Завкафедрой картографии и геоинформатики рассказал об инновационных направлениях деятельности геоинформационного кластера ПГНИУ.
«Вся информация, которая нас окружает, имеет вполне определённые координаты. Это и результат работы GPS-навигатора, и форма вашего земельного участка, и снимки Земли из космоса. Все эти пространственные данные могут быть обработаны с помощью специально созданных геоинформационных систем», — поясняют специалисты кафедры картографии и геоинформатики, подчёркивая, что такая информация в комплексе позволяет решать самый широкий спектр как прикладных, так и фундаментальных задач.
Кафедра была создана в мае 2012 года и сегодня уже является одним из ведущих претендентов на научные гранты.
— Сергей Васильевич, одним из важных структурных подразделений геоинформационного кластера университета является Центр космического мониторинга. Какие задачи он решает?
— Центр космического мониторинга (ЦКМ) был создан в университете как одно из структурных подразделений ГИС-центра. Сегодня он принимает данные с восьми типов спутников. При финансовой поддержке гранта национального исследовательского университета были приобретены две антенны приёма спутниковых данных.
Первая — «Алиса-СК» — принимает гидрометеорологическую информацию в низком разрешении. С её помощью мы можем проводить мониторинг Земли из космоса, охватывая территории от Новой Земли до Тегерана, от Парижа до Прибайкалья. Информация на неё поступает с трёх типов спутников — китайского, европейского и американского — и принимается десятки раз в сутки. Она предназначена для фиксации движения масс атмосферного воздуха, крупных лесных пожаров и техногенных катастроф, процессов снеготаяния.
Вторая антенна принимает сигналы среднего, высокого и сверхвысокого разрешения с пяти разных типов спутников, в том числе и российских. На её основе базируются все наши основные научные и прикладные задачи.
Надо отметить, что ПГНИУ благодаря партнёрам из Роскосмоса одним из первых среди отечественных вузов получил доступ к результатам космической деятельности российских спутников («Канопус», «Ресурс» и «Метеор»).
В своё время центр стал своего рода оператором краевого правительства по приёму и обработке данных российских космических спутников. Наши специалисты выступают в качестве экспертов при анализе полученной разновременной информации, в том числе правового характера.
В настоящее время, в зависимости от поставленной перед нами задачи, центр может производить съёмку из космоса с детализацией до одного метра на огромной территории. Мы уже выполняли подобные работы по заказу ряда фирм на границах РФ, делали съёмку Сочи ещё до начала Олимпиады. В настоящее время мы имеем космические снимки всех крупных и наиболее значимых объектов, расположенных на территории Прикамья.
Другими словами, задачи, которые мы решаем, касаются не только внутриуниверситетской научной деятельности. Прежде всего наши сотрудники ведут прикладную работу в интересах Пермского края, да и России в целом. Огромный массив ежедневно получаемых данных накапливается и может быть востребован в любой момент любой организацией.
— Где концентрируется эта информация?
— Наша работа встроена в систему информационных потоков и ресурсов университета. Прежде всего речь идёт об университетском суперкомпьютере и DATA-центре, где хранятся десятки терабайт пространственной информации. Она структурирована, упорядочена и позволяет получить прямой доступ к снимкам многолетней давности.
Использование возможностей суперкомпьютера прежде всего связано с обработкой метеорологических данных, с природными явлениями, в том числе опасными.
— Кто является для вас потребителем и заказчиком?
— Основным заказчиком всегда было краевое правительство, в том числе министерство природных ресурсов, лесного хозяйства и экологии, в своё время министерство общественной безопасности, министерство сельского хозяйства и продовольствия. Мы сотрудничали также с министерством территориального развития, министерством имущественных отношений. Кроме того, нашими данными пользуются федеральные представительства и структуры, к примеру органы МЧС, земельная кадастровая палата.
Более того, на территории края нет ни одного муниципального образования, с которым мы хотя бы раз не заключили контракт. Мы много сделали для них в плане информационного обеспечения территориального планирования.
Основные современные направления нашей практической деятельности — организация мониторинга лесных и водных ресурсов, а также задачи, примыкающие к общественной безопасности. Например, совместный проект с Республикой Коми по созданию трансграничной информационной системы лесной противопожарной безопасности. Мы поместили в этот ресурс картографические материалы высокого разрешения, самую актуальную тематическую информацию, данные о лесных пожарах за несколько лет. Не говоря уже о том, что в нём представлены границы земель лесного фонда и все арендаторы. Это колоссальный информационный пласт, накопленный за десяток лет.
Однако мы решаем не только прикладные задачи, но и фундаментальные. На протяжении 15 лет сотрудники являются грантодержателями Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), фактически ежегодно выполняя за средства фонда такие актуальные работы, как организация мониторинга прохождения паводков и половодий, разработка моделей процессов снеготаяния, определение зон затопления.
