Лори Джордан, руководитель департамента изображений и дистанционного зондирования в Esri
Unlocking the Secrets of Imagery
 |
Изображения, такие как космоснимки, и ГИС теснейшим образом взаимосвязаны. Изображения являются основой для многочисленных наборов ГИС-данных, а ГИС можно применять для более эффективного управления изображениями и получения из них разнообразной информации. Поэтому изображения играют ключевую роль в создании современной ГИС. |  |
Между данными дистанционного зондирования Земли и геоинформационными системами (ГИС) давно существуют особые отношения.
Они начались при зарождении современных ГИС в конце 50-х – начале 60-х годов прошлого века. В те времена вычислительные системы для ГИС были большими ЭВМ, очень дорогими и, по современным меркам, очень медленными. Базы данных, с которыми на них работали ГИС, были в значительной мере построены из изображений: оцифрованных карт, в основном абстрагированных от снимков, или на основе объектов на земной поверхности, оцифрованных непосредственно по аэрофотоснимкам.
И с самого начала изображения играли ключевую, основополагающую роль в создании современных ГИС. Эти две технологии развивались в тесном сотрудничестве. Данные о рельефе и высотах обычно получались из стереопар изображений. Объекты дорог, строений, почвенно-растительного покрова и землепользования, антропогенного происхождения, и даже объекты, расположенные под поверхностью Земли, например, геологические и почвенные структуры, получались напрямую или косвенно по данным дистанционного зондирования. По сути, ГИС и данные дистанционного зондирования – это как две стороны одной медали.
В 1972 году произошла настоящая революция – был запущен первый спутник системы Landsat. Это был первый спутник дистанционного зондирования Земли для получения изображений, данные с которого были общедоступны. Он непрерывно снимал Землю, получая новые изображения для территорий с периодичностью 16 дней. Располагаясь на высокой орбите, Landsat дал нам новую, совершенно иную картину Земли. Он постоянно обновлял эту картину и показывал нам вещи, не видимые невооруженным глазом, например, через снимки в тепловом и инфракрасном диапазоне, принесшие новую информацию. Система Landsat была действительно огромным техническим прорывом, поскольку дала нам не только новое представление, но и новое видение возможностей того, чем может быть ГИС.
Эта система постоянно развивалась и по сей день остается «рабочей лошадкой», с основным спутником Landsat 8, а сама программа Landsat непрерывно функционирует уже сорок шестой год. Landsat начал революцию в получении коммерческих данных наблюдений за Землей, которая продолжается и сегодня. При этом объем изображений дистанционного зондирования продолжает резко возрастать благодаря сотням, а в скором времени и тысячам малых спутников, микроспутников и видеокамер в космосе.
И в них содержится огромный объем информации – непочатый край секретов, сокрытых внутри изображений дистанционного зондирования. Мы хотим открыть эти секреты и получить из этих изображений ценнейшие информационные продукты, а не только данные, не только красивую картинку. Приведенные на рисунках примеры изображений включены в выпущенную издательством Esri Press в 2016 г. книгу Изображения в ArcGIS (The ArcGIS Imagery Book).
Мы хотим получить на их основе ответы на сложные вопросы. Где находятся здоровые леса? Где болеют зерновые культуры? Насколько сильные разрушения причинило это землетрясение или цунами? Но тут возникает еще один вопрос: Как быстро получить эту информацию, не будучи экспертом в данной области?
Сегодня изображения полностью интегрированы в современные ГИС, при этом акцент сделан на простоте и скорости работы. Эта общая тенденция стремления к простоте является важной чертой ГИС. Современные ГИС становятся все более простыми и легкими в использовании, и это очень хорошо для потребителей.
