Гохман В.В., Третьяченко Д.А., компания ЭСРИ СНГ, web: esri-cis.ru
Top eight disruptive technologies and how they are relevant to Geospatial
Аналитики, пристально следящие за развитием ИТ индустрии и ее основными тенденциями, отмечают общий поступательный рост в этой области и выделяют ряд технологий, которые являются его характерными чертами и катализаторами. Эти технологии привлекают пристальное внимание общества, уже начали завоевывать свое место под Солнцем и, очевидно, будут иметь большое значение в будущем. Для ГИС-сообщества особенно важен тот отмечаемый многими экспертами факт, что все эти технологии тесно связаны с геопространственной отраслью. Они либо широко используют данные о местоположениях или технологии для получения таких данных, либо напрямую расширяют возможности управления геопространством, его мониторинга, моделирования и анализа для поиска решений и выяснения долгосрочных последствий. В данной статье, с учетом упомянутого тематического контекста, рассматриваются некоторые моменты, касающиеся места и влияния таких направлений как искусственный интеллект и машинное обучение в сравнении с Интернетом вещей, виртуальной и дополненной реальностью и другими технологическими прорывами.
Четвертая промышленная революция (4IR) и наступление второй эры машин, как ее часто называют, фундаментальным образом меняет то, как мы живем, работаем и коммуницируем друг с другом. Способность машин, устройств, датчиков и людей напрямую соединяться и общаться друг с другом создает недостижимый ранее уровень взаимодействия, прозрачности и доступности огромных объемов информации, технической помощи и децентрализованного принятия решений, который сопровождает и стимулирует эту революцию. И этот лавинообразный процесс привел к появлению за последние несколько лет большого количества новых прорывных технологий.
Новые технологии и инновации теперь объединяют физический, цифровой и биологический миры способами, которые фундаментально преобразуют человечество. Обычные граждане все больше ощущают их роль в повседневной жизни, а многие руководители компаний и их топ-команды все в большей мере осознают значимость и оценивают масштабы влияния вихря технологических прорывов на бизнес, выработку корпоративной стратегии и стойкость в конкурентной борьбе.
В этом процессе важное место ключевого консолидирующего ядра отводится геопространственной отрасли. По мнению экспертов, стандарты, интеграция данных о местоположении с картами и автоматизация являются тремя ключевыми драйверами, обеспечивающими гео-поддержку 4IR (рис. 1). Здесь мы рассмотрим пример одного из таких аналитических исследований основных технологических трендов, выделяющихся на рынке. Его результаты были представлены около двух лет назад известной во всем мире компанией ПрайсуотерхаусКуперс (PwC). Ее команда проанализировала более 150 технологий и выделила те, которые, по всей видимости, будут иметь наибольшее межотраслевое и глобальное значение в ближайшие годы. Было выявлено восемь передовых технологий, важных уже сегодня и постоянно наращивающих свое влияние и распространение в краткосрочной и долгосрочной перспективе.
Рис. 1. Цифровая трансформация происходит на наших глазах, развертывание распределенной инфраструктуры Веб-ГИС способствует ее наступлению.
Взяв материалы этого исследования в качестве отправной точки, Анусуя Датта (Anusuya Datta), обозреватель и исполнительный редактор журнала GeospatialWorld, в своем блоге рассмотрела, как эти прорывные технологии связаны с геопространственной сферой, каково их взаимовлияние и важность для экономического развития, жизни общества и формирования эффективных моделей ведения бизнеса (рис. 2).
Рис. 2. Восемь наиболее значимых передовых технологий (согласно PwC).
Все эти восемь технологий тесно связаны с геопространством – они либо используют данные о местоположениях или гео-технологии для получения и обработки таких данных, либо напрямую расширяют возможности представления и преобразования нашего мира. В некоторых случаях технологии сливаются воедино с геопространством для поиска решений и выяснения долгосрочных последствий.
Эти технологии находятся на разных стадиях своего развития, некоторые из них крепли в течение многих лет и, наконец, встали в почетный строй вместе с другими инновациями, другие развились очень стремительно в короткие сроки.
Перечисляя эти технологии, мы также расскажем вам, как они связаны с геоинформатикой и перспективами именно нашей геопространственной отрасли, и как они отражаются в разработках компании Esri.
Искусственный интеллект
Искусственный интеллект (ИИ; англ.: AI; Artificial intelligence) вошел в нашу повседневную жизнь плотно, как никогда. Он может быть в целом описан как методы и алгоритмы, способные выполнять «творческие» задачи, обычно требующие человеческого интеллекта, такие как визуальное восприятие, принятие решений или перевод с одного языка на другой. В его арсенале такие подходы как логика, правила Если-То, деревья решений и др. ИИ – это «зонтичная» концепция, состоящая из многочисленных ответвлений, таких как машинное обучение и глубокое обучение (рис. 3).