Эти задачи рассматриваются на примере территории Пермского края. Сегодня многим пермякам известен наш интернет-ресурс «Опасные природные явления Пермского края». Он как раз является примером, когда научные идеи реализованы в практическую плоскость.
— Пользуется ли вашими услугами бизнес?
— Если лет пять назад бизнес-структур среди наших партнёров было немного, то сейчас можно смело утверждать, что мы себя коммерциализовали именно с помощью таких предприятий. Это «Соликамскбумпром», «Капитал-3», «Красный Октябрь», ряд других лесопользователей.
Мы одни из первых в России, используя открытые данные низкого и среднего разрешения, можем говорить о месте возможных подтоплений не только на территории Прикамья, но и, скажем, всего Приволжского федерального округа. Таким образом, появляется дополнительная возможность предупреждения не только противопаводковых комиссий о потенциальных опасностях, но и крупных предприятий. Для Пермского края мониторинг организован более чем на 60 объектах.
Мы можем оценить последствия опасных метеорологических явлений, например ураганов. Создана карта Кочёвского лесничества, на которой обозначен потерянный лесной фонд. Сотни гектаров поваленных деревьев, которые впоследствии, если не принять меры, могут превратиться в рассадник болезней и вредных насекомых, уничтожающих здоровый лес. А это сотни миллионов рублей потерь. Важно знать об этом и своевременно предупредить заинтересованные структуры.
Для ОАО «Соликамскбумпром» создана корпоративная геоинформационная система «Лесные ресурсы», где представлена полная картина лесных запасов, вплоть до отдельной делянки. Современные технологии способны определить типы и состояние растительности, последствия крупных лесных пожаров. В том числе отсюда руководству комбината поступает комплексная информация для сценариев экономического развития предприятия.
Большинство спутников работает в режиме постоянного сканирования. Однако при необходимости заказчик сам может определить время и место съёмки интересующей территории. Стоимость такой услуги будет, правда, немного выше.
Сейчас идёт подготовка ещё одного гранта, основанного на понятии open big data, или, говоря другими словами, использования большого массива открытых источников для одномоментной оценки состояния территории. В наших планах — решение ряда задач гидрометеорологической направленности на территории европейской части России.
— А как быть с секретностью? Ещё недавно такая информация была строго ограничена…
— На недавнем совещании в Роскосмосе, где мы принимали участие, было сообщено, что правительством РФ приняты прорывные решения в развитии сферы использования спутниковой информации.
По сути, сняты все ограничения на приём и обработку любых данных дистанционного зондирования Земли в любой точке РФ. Если раньше на получение снимков и работу с ними требовалось разрешение, а работы должны были вестись только в строго ограниченных условиях, то сейчас это не так.
С января текущего года ряд процедурных требований существенно упрощён.
— Университет имеет лицензию на картографическую деятельность. Какие новые технологии применяются в этой сфере?
— Съёмка с помощью беспилотных летательных аппаратов. Эту технологию мы освоили недавно. Причём это может быть не просто изображение, получаемое в результате аэрофотосъёмки, а трёхмерная модель местности.
Мы опробовали технологию на примере города Чердыни, который снимали с воздуха в течение двух дней с разрешением до 5 см (по высоте — 15 см). В результате получили трёхмерную модель не только рельефа, но и памятников исторического наследия. Такой мощный ресурс постараемся применить для создания и публикации геопортала историко-культурного наследия Пермского края.
Совместно с коллегами историко-политологического факультета ПГНИУ выигран грант Российского гуманитарного научного фонда на проведение научного исследования.
Для нас в этом гранте важно не столько финансирование, сколько возможности проведения междисциплинарных исследований. Моё полное убеждение, что ближайшее развитие научной деятельности будет состоять в междисциплинарном взаимодействии.
На прошедшей конференции Ассоциации «История и компьютер» представители пермской исторической информатики показали себя с самой лучшей стороны и были «впереди планеты всей».
— Ваша кафедра в вузе имеет репутацию одной из самых инновационных. Для этого есть основания?
— Только за последние полгода инициировано семь различных инновационных проектов в сфере использования результатов дистанционного мониторинга в различных отраслях. Это и использование геоинформационных технологий в лесном хозяйстве, и гидрометеорологические прогнозы, и оценка последствий опасных природных явлений.
Проект Андрея Шихова получил грантовую поддержку по программе «УМНИК» от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Тема этого гранта — картографирование опасных гидрометеорологических явлений в оперативном режиме, что позволяет получить прогноз в электронном картографическом виде за несколько часов до возможной негативной ситуации.
Международный проект «Разработка автоматизированной технологии проведения лесоустроительных работ на основе комплексирования данных космической съёмки и воздушного лазерного сканирования», выполняемый международной исследовательской группой учёных ПГНИУ и Университета Восточной Финляндии (руководитель — профессор Матти Малтамо), получил грант Министерства образования и науки Пермского края.
