ТЕХНОЛОГИИ
Зондирование Земли из космоса и сферы его гражданского применения
Некоторое время назад в новостях промелькнуло сообщение о том, что в США началась работа по созданию нового поколения спутников-шпионов, которая, по некоторым оценкам, потребует 20 лет труда и 25 млрд. долл. Невольно возникает вопрос: а как у нас в стране обстоят дела с дистанционным зондированием Земли из космоса? Чтобы понять это, совсем не обязательно расспрашивать людей в погонах, достаточно посмотреть, что происходит в гражданском секторе. Если в нем все в порядке, то скорее всего все хорошо и в военном. Современное положение дел с дистанционным зондированием земли в России анализирует генеральный директор инженерно-технологического центра “СканЭкс” Владимир Гершензон. Возглавляемая им компания уже 12 лет занимается приемом и обработкой данных дистанционного зондирования (ДДЗ) как с российских, так и с зарубежных спутников и хорошо известна во всем мире.
Каждой школе - по “Лиане”
Компания “СканЭкс” (www.scanex.ru) была создана в 1989 г. Первыми ее сотрудниками стали люди, работавшие в промышленности и ВПК. Дело коллектив решил выбрать “обращенное лицом к людям ” и поэтому начал с образования - разработал для школ простейшие приемники спутниковой информации, получившие название “Лиана”, и попытался внедрить их в процесс обучения - для использования на уроках географии и физики для показа, к примеру, движения циклонов, сопровождая его демонстрацией того, как меняется при этом давление, температура и солнечная радиация.
К сожалению, задумка не дошла до успешной реализации. Пока создавались автоматизированные метеокомплексы, выяснилось, что рынка образовательных услуг такого рода не существует, - т. е. учить-то есть кого, но путь внедрения этих комплексов в образование очень уж тернист. И что “СканЭкс”, ориентируясь на школы, представлял себе окружающий мир в розовом свете. Жизнь компании стала совсем трудной, но оказалось, что взрослые дяди и тети - метеорологи с удовольствием используют школьные станции, так как их собственные на десятилетия отставали по техническому уровню от того, что предлагал “СканЭкс”. В то время гидрометеорологи работали со станциями, требующими постоянного присутствия оператора, и получали молоко за вредность. “Лианы” же работали в автоматическом режиме: пока диск не заполнялся, к аппарату можно было вообще не подходить. В результате компания лихо ворвалась на рынок гидрометеорологической аппаратуры, и это стало началом ее дальнейшей успешной деятельности.
Убедившись, что дела идут неплохо, компания занялась разработкой специализированного ПО для обработки данных, полученных со станций, а также более сложного приемного комплекса, получившего название “СканЭР”, предназначенного для работы в X-диапазоне, где передается природно-ресурсная информация. Довольно быстро стало ясно, что существовавшая в то время программа “Ресурс-О” N 3 используется недостаточно эффективно: тогда спутник имел возможность обрабатывать 12 витков в сутки, а реально включался всего на двух, что было вызвано недостаточным количеством приемных станций. Это продолжалось до тех пор, пока “СканЭкс” не решил вопросы со станциями - в результате на Россию из космоса хлынул “информационный поток”. По словам Владимира Гершензона, когда “СканЭкс” продемонстрировал свою станцию приема данных с “Ресурс-О”, аудитория испытала шок: ранее для решения этой задачи требовались 12-метровые зеркала ТНА-57, для сооружения которых были необходимы большие капитальные вложения. Кстати, подобных центров в советские времена было запланировано всего четыре, два из которых так никогда и не начали функционировать. Комплексы же, разработанные “СканЭксом”, полезли как грибы после дождя - диаметр тарелки у них был почти в десять раз меньшим и составлял 1,6 м. Такие приемные станции позволяли следить за тем, что происходит на территории любого региона - что вырубают, а что загрязняют. После появления станций “СканЭР” число пользователей космической информации резко возросло.
Охотоведы - вперед!