Рис. 3. Взаимоотношение между искусственным интеллектом, машинным обучением и глубоким (глубинным) обучением.
Наибольшие возможности для геопространственной индустрии в технологиях ИИ дают геоданные. Широко известно, что 80% всех создаваемых данных имеют пространственную природу. Таким образом, использование этих данных в процессах автоматической обработки средствами ИИ и глубокого обучения приводит к созданию продвинутых нетрадиционных решений для остальных областей (рис. 4).
Рис. 4. Искусственный интеллект и Машинное обучение в ArcGIS.
Искусственный интеллект является отличным инструментом для анализа изображений и распознавания образов. В мире, наводненном данными со спутников, видеокамер и бесчисленным множеством датчиков, приложения, управляемые ИИ, могут предоставлять ранее недоступные сведения о глобальных экономических, социальных, политических и промышленных процессах.
Искусственный интеллект и геопространственная аналитика могут объединяться для предоставления решений по улучшению точного земледелия, для прогнозирования заболеваний и использования предсказательной аналитики в полиции. В бизнесе они могут помочь в планировании развития, прогнозировании всплесков спроса, определении перспектив высокой рентабельности, повышении эффективности цепочек поставок и оптимизации предоставления услуг.
Дополненная реальность
Дополненная реальность (Augmented reality; AR) представляет собой расширенное представление видимого физического мира с помощью визуальных эффектов, сгенерированных компьютером или полученных из реального мира, например, звука, видео, графиков или данных GPS, для улучшения пользовательского восприятия. Проще говоря, AR дополняет ваш мир разнообразными цифровыми объектами. Например, гарнитура Google Glass, одно из передовых устройств AR, накладывает цифровые данные, ЗД-объекты и видео в поле восприятия и, в то же время, позволяет по-прежнему видеть мир вокруг вас. Примером гарнитуры дополненной реальности является шлем пилота авиалиний, который отображает различные данные в поле зрения пилота во время полета.
Также существуют системы пространственной дополненной реальности (Spatial Augmented Reality; SAR), которые способны дополнять реальные объекты и сцены без использования специальных дисплеев – мониторов или нашлемных гарнитур.
Одной из быстрорастущих областей технологии, ориентированной на определение местоположения, является разработка систем дополненной реальности, которые могут предоставлять пользователям цифровую информацию на основе того, куда и на что они смотрят в данный момент. Например, используя очки AR, вы можете посмотреть на здание на улице, и система добавит визуальную информацию о скрытых от прямого взгляда объектах с подробностями о владельце здания, количестве жильцов и дате постройки (рис. 5). Технологии дополненной реальности уже нашли заметное место в геопространственных сферах, в том числе в приложениях для работы с клиентами и потребителями. В то же время существует огромный потенциал и варианты для их внедрения и во многих других областях, таких как управление строительством и сетевой инфраструктурой, анализ риска стихийных бедствий, добыча полезных ископаемых и т.д.
Рис. 5. Пример приложения дополненной реальности.
Блокчейн
Блокчейн – это постоянно растущий список записей, называемых блоками, связанных и защищенных с помощью криптографии. Цепочка в Блокчейне – это связанная последовательность транзакций в виде записей реестра о некоторых активах (распределенный реестр), например, деньгах, изображениях, данных, картах, документах и т.д. Однако в реальности транзакции представляют собой токены, содержащие метаданные активов, при этом фактическая физическая передача происходит отдельно.
Одной из областей, помимо криптовалюты, где Блокчейн уже находит или скоро найдет широкое применение, наряду с геопространственными технологиями, является Интернет вещей. Сегодня он представляет собой воображаемый образ сложной сети людей и объектов, передающих данные друг другу. Например, может ли фургон службы доставки с автономным управлением, который полностью зависит от сенсоров, быть взломан и отогнан в неправильное место? Предположим, что данные, в которых содержатся инструкции, являются транзакциями. Если сеть находится на Блокчейне, то в процессе проверки незаконные транзакции будут захвачены а неправильные инструкции отсеяны.
Примерами других областей, где технология Блокчейн может играть важную роль с точки зрения геопространства, – операции с землей и недвижимой собственностью и хранилища данных. В приложении к геопространственной отрасли и ГИС все чаще говорится о Гео-блокчейне, как стратегическом направлении развития этой технологии, добавляющей в нее важнейшие данные о точных местоположениях. В частности, в области логистики геоблокчейн обеспечивает видимость и наглядные возможности контроля цепочки поставок, к которой многие производители и поставщики стремились десятилетиями.
Дроны
Также широко известные как БПЛА (беспилотные летательные аппараты), дроны являются транспортными средствами, передвигающимися без человека на борту. Беспилотники могут работать автономно (через Бортовой компьютер), выполняя запланированный план полета, или управляться дистанционно, при этом отличаясь от наземных автономных средств передвижения.
