По материалам Esri
Вклад Esri в изучение океанов
Esri’s Ocean GIS Initiative
На нашей планете, 71% поверхности которой покрыт водой, океаны критически важны для самого существования жизни. Они кормят нас, регулируют погоду, поставляют половину кислорода, которым мы дышим, являются источником энергии и разнообразных ресурсов. Работа примерно 350 млн. человек напрямую связана с океанами, а для более миллиарда человек они являются основным источником протеинов. В то же время ресурсы океанов не бесконечны. Например, 90% крупных рыб в океанах уже исчезло, а 85% эксплуатируемых рыбных ресурсов находится под угрозой исчезновения. За счет сельскохозяйственных стоков загрязнение морской воды возросло в 5 раз по сравнению с 1960 годом. Тут следует отметить, что только 2% площади океанов находится под государственной защитой в виде национальных парков и природных резерватов (в сравнении с 12% территории суши).
И при этом всего лишь 5-10% океанического дна и подповерхностных вод исследованы и нанесены на карты с уровнем подробности, сравнимым с тем, что уже достигнут для обратной стороны Луны, для Марса и Венеры.
Технологию геоинформационных систем (ГИС), которая уже давно помогает эффективно решать задачи интеграции, визуализации и анализа разнообразной информации о суше, сегодня начинают все шире применять и для изучения океанов. Наша способность фиксировать качественные и количественные изменения параметров океанов (в том числе в открытом океане, прибрежной и береговой зонах) улучшается не только благодаря более совершенным измерительным приборам и методам научных исследований, но и потому, что современные ГИС помогают лучше понять эту динамическую среду. От простых приложений для сбора и отображения данных они развились, в том числе в приложении и к океанам, до поддержки сложного моделирования, разработки новых концепций и методов исследований.
Базовая карта океанов предназначена для ГИС-профессионалов и всех, заинтересованных в данных об океанах. Она доступна на ресурсе arcgis.com в галерее базовых карт и отображается с помощью вьюера карт ArcGIS Online.
Инициатива Ocean GIS
Компания Esri, как организация, миссия которой – вдохновлять людей и наделять их способностью позитивно влиять на свое будущее за счет более глубокого, географического (пространственного) понимания меняющегося мира, отдает себе отчет, что такое понимание неразрывно связано с изучением океанов. Учитывая это, Esri инициировала и стала активно развивать новый общекорпоративный проект Ocean GIS (ГИС Океана) силами сотрудников отдела профессиональных услуг, инженеров по программному обеспечению ГИС, проектных менеджеров, преподавателей, партнеров Esri и других людей и организаций.
Запуск инициативы Ocean GIS был в значительной степени обусловлен научно-практической потребностью в эффективных картографических инструментах и методах для борьбы с последствиями таких бедствий, как авария на нефтяной платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе, землетрясение и цунами Тохоку-Оки в Японии и др. Одной из ее задач является содействие в претворении в жизнь Национальной океанической программы США, особенно в части берегового и морского пространственного планирования, где ГИС имеют решающее значение для принятия решений.
В рамках этой инициативы Esri расширяет круг своих интересов от традиционного производства морских навигационных карт и приложений для торгового судоходства, береговой обороны/разведки и морской энергетики (нефтяной, газовой и ветровой) до океанографии в целом и вопросов управления ресурсами. Esri также стремится к налаживанию более тесных контактов с океанографическим сообществом, поскольку проблематика и данные этой науки приобретают все большее значение при решении вопросов рационального использования океанов и сохранения их ресурсов.
Для содействия дальнейшему изучению океанов Esri совершенствует и делает более доступными свои продукты, инструменты и сервисы, вступает в партнерства и расширяет связи с заинтересованными организациями и ведомствами. Ниже перечислены некоторые из проектов в этой области.
Базовая карта океанов включает батиметрию, названия объектов на поверхности и под ней, а также глубины.