Подходящим примером, иллюстрирующим простоту и легкость использования сложных технологий, является автомобильная навигационная система. Я бы, правда, назвал это кажущейся простотой. Задумайтесь о сути автомобильной навигационной системы. Она знает, где вы находитесь. Вы даете ей нужный вам адрес – и она с легкостью ведет вас туда. Если вы заблудились или не следуете рекомендуемому направлению, она немного поворчит, а затем пересчитает маршрут и выдаст вам новый. Вы получаете огромное преимущество – вы никогда не потеряетесь. Вы просто нажимаете кнопку Домой, и она ведет вас домой. Такие возможности помогают всему сообществу идти по правильному пути.
А то, что мы не видим (к счастью), – это обеспечивающая все эти действия и лежащая в их основе технология, в которую входят четыре наиболее сложных технических решения из когда-либо созданных. Для автомобильной навигационной системы необходима группировка спутников, находящихся на орбитах в нескольких тысячах километров над Землей, которые выполняют триангуляцию относительно друг друга более тысячи раз в секунду и поддерживают связь с вашим автомобилем через плотную атмосферу. А в это время Земля движется, спутники движутся, и ваша машина тоже движется с переменной скоростью. Точное местоположение вашей машины динамически опознается при помощи сложных алгоритмов маршрутизации по мере ее перемещения по топологически структурированной векторной сети. Эта сеть относится к базе геоданных, содержащей атрибуты, которые можно использовать, например, для поиска ближайшей заправки.
И как здорово, что вся эта работа происходит невидимо для нас, нам не нужно быть специалистами. Мы пользуемся ее преимуществами, не преодолевая трудности понимания технологии. Вот что я подразумеваю под простой и скоростью. Будущее – за такой простотой и скоростью.
Куда же идет ГИС-технология, каковы основные векторы ее развития? Сейчас ГИС использует обширные возможности невероятного массива распределенных по всему миру сенсоров, число которых растет в геометрической прогрессии. Сенсоры повсюду. Это процесс «сенсорофикации» сообщества. Есть сенсоры получения изображений, полномасштабного видео, сенсоры на микроспутниках, БПЛА и больших спутниках. Сенсоры стоят на автомобилях и судах. И вся эта информация, все эти большие данные, применяется вместе в том, что именуется Интернетом вещей.
Интернет вещей – прекрасная коллекция динамических информационных потоков в режиме реального времени, которые подпитывают ГИС. Можно представить, что это артерии, питающие организм современной веб-ГИС. Сердце новой ГИС – это геоинформационная модель, берущая начало в предыдущих поколениях центральной базы геоданных, она основана на концепции распределенных сервисов. Несмотря на то, что эта концепция является технически сложной, мы можем понять ее на практике, поскольку мы понимаем визуальную информацию. Мы понимаем что-то, когда мы это видим. Известно, что Эйнштейн как-то сказал: «Если я не могу это увидеть, я не могу это понять».
Сегодня все ранее существовавшие ограничения динамической обработки больших наборов изображений и производства значимых информационных продуктов на их основе стремительно уходят. Это происходит при внедрении архитектуры сервисов, вносящих развитые возможности обработки в данные, а также наряду с развитием корпоративной платформы ArcGIS Enterprise и семейства дополнительных серверов, включая ArcGIS GeoEvent Server, ArcGIS Image Server и ArcGIS GeoAnalytics Server.
С приложением ArcGIS Pro и дополнительным модулем ArcGIS Image Analyst аналитики изображений получают рабочую станцию анализа изображений (imagery analysis workstation; IAW) вместе с инструментами для интерпретации и использования изображений, а также создания информационных продуктов. У этой станции есть функциональные возможности работы со стерео и выполнения измерений. Она поддерживает координатное пространство изображений, так что карта вносится в реальное изображение вместо деформирования изображения, чтобы внести его в карту. ArcGIS Pro и дополнительный модуль Image Analyst поддерживают точное нанесение точек, линий и полигонов на перспективное (наклонное) изображение. Доступ к аналитике растров означает, что заданиями, которые слишком велики для выполнения в настольных приложениях, теперь можно управлять в облаке – это реальная масштабируемость.