До недавнего времени использование БПЛА ассоциировалось с ситуационной разведкой местности и военными операциями. Тем не менее, сегодня с увеличением спроса на актуальные, достоверные, высокоточные и гиперспектральные данные для картирования, исследования местности и мониторинга, беспилотные летательные аппараты стали неотъемлемой частью геопространственной индустрии. Сам факт того, что это устройство сбора данных с воздуха может управляться одним человеком и в полевых условиях, резко снизил зависимость геопространственной отрасли от спутниковой съемки, особенно на небольших площадях.
После добавления полезной нагрузки, которой в данном контексте являются камеры, датчики и детекторы изображений и другой информации, БПЛА технически становится БПЛС (беспилотная летательная система). Оборудование развивается стремительно и на рынке присутствуют датчики с очень высоким разрешением – пространственным и радиометрическим. Параллельно разрабатывается программное обеспечение, обеспечивающее прием данных с высокой пропускной способностью, анализ и выдачу готового продукта.
Так, популярное настольное приложение Drone2Map for ArcGIS позволяет обрабатывать наклонные снимки с любых беспилотных летательных аппаратов и создавать на основе исходных изображений бесшовные геопривязанные мозаики, цифровые модели местности, текстурированные 3D-модели и облака точек (рис. 6).
Рис. 6. Автоматизированная фотограмметрическая обработка данных с БПЛА с использованием приложения Drone2Map for ArcGIS.
Интернет вещей
Интернет вещей (Internet of Things; IoT) – уже, во многом, понятие вчерашнего дня. Сегодня все чаще говорят об Интернете Всего. IoT это связанная сеть физических приборов, транспортных средств, умных зданий и других объектов, оснащенных электроникой, программным обеспечением, датчиками, приводами, подключением к сети, позволяющими собирать потоки данных, обрабатывать их и обмениваться ими.
Согласно глобальным исследованиям, к 2020 году к сети будет подключено до 50 миллиардов устройств: от смартфонов, телевизоров и бытовой техники до часов, трубопроводов и грузовиков. Кроме того, рынок IoT имеет дальнейший потенциал для роста и к 2025 году его оборот превысит $11 трлн. в год.
И этой сфере наибольшие возможности для геопространственной индустрии дают данные, а ведь 80% всех создаваемых данных имеют пространственную составляющую. Областью тесного пересечения IoT и геопространственных Больших данных является сочетание сетей наземных контрольных датчиков с анализом и моделированием в режиме почти реального времени, а также с дополнительными каналами спектральных данных дистанционного зондирования. Большие данные, облачные технологии и Интернет вещей – все это неразрывные части одного целого. Трудно представить себе Интернет вещей без облачных технологий и трудно думать об облачных технологиях, не думая об аналитике, в том числе аналитике на основе местоположения, что учитывается разработчиками Esri в решениях на платформе ArcGIS (рис. 7).
Рис. 7. Поддержка Интернета вещей и ГИС-аналитика в реальном времени в ArcGIS.
Например, платформа ArcGIS Utility Network Management обеспечивает полный цикл обмена, сбора, хранения и аудита данных по инженерным коммуникациям любого масштаба, позволяет подключать через открытые API любое оборудование для сбора сенсорной информации и отправлять в режиме реального времени управляющие команды на электрические, газовые, телекоммуникационные, канализационные и водосборные сети. Статья с краткой характеристикой данного решения опубликована в российском журнале ArcReview.
Роботы
По описанию PwC, Роботы – это электромеханические машины или виртуальные агенты-посредники, автоматизирующие, дополняющие или помогающие человеческой деятельности, автономно или в соответствии с установленными инструкциями, часто – компьютерными программами.
Пока ведутся многолетние споры о том, куда приведет робототехника и автоматизация, в гео-пространстве общественной безопасности и охраны порядка уже поэтапно внедряются интерактивные роботы. Эти механизмы могут изменить традиционные процессы охраны порядка и общественной безопасности: от тактических силовых операций до рутинного патрулирования. Они также уже помогают в рискованных или сложных условиях, где постоянное присутствие человека нежелательно или невозможно, например, при добыче полезных ископаемых или обслуживании инженерных и технических систем.
Однако автоматизация удаленных операций не может полагаться только на дистанционное управление. Дистанционное управление является лишь первым шагом к полностью автономным операциям. Степень автоматизации работы таких устройств будет все более и более увеличиваться, а роль человека-оператора ограничиваться наблюдением или контролем за практически автономно функционирующими машинами и механизмами, в алгоритмы поведения которых в качестве одной из ключевых составляющих заложены данные о местоположении. Важной прикладной областью тут является автономный транспорт с автоматизированной системой управления, в Esri активно ведутся исследования и создаются разработки в данной сфере.