Построение базовой карты океанов
Esri продолжит наращивать набор батиметрических данных в Базовой карте океанов (Оcean Basemap) методом краудсорсинга, уделяя вместе с тем особое внимание официальным данным международных гидрографических бюро и научных учреждений. Компания изучит также условия использования данных и добавит дополнительные слои общедоступных ресурсов, таких как сервисы навигационных карт в стандарте S-57 Международной гидрографической организации, наборы данных по глобальному разграничению морских пространств, инфраструктуре морской энергетики, температуре поверхностного слоя, солености, классификации отложений, обратному акустическому рассеянию и т.д. Кроме того, Esri продолжит создание версии бланковой базовой карты (без надписей). Следует отметить, что базовая карта океанов доступна и на ресурсе ArcGIS online.
Базовая карта океанов в полярной проекции включена в карту сценариев Esri (Esri Story Map). Видна часть Арктики, для которой пока не созданы навигационные карты. Экстент существующих навигационных карт показан зеленым и фиолетовым цветом.
Создание единого сервиса абсолютных высот
Esri включит базовую карту океанов в сервис World Elevation Service, сделав его единым сервисом абсолютных высот «суши и океана». Это расширяет возможности применения методов растровой аналитики и другой полезной функциональности к батиметрическим данным.
Облачные интеллектуальные батиметрические сервисы
Esri намерена предоставлять интеллектуальные батиметрические сервисы в облаке, добавив к базовой карте океанов возможности дополнительного модуля ArcGIS for Maritime: Bathymetry (esri.com/software/arcgis/extensions/maritime) и его батиметрической информационной системы (BIS, БИС). Сервер БИС обеспечит дополнительные функции управления батиметрическими данными, такие как применение правил базы данных для упорядочивания и отображения данных по наивысшему разрешению, дате приобретения и т.д., и позволит увеличить производительность работы. Благодаря этой функциональности сервис базовой карты океанов обеспечит предоставление в облаке действительно глобальной батиметрической модели.
3D представление Северной Атлантики с помощью системы научной визуализации Fledermaus от партнера Esri, компании Quality Positioning Services (QPS); инструментарий этой системы предполагается интегрировать в среду геообработки решения ArcGIS for Maritime.
Создание центров ресурсов
В связи с выходом версии ArcGIS 10.1 был реорганизован и обновлен Центр ресурсов АrcGIS (resources.arcgis.com/en/communities/oceans) и теперь созданы окончательные версии ресурсных центров ArcGIS for Oceans и ArcGIS for Maritime. Эти центры постоянно пополняются дополнительным содержанием по таким темам, как Исследования и изыскания, Наблюдение за океаном, Морские экосистемы, Аквакультура и рыбные промыслы, Отдых и туризм.
Кроме того, Esri занимается формированием консультативной группы с участием основных клиентов, которая оказала бы помощь в создании и развитии в этих ресурсных центрах раздела планирования использования океанов (ArcGIS for Ocean Use Planning). По этому разделу в настоящее время ведутся следующие работы:
- добавление сервисов экономических и демографических данных, чтобы все приложения планирования использования океанов позволяли оценивать последствия для экономики или населения прибрежных районов;
- разработка содержания и информационных ресурсов для управления рыбными промыслами;
- разработка информационных ресурсов для сохранения и защиты экосистем.
Отображение данных обратного акустического рассеяния над устьем аварийной скважины нефтяной платформы Deepwater Horizon в Мексиканском заливе. Визуализация создана Центром береговой и океанической картографии Университета Нью-Гэмпшира (UNH-CCOM) с помощью инструмента разноглубинной картографии Fledermaus.
Саммит океанов
Ключевым мероприятием для продвижения инициативы Esri стал первый Саммит по ГИС океанов (Еsri Oceans Summit), прошедший в ноябре 2012 года. В этой встрече, посвященной основным стратегическим вопросам данной области, приняла участие группа известных специалистов и разработчики ГИС. Esri предполагает сделать эту конференцию ежегодной, открытой для всех пользователей и служащей дальнейшему сплочению океанического сообщества пользователей Esri, имеющих общее видение дальнейшего использования геоинформационных систем в океанографии и управлении ресурсами океанов.