В стадии рассмотрения находятся ещё четыре заявки.
— Можно конкретизировать суть совместного проекта с финскими партнёрами?
— Фактически речь идёт о минимизации финансовых затрат при проведении полевых работ, повышении качества и объективности оценки состояния лесных ресурсов и переводе проведения лесоустроительных работ в полуавтоматический режим.
Например, вся территория Финляндии уже покрыта воздушным лазерным сканированием, что позволяет им на национальном уровне проводить лесоустроительные работы в автоматическом режиме по единым правилам и требованиям. Мы эту технологию пытаемся перенести на российский рынок с учётом российских нормативно-правовых регламентов, принятых в лесной отрасли.
Таким образом, цель международной группы — получить практические алгоритмы внедрения технологии в российскую практику. Для осуществления задуманного формируем интерес у потенциальных заказчиков с целью выйти на создание частно-государственного партнёрства. Например, средняя стоимость проведения таксации по первому разряду 1 га традиционным способом составляет до 300 руб. Лидарные (лазерные) технологии на больших объёмах снижают стоимость до 100 руб. При этом заказчик получает не только описание лесов, но и картину всей рассматриваемой поверхности: зданий, сооружений, коммуникаций, нефтепроводов и газопроводов, то есть всей наземной инфраструктуры.
Уверен, что создание международной исследовательской группы при поддержке краевого министерства образования поможет решить эту прорывную задачу. При этом уже сейчас появились новые направления, новые идеи и «ниточки», которые надо «подёргать» и обсудить.
В начале лета 2015 года нашим молодым сотрудникам вместе с финнами удалось провести тренинги на территории Пермского университета и Половодовского лесничества (Соликамский район) по обработке лидарных данных. Составлена «дорожная карта» проведения всего комплекса работ на ближайшую перспективу. В планах — рекомендации по разработке нормативно-правовой базы, новых регламентов федерального и регионального уровней. Есть идеи, связанные с использованием данных дистанционного зондирования Земли и воздушного лазерного сканирования.
Надеемся, что наши инициативы будут поддержаны в 2016—2017 годах. Научные результаты работы, статьи публикуются в высокорейтинговых журналах из списка Scopus и Web of Science.
— Какие ещё проекты обсуждаются на перспективу?
— Животрепещущая тема — создание для Пермского края единого веб-картографического сервиса. К сожалению, мы существенно отстали в этом от других регионов РФ. Отсутствие подобного официального ресурса существенно замедляет процессы принятия управленческих решений по развитию территории Пермского края, увеличивает риски для потенциальных инвесторов, приводит к отсутствию единых правил. Первейшая тема для пермяков, к решению которой мы готовы.
Осваиваем систему высокоточного позиционирования. С использованием специализированных устройств приёма координат, так называемых роверов, можно получить ошибку до нескольких десятков сантиметров в режиме реального времени, а в режиме постобработки ошибка может составлять всего несколько сантиметров (например, GPS-навигатор позиционирует объекты с ошибкой 5 м).
В рамках реализации этого проекта на территории края размещаются несколько базовых станций. Находясь в треугольнике, образованном тремя базовыми станциями, можно с высокой точностью определить своё местоположение. И это задачи не только географического значения, они ближе к инженерной тематике. Если говорить о практическом применении, то сочетание высокоточной навигации с космическими данными даёт не только более высокую точность, но и существенно экономит время.
Есть большой проект совместно с кафедрой метеорологии и охраны атмосферы, связанный с использованием доплеровского радиолокатора. Чтобы прогнозы опасных метеорологических явлений были наиболее достоверны, университет приобрёл в прошлом году радарную мобильную установку. Она может перемещаться в любую точку края и в радиусе 100 км фиксировать, что из себя представляет тот или иной атмосферный фронт, может ли он вызвать природные катаклизмы. Объединение и комплексирование данных дистанционного зондирования Земли, радарных данных и наземных наблюдений на единой картографической основе дают наиболее полное видение сценария развития ситуации.
Есть ещё одно важное направление нашей деятельности — образование. Нам удалось в короткий срок создать полный цикл высшего профессионального геоинформационного образования на Урале. Перед абитуриентом открываются все возможности для получения качественных знаний сначала на бакалаврском, а затем на магистерском и аспирантском уровнях.
Уверен, в ближайшие два—три года появится необходимость в открытии нового образовательного направления — «Геодезия и дистанционное зондирование» и оно будет востребовано так же, как направление «Картография и геоинформатика». Наши совместные наработки с коллегами в этом направлении ведутся, и недалеко то время, когда будущим абитуриентам оно будет представлено в стенах ПГНИУ.