Виртуальная реальность
Хотя технологии Виртуальной реальности (virtual reality; VR) и Дополненной реальности часто упоминаются и используются совместно и отчасти взаимозаменяемы, они имеют принципиальное отличие. В то время как Дополненная реальность просто позволяет увеличивать или расширять физический мир, Виртуальная заставляет вас полностью погрузиться в другой мир, часто блокируя все остальное восприятие.
Как правило, такой эффект создается VR-гарнитурами, состоящим из головных очков с экраном перед глазами. VR-устройства, такие как Oculus от Facebook, Samsung Gear или Google Cardboard, представляют собой гарнитуру с объективами, через которые пользователь смотрит на виртуальный экран и видит виртуальный мир.
Родоначальниками мира виртуальной реальности были компьютерные игры, однако множество других отраслей также на подходе, чтобы воспользоваться преимуществами этой технологии. Например, в автомобильной промышленности технология VR изменила процессы проектирования, обеспечения безопасности и даже покупки автомобиля. Точно так же в розничной торговле технология VR позволяет магазинам демонстрировать свой ассортимент, а клиентам тестировать продукты перед покупкой. Становится очевидной возможность применения VR и в таких секторах, как туризм, архитектура или строительство.
Интересно отметить, что группа исследователей из Европейского космического агентства в центре управления полетами в Дармштадте, Германия, изучает новые концепции управления роверами на планетах и спутниками на орбите. Одним из методов является оценка последних достижений в области дополненной и виртуальной реальности и того, как они могут быть применены с учетом строгих требований по эксплуатации и безопасности миссии с участием как робота, так и человека.
В этом контексте следует упомянуть об одной из лучших в настоящее время разработок – программном обеспечении Esri CityEngine. Этот продукт для продвинутого трехмерного моделирования и планирования городской среды, для быстрого создания и редактирования 3D-моделей городской застройки (рис. 8). Он позволяет градостроителям, архитекторам, специалистам в сфере развлечений и профессионалам ГИС быстро создавать объекты виртуальной реальности, в том числе на мобильных устройствах, которые затем можно просмотреть на компьютере и в бесплатном приложении ArcGIS 360 VR, доступном на сайте Esri Labs.
Рис. 8. Моделирование виртуальной городской среды и соотнесение ее с реальностью в приложении Esri CityEngine.
3D-печать
3D-печать – это технология послойного производства, используемая для создания твердотельных трехмерных объектов на основе цифровой модели. Хотя эта технология зародилась еще в 80-е годы прошлого века, только в прошлом десятилетии она совершила реальный прорыв, когда появление ряда новых устройств 3D-печати убедило бизнес в том, что данная технология может быть реальным игроком на рынке.
3D визуализация на экране компьютера улучшает понимание человеком пространственных аспектов окружающей среды, где взаимодействуют различные тематические факторы. Существующие ограничения экрана компьютера можно преодолеть с помощью реально созданных 3D-моделей. Для ускорения процесса обсуждения или переговоров, улучшения взаимопонимания между различными заинтересованными сторонами могут быть использованы напечатанные в 3D модели и объекты, созданные на основе полученных с помощью ГИС-приложений тематических данных для разных отраслей. Такие разработки могут революционным образом изменить методы использования 3D ГИС и анализа геопространственных данных – будь то реагирование на чрезвычайные ситуации или оборонные задачи, городское планирование или обучение студентов.
Кроме того, 3D-печать меняет спутниковую и космическую промышленность и даже медицину. Аэрокосмические компании обращаются к возможностям 3D-печати для более эффективного производства деталей коммерческих самолетов и космических аппаратов – от сложных деталей двигателя до частей обшивки кабины. Например, SpaceX использует 3D-печать для создания частей ракеты Falcon 9, превосходящих по прочности и пластичности детали, изготовленные с помощью традиционного литья.
Космическое Агентство NASA использует 3 принтера на борту Международной космической станции для работы, как это называется, механического цеха в космосе. Это важный стратегический элемент для пилотируемых миссий в глубоком космосе и космического производства.
С ростом доступности и удешевлением 3D-печати открывается широкий спектр областей ее применения, например, печать подземных и атмосферных объектов, использование при строительстве или реставрации исторических зданий и т.д., а основным источником для их построение являются цифровые геопространственные данные.
Примечание. Познакомиться с точкой зрения ряда лидеров геопространственной отрасли и специалистов этой области рынка относительно того, как такие технологии становятся повсеместными и являются золотой путеводной нитью в эпоху четвертой промышленной революции, можно, например, в доступном в YouTube и на сайте GeospatialWorld кратком познавательном видео-интервью Geospatial — A golden thread in Fourth Industrial revolution.