Обновление и поддержка модели данных Arc Marine
Модель данных Arc Marine, впервые опубликованная в научной монографии в 2007 году, нашла широкое применение в учреждениях и организациях, занимающихся океанами. Ее по-прежнему считают ценной моделью и продолжают внедрять, а целый ряд организаций собирается принять Arc Marine в качестве стандарта. Разрабатывается план реализации модели данных в последней версии базы геоданных Esri (включающей возможность использования файловой, а не только персональной базы геоданных), а также внедрения передового опыта определения платформы веб-сервисов. Модель будет обновляться с учетом новых вариантов применения и картографических и пользовательских требований. Готовится новое руководство пользователя с описанием дополнительных наборов океанических данных и рабочих процессов, которые можно включить в модель.
Книга The Ocean GIS Initiative (доступна в электронной библиотеке на сайте esri.com).
Разработка вертикальных, зависящих от времени преобразований данных
В сотрудничестве с Национальной администрацией по океану и атмосфере, Институтом океанографии Скриппса и Геологической службой США, Esri разрабатывает серию вертикальных преобразований, зависящих от времени датума, чтобы помочь исследователям конвертировать абсолютные высоты береговой линии из эллипсоидальных в ортометрические или привязанные к среднему приливному уровню и наоборот. Это имеет важное значение для прибрежной гидрографии, береговой геоморфологии и береговых моделей рельефа, которые связывают прибрежную батиметрию с цифровыми моделями рельефа суши для моделирования штормовых нагонов, ураганов и наводнений, порождаемых цунами.
Улучшение поддержки многомерных данных и методов анализа
Спутниковые данные и данные других измерений позволяют аккуратно картировать поверхность океана, а данные акустических датчиков – его дно. Однако представление о водной толще между поверхностью и дном океана у океанологов пока весьма «поверхностно». Имеется насущная потребность изучения внутренней структуры объектов в толще воды, например, шлейфов (шлейфы гидротермальных источников или нефтяных загрязнений, как при аварии в Мексиканском заливе) или стай рыб с целью получения данных о динамике рыбных ресурсов, местах нереста, сезонных местах обитания и воздействия климатических изменений. Для использования информации о водной толще необходимо эффективное средство чтения, обработки, анализа и наглядного отображения соответствующих данных. И технология ГИС наилучшим образом подходит для решения таких задач.
Компания Esri постоянно работает над совершенствованием поддержки многих форматов пространственно-временных данных, таких как принятая для прогноза климата модель данных Network Common Data Form 4 (netCDF-4) и тесно связанный с ней иерархический формат данных. Кроме того, Esri старается лучше адаптировать к потребностям пользователей богатую палитру 3D представлений, уже имеющихся в составе ArcGIS, таких как пространственные объекты, TIN, векторы, мультипатчи и массивы.
Esri будет постоянно наращивать функциональность 3D аналитики в следующих версиях ArcGIS, улучшать все 3D представления для визуализации и интерпретации научных данных, пространственных объектов на снимках, облаков точек и массивов. Это очень важно и для улучшения применимости общей функциональности ГИС к изучению океана и атмосферы.
Поддержка числовых моделей океана
Построение ГИС-платформы, которую могли бы использовать разработчики различных числовых моделей, позволило бы создать геопространственную основу для установления взаимосвязи между этими моделями. Одна из наиболее широко используемых моделей океана – это Система регионального моделирования океана (Regional Ocean Modeling System, ROMS), хотя подобные модели представляют для интеграции с ГИС серьезную проблему, поскольку зачастую не являются эквидистантными и могут состоять из неструктурированных треугольников или структурированных криволинейных сеток. Существует острая потребность в инструментах, которые позволили бы работать с этими сетками стандартным образом, с возможностью стандартного доступа к данным в собственной сетке модели. Чтобы решить эту важную проблему, Esri изучает возможности применения языка netCDF Markup Language, XML-представлений метаданных netCDF, содержащих атрибуты, эффективно описывающие третье измерение.
Есть и ряд других направлений, по которым идет развитие применения ГИС в рамках данной инициативы. Дополнительную информацию о проекте Esri Ocean GIS можно получить в книге (в формате PDF), написанной д-ром Доун Райт (Dawn Wright), главным научным сотрудником Esri. Эту и другие книги по данной тематике можно посмотреть на сайте esri.com/industries/natural-resources/oceans/books, кроме того, Esri начала выпуск специального информационного бюллетеня.