Начав внедрять свои технологии в регионах, “СканЭкс” создал своего рода центры кристаллизации. По словам г-на Гершензона, “люди в России высокообразованные, а плавать они зачастую не умеют, потому что воды в бассейн никто не налил”. Не секрет, что территория России огромна и объективно требует мониторинга. К счастью, как отметил президент компании, в нашей стране высококвалифицированные кадры есть везде. В результате вокруг центров приема космической информации, оснащенных оборудованием и ПО компании, закипела активная работа, что, в свою очередь, привело к возникновению новых, часто неожиданных задач. Оказалось, что существует масса конкретных коммерческих приложений, которые используют информацию, полученную со спутников.
Трехосная приемная станция “УниСкан”
Одним из первых мест, где была внедрена система, стал город Курган. Один из охотоведов, работающий в этом регионе и прошедший курсы, организованные “СканЭксом”, быстро понял, что его основной стратегический ресурс - лицензии на водоплавающую птицу и косулю, а они прекрасно дешифрируются из космоса, так как привязаны к местам своего обитания: водоплавающая птица - к камышовым зарослям, а косуля - к молодому березняку. Заросли этих растений великолепно видны из космоса и очень динамичны - по мере появления новых площадей с этим типом флоры туда немедленно перемещается и соответствующая фауна. Причем между поголовьем и площадью - прямо пропорциональная зависимость. Пользуясь данными дистанционного зондирования, охотовед может также проложить оптимальный зимний путь к местам скопления животных, чтобы подкармливать их в холодное время года. Кстати, человек, впервые применивший эти методы, активно распространял свой опыт и сейчас ДДЗ используются для анализа ареалов обитания зверей в заповедниках и заказниках.
Как спасти лес от бесхозяйственности
Неожиданных приложений появилось много. Из последних проектов хотелось бы особо отметить участие “СканЭкса” в создании карты малонарушенных лесов России в рамках инициативы “Глобальная лесная вахта” (www.globalforestwatch.org). Это колоссальная многоэтапная работа, которая проходит сейчас верификацию. Задача ставилась следующая - необходимо было выяснить, используя покрытие масштаба 1:1 000 000, сколько в России ненарушенных лесных массивов площадью не менее 100 тыс. га (это примерно 30 кв. км). Результаты оказались ошеломляющими: всего несколько процентов территории страны! Этот результат всех буквально потряс: это в нашей-то стране, всегда славившейся своими лесами. Выяснилось, что большие территории девственных зеленых массивов остались в основном на границах субъектов федерации - там, где они вроде как “ничьи” и где к ним трудно подобраться. Подтвердилось также, что непоправимый вред нашим ресурсам наносит бесхозяйственность. Так что мониторинг для России - не прихоть, а насущная необходимость.
Приемная станция “СканЭР”
Не нужен нам берег американский+
Не все, возможно, знают, что недавно американское правительство приняло ряд документов, революционных с точки зрения развития технологий дистанционного зондирования и доступности его результатов. Информация, полученная по результатам зондирования Земли спутником Landsat 7, не стоит потребителям ни копейки. Это первая общегуманитарная программа съемки всего земного шара. Компания “СканЭкс”, как производитель наземного сегмента, разобравшись в сути происходящего, проголосовала за это двумя руками и создала свою библиотеку снимков, полученных с Landsat 7. Заказавший снимок пользователь либо получает его непосредственно в “СканЭксе”, если такой снимок уже есть в библиотеке, либо компания заказывает его в центральном каталоге. Стоимость услуг по доставке 15-метрового панхроматического или 30-метрового шестиканального спектрозонального снимка для российского пользователя составляет 1 рубль за 1 кв. км. Качество съемки при этом великолепное. Уже сейчас передовые округа и регионы имеют полное покрытие своей территории.
По словам г-на Гершензона, предполагалось, что проект будет идти туго, со скрипом и к новому 2001 году в архиве появится не более 30 кадров. Действительность оказалась радужнее, и сейчас в каталоге можно найти снимки, покрывающие 20% территории России. Ожидается, что в нынешнем году полное покрытие для нашей страны будет готово.
