная поддержка форматов покрытия и шейп-файла в среде IMAGINE позволяет напрямую переносить векторные данные в ArcInfo для завершения производства карт.
«ISIS соответствует требованиям, которые IMSB предъявляет к системе: быть экономичной в реализации, надежной в работе, гибкой и масштабируемой для новых источников данных, продуктов, платформ и производственных запросов», — говорит Автар Кунар, глава отдела информационной технологии Канадской ледовой и морской службы.
Обычно день в IMSB проходит так: сбор данных в реальном времени и их анализ; интеграция данных ГИС, космических и аэроснимков, растров, текстовых и численных данных; создание продуктов; дифференцированное, в зависимости от нужд потребителей, распространение определенных продуктов в виде текстов, карт и изображений. Кроме того, потребители, партнеры и общественность имеют доступ ко всем продуктам, хранящимся в централизованном хранилище информации. К ним можно обратиться через специализированные геопространственные веб-сервисы.
Хранилище метаданных ISIS состоит из системы управления реляционной базой данных и из базы стандартов для геопространственных метаданных, разработанных Федеральным комитетом США по географическим данным. Этот ресурс обеспечивает единообразный доступ к геопространственным метаданным для эффективного и обширного поиска.
Обращение к хранилищу метаданных ISIS происходит посредством специального браузера, построенного на основе ArcView. Браузер показывает пользователям упорядоченный вид хранилища и “отпечаток” данных на базовых картах, то есть демонстрирует географическое протяжение объекта данных, что помогает понять, в каком контексте эти данные находятся.
Подсистема ледового анализа (Ice Analysis Subsystem) представляет собой полнофункциональную рабочую станцию ISIS высокого уровня, с которой возможен доступ ко всем данным хранилища метаданных. Был разработан специализированный инструментарий для сортировки, отображения и анализа данных с целью создания выходных продуктов, например, карт (анализ изображений, навигационный анализ, сводные за месяц) и бюллетеней. С помощью этой подсистемы аналитики корректируют и анализируют изображения, снабжают их текстовыми надписями и линейной графикой для отображения ледовых характеристик. Аппаратная часть подсистемы базируется на серверах UNIX и клиентах под Windows 2000, а программная аналитика основана на возможностях ArcGIS 8 и ERDAS IMAGINE, дополненных системами моделирования ледовых процессов.
Рис. 4. Ледокол “Кемсел” Канадской береговой охраны, дрейфующий во льдах западной Арктики.
Рис. 5. Столовый айсберг и самолеты ледовой разведки.
Подсистема поддержки оперативного принятия решений (Field Decision Support Subsystem) представляет собой рабочую станцию ICE-VU низкого уровня, устанавливаемую на судах Канадской береговой охраны, в ее местных отделениях, на воздушных судах морской разведки и в Центре ледового прогноза (рис. 4, 5). Эти станции были специально спроектированы для поддержки принятия решений во время морских операций. Они дают возможность судам Канадской береговой охраны получать в реальном времени данные радара с синтетической апертурой (SAR) и данные радара бокового обзора с воздушного судна (SLAR), или сгружать сжатые в MrSID формате изображения и ГИС продукты из Центра ледового прогноза (рис. 6).
Рис. 6. Кадр канадского спутника RADARSAT поверх изображения в псевдоцветах с американского спутника NOAA. На радарном изображении морские льды в заливе Святого Лаврентия видны как участки серого и белого тонов.
Двигаясь вперед
Летом 2002 г. на главных судах Канадской береговой охраны будут установлены три прямые высокоскоростные спутниковые линии, которые позволят экономично и с высокой производительностью передавать изображения, ГИС материалы и другие данные. В результате, существенно возрастет объем информации, доступной для судоводителей, возможности которых пока зачастую ограничены ненадежными аналоговыми каналами.
Сейчас на стадии концептуальной разработки находится новый элемент ISIS — бортовая подсистема анализа (OnBoard Analysis Subsystem). Ее функциональные возможности будут промежуточными по сравнению с подсистемами высокого и низкого уровня. Данные можно будет вводить визуально с помощью пера на пен-компьютере с установленными на нем ГИС программами, а анализ данных будет обеспечен описанной выше подсистемой ледового анализа. Пользователь будет почти в реальном времени интерпретировать изображения SAR/SLAR, выполнять анализ, дополняя его данными других датчиков, и затем сгружать продукт прямо на суда или на спутниковые станции оповещения. После ввода в строй на эту подсистему, помимо обычных задач ледового патрулирования, предполагается возложить функции мониторинга загрязнения окружающей среды и оценки последствий стихийных бедствий (наводнений и т.д.), а также наблюдения за дикой фауной.
Другая областью, где IMSB сосредоточит свои усилия, — это онлайновая архивация данных. Отдел отвечает за ведение обширного архива по морской криосфере Канады, а именно морским и озерным льдам и айсбергам. Эта информация позволяет, в частности, следить за глобальными изменениями климата, поскольку криосфера особенно чувствительна к малым вариациям природных условий.
«Сейчас IMSB наполнен разнообразными картами, изображениями, результатами анализа, и мы хотели бы поместить все это в архив современного типа, к которому можно обратиться посредством ArcSDE и ArcIMS», — говорит Кунар. «База геоданных позволит нам вести версии данных для моделирования сценариев типа “что-если” и следить за историческими изменениями. ArcSDE и база геоданных предоставят нам централизованный механизм для управления географической информацией и ее совместного использования».
Чтобы обеспечить взаимодействие с новым архивом, IMSB разрабатывает браузер на основе инструментария MapObjects. Он предоставит пользователям средства запроса и извлечения информации не только из конкретного операционного каталога, но и из крупного хранилища с функциями ГИС, содержащего обширные ресурсы о криосфере.
Дополнительную информацию можно получить у Автар Кунар (Awtar Koonar, Canadian Ice and Marine Services Branch, эл. почта: awtar.koonar@ec.gc.ca), или на сайте ice-glaces.ec.gc.ca.