Доступ ко всем этим возможностям обогащает ГИС и стимулирует их развитие. Статичный двумерный мир прошлого трансформируется в живую, динамичную, активную, понятную, продвинутую 3D-ГИС будущего. Мы видим, как открывается совершенно новая глава в истории ГИС и расширяется понимание географии. Инициатива ArcGIS Living Atlas of the World стимулирует создание разнообразных наборов данных «живой планеты» и переосмысление карт, к которым мы привыкли.
Карта будущего – это интеллектуальное изображение.
Об авторе. Лори Джордан (Lawrie Jordan) является руководителем департамента изображений и дистанционного зондирования в Esri, а также помощником по специальным вопросам основателя и президента Esri Джека Данджермонда. Его опыт, как лидера в сфере технологий обработки снимков и дистанционного зондирования Земли, насчитывает более 35 лет. Более 20 лет Джордан был соучредителем и президентом компании ERDAS, играл ключевую роль в формировании долгосрочного стратегического партнерства с Esri. Он является членом Европейской Академии наук и искусств, попечителем Фонда ISPRS и в 2015 году получил награду Geospatial World Leadership Lifetime Achievement Award за многолетний вклад в области обработки изображений и наблюдений за Землей, награжден медалью правительства США. Джордан имеет дипломы в области ландшафтной архитектуры университета Джорджии и Гарвардского университета.
Дополнение от редакции. Хотелось бы кратко познакомить вас с недавно изданными Esri книгами по данной тематике (о книгах издательства Esri Press).
«Изображения и ГИС: Передовой опыт получения информации из изображений» (Imagery and GIS: Best Practices for Extracting Information from Imagery). «Книга учит читателей тому, как изображения придают значение ГИС-проектам, и как ГИС можно использовать для получения ценных сведений из изображений», – говорят в предисловии ее авторы: Касс Грин, Рассел Дж. Конгальтон и Марк Тукман. В ней представлены основы получения изображений при помощи систем дистанционного зондирования Земли и дальнейшего использования изображений в географических информационных системах (ГИС). В ней рассказывается о том, как изображения можно интегрировать в ГИС для получения карт и выполнения анализа. Читатели узнают, как выбрать нужные изображения для своих ГИС-проектов, провести анализ изображений, эффективно управлять и обслуживать наборы данных изображений и точно извлекать информацию из изображений. В главах рассматриваются такие темы как сбор и обработка изображений, цифровые модели рельефа, исследование данных, классификация изображений и анализ изменений. Полезные ресурсы в книге включают конкретные исследования, а также раздел, посвященный акронимам и словарю терминов изображений, дистанционного зондирования и ГИС.
Книга основана на глубоких знаниях, приобретенных за десятилетия исследовательских и проектных работ, проведенных авторами. Грин является президентом компании Kass Green & Associates, работающей с данными дистанционного зондирования и ГИС. Конгальтон является профессором в сфере дистанционного зондирования и ГИС в Университете Нью-Гэмпшира, а Тукман является владельцем компании Tukman Geospatial, предлагающей сервисы дистанционного зондирования и ГИС. Книга имеется в бумажном и электронном виде.
«Изображения в ArcGIS: Новое представление. Новое видение» (The ArcGIS Imagery Book: New View. New Vision). Узнайте, как спутниковые изображения и данные дистанционного зондирования модернизируют ГИС. Прочитав эту книгу, вы захотите более грамотно использовать изображения с вашей ГИС. Даже кабинетные географы оценят эту книгу и ее электронный аналог за богатство великолепных, вдохновляющих, а иногда и тревожных изображений и ссылок на мощные веб-приложения и карты, которые переплетают интересные истории о нашей планете и проблемы, с которыми мы сталкиваемся. Она подходит и для тех, кто уже хорошо знаком с геоинформационными системами, и для тех, кто никогда не слышал о них. Авторы: Клинт Браун – руководитель департамента программных продуктов в Esri, Кристиан Хардер – основатель издательства Esri Press и автор многочисленных книг о ГИС, включая Мир ArcGIS: ГИС в нашей жизни – 10 замечательных идей. Учебник по проектам ArcGIS.