Отвечая на вопрос, не является ли проект Landsat 7 прямым конкурентом бизнесу “СканЭкса”, г-н Гершензон сказал: “Есть же малолитражки, грузовики, гоночные автомобили, велосипеды и самосвалы. И все прекрасно друг с другом сосуществуют”. Или - для сравнения - есть люди, которые предпочитают такси, а есть такие, которые хотели бы иметь свой автомобиль. Другими словами, можно купить готовый снимок, а можно - приемную станцию от “СканЭкса”, что очень удобно, потому что это дает возможность самостоятельно получать огромные объемы информации в режиме реального времени.
Нейронные сети и дешифрирование
Компания “СканЭкс” разрабатывает и специализированное ПО для дешифрирования полученных снимков. Выяснилось, что очень важным моментом при интерпретации данных является переход от некоторого избыточного растрового изображения к информационному полю, понятному потребителю - леснику, геологу и т. д. Таким образом, “отсекание лишнего” - это своего рода искусство, автоматизировать этот процесс не всегда удается, а качество дешифрирования зависит от совокупности экспертного знания специалиста, которому к тому же обязательно нужен инструмент, позволяющий работать в режиме интерпретационного диалога.
Снимок Каспийского моря, сделанный космическим аппаратом
“Ресурс-О” N 3 и полученный приемной станцией “СканЭР”
Генеральный директор “СканЭкса” говорит, что специалисты компании столкнулись с тем, что пакеты для обработки изображений ранее обычно делались математиками, исходящими из общих “чистых” соображений. А у дешифровщика, как правило, в голове много гуманитарного. Пакет, разработанный компанией “СканЭкс” для дешифрирования, основан на анализе с помощью нейронных сетей и называется ScanEx NeRIS. Подробнее о нем можно прочитать по адресу: gisnews.icc.ru/art2.html.
Российский космический гражданский сегмент: “+их нет у меня”
“Впервые мы идем к съемочному сезону весны-лета 2001 г., не располагая вообще никакой общеупотребимой гражданской съемочной системой, - сетует г-н Гершензон. - Только что почил российско-украинский “Океан-О”, а “Ресурс-О” N 4 вышел из строя через несколько месяцев после запуска - сразу же по завершении летно-конструкторских испытаний. “Ресурс-О” N 3 - уникальный долгожитель, но он давно не на синхронно-солнечной орбите и передает в “заштатном” диапазоне уже некондиционную по сегодняшним меркам информацию. РФ со всей своей космической мощью вступает в третье тысячелетие, не имея космического гражданского сегмента. Запуск еще на старте морально устаревшего “Метеора-3М”, запланированный на этот год, переносится все дальше и дальше; как идут испытания, мы знаем не понаслышке - это другим словом, кроме как “бардаком”, назвать трудно”. Грустно становится от его слов.
По мнению г-на Гершензона, в последнее время кроме громадных систем и крупных проектов все большей популярностью пользуются микроаппараты, работающие в разных режимах, - таких проектов в Америке насчитывается уже около 100.
Зачем России свои спутники?
Возникает вопрос - какой смысл запускать свои российские спутники, если есть американские, которые с удовольствием продадут снимки чего угодно и с каким угодно разрешением? В принципе, можно жить и так, но тогда нужно признать, что это и есть государственная политика, а сэкономленные деньги направить на другие нужды. Но вдруг настанет время “Ч” и нам все отключат, спрашивают российские военные, и они, конечно, правы. Что такое для Российской Федерации не иметь своей информационной базы, не говоря уже о разведывательных спутниках?
Планы на будущее
“Пока американские спутниковые программы работают для всех, мы рады, что есть кто-то, кто думает об общем деле, - говорит г-н Гершензон. - Мы, производители наземных станций, представляем собой мельницу, на которую льют воду держатели космических средств. Мы бы хотели иметь свой спутник, но понимаем, что это задача для серьезного предприятия, которые, кстати, в России еще существуют. Почему у нас сложилась такая тяжелая ситуация? Я убежден, что единственная причина этого - совокупность неоптимальных технических, организационно-финансовых и политических действий”.
