Высокодетальная геоинформация и шпионские страсти, или как Microsoft сделала свою "терру"

Архив

   Цена геоинформации
   Естественная привязка предметов окружающего мира к месту и времени делает понятие "геопространственная информация" одним из ключевых в области информационных технологий. Надо понимать, однако, что совокупности геопространственных данных достаточно трудны в добывании и сложны в использовании вследствие, в первую очередь, большого объема. Поэтому для сбора и обработки геопространственной информации (ГПИ) применяется специализированный инструментарий - геоинформационные системы (ГИС), а в качестве основного источника данных - аэрокосмические изображения земной поверхности.


Рис. 1.
Вид Эйфелевой башни сверху.

   Некогда, будучи исключительной привилегией разведывательных сообществ Союза и Штатов, изображения с высоким разрешением, на которых можно различить объекты размером менее нескольких метров (см. рис. 1), только несколько лет назад впервые появились в открытой продаже, ознаменовав тем самым начало формирования коммерческого рынка высокодетальной ГПИ. Для производителей таких данных открылись широкие области приложений: планирование и анализ городского хозяйства, оценка недвижимости, управление транспортными сетями, контроль землепользования, оценка последствий стихийных бедствий, прокладка туристических маршрутов и т. д. Вместе с тем осталось и традиционное использование ГПИ - военная разведка и картографирование территорий. И не только в интересах руководства стран, владеющих финансовыми средствами, но не имеющих собственных спутников-шпионов, - американские военные также планируют пользоваться услугами коммерческих спутников наблюдения. Изображения из космоса готовы прижиться и в быту, для чисто эстетических целей, - фотография своего поместья, загородного дома или любимого места отдыха, помещенная в рамочку, станет оригинальным украшением и гостиной, и рабочего кабинета...

   Высокодетальная ГПИ и достижения современных ГИС выпестовали новые направления компьютерных и телекоммуникационных технологий: построение трехмерных изображений и моделей местности (DEM-технологии), фотокарт, разработка приложений с использованием GPS-технологий (приемник спутниковой навигационной системы, подключенный к компьютеру), создание серверов пространственных данных (SDE-технологии), ландшафтов виртуальных реальностей и т. д. Современные тенденции позволяют сделать предположение, что геопространственные данные лягут в основу большинства информационных технологий XXI века.

   Сегодня же на молодом рынке высокодетальной ГПИ приоритетным направлением является реализация проектов, связанных с космической съемкой высокого разрешения. И здесь, надо сказать, отечественный товар занимает одно из ведущих мест. Ассоциация "Совинформспутник" (www.sovinformsputnik.com) в рамках проекта Spin-2 (www.spin-2.com) поставляет на мировой рынок космические изображения с разрешением два метра. Правда, товар несколько "сыроват" (продаем в основном необработанные космические снимки), однако отрадно видеть родное отечество в авангарде высоких технологий.

   В ближайшее время конкуренция на рынке должна обостриться: целый ряд компаний, таких как Space Imaging, EarthWatch Inc., Orbital Imaging Corp., одновременно разрабатывают и запускают (пока, правда, неудачно) спутники наблюдения, обеспечивающие разрешение до 1 м. Учитывая высокую финансовую емкость подобных проектов, компания, которая первой получит желаемые результаты, надеется привлечь к себе средства основных крупных потребителей. Бороться есть за что. Специалисты утверждают, что рынок космических изображений высокого разрешения может составлять миллиарды долларов ежегодно, а это сравнимо, например, с емкостью рынка предоставления услуг на космические запуски.

   Учитывая, что стоимость картографической информации, созданной по космическим снимкам (продукт), на порядок выше стоимости самих снимков (сырье), их владельцы кооперируются с ведущими держателями ГИС-технологий в целях реализации преимущественно готовых геоинформационных продуктов, всевозможных электронных и печатных атласов и карт, моделей местности и т. д.


Рис. 2.
Пример системы с ГПИ.

   Вместе с тем, участники рынка осознают, что в борьбе за клиента нужен выход к массовой аудитории с доступными и нужными ей информационными продуктами. И здесь происходит интеграция приложений ГИС среднего класса c технологиями Internet/intranet на основе ГПИ высокого разрешения. Активно развиваются системы типа "Геоинформация + Базы данных + Интернет", обеспечивающие оперативный доступ удаленных пользователей к геопространственным данным, в том числе и космическим изображениям. Такие системы строятся как развернутый каталог данных с возможностью предварительного обзора снимка и развитой системой поиска, включающей возможности построения самых разнообразных запросов, в том числе в геопространственном интерфейсе (см. рис. 2). Таким образом организованы каталоги Spot Image (www.spot.com/spot/home/sirius/welcome.htm), Carterra (origin.eosat.com), EiNet (www.eurimage.it/einet/einet_home.shtml). Наиболее продвинутой до недавнего времени была система ImageNet (www.imagenet.com), созданная компанией Core Software Technology и представляющая собой распределенный каталог космических изображений, полученных с большинства известных спутников, в том числе и российских, а также с рассекреченных спутников-шпионов США 60-х годов.

   Явление TerraServer
   Появление на этом рынке вездесущей Microsoft, с одной стороны, вновь показало острый нюх ее руководителей, а с другой, - ненасытную жажду прославления себя, великой. Заключив договоры с Aerial Images Inc., которая покупает российские космические снимки, Kodak Earth Imaging и Digital Equipment, они за шесть месяцев соорудили банк данных, представляющий собой всемирный электронный общедоступный атлас изображений поверхности Земли с разрешением 2 метра, который назвали TerraServer (terraserver.microsoft.com).

   Атлас представляет собой грандиозное строение: огромная база данных, содержащая свыше 180 млн. оцифрованных фотоснимков земной поверхности, полученных с американских самолетов и российских спутников, имеет общий объем немногим менее одного терабайта. Все это обеспечивается внушительным "железом": Digital AlphaServer 8400 с восемью 400-мегагерцовыми 64-разрядными процессорами и дисковой подсистемой StorageWorks - 324 диска по 4 Гбайт общим объемом 1,2 Тбайт. Windows NT и SQL-сервер обеспечивают поддержание системы и выполнение запросов. Подключены карты и географический справочник MS Encarta. Банк данных оперативно обрабатывает запросы до 4 млн. пользователей в сутки.

   TerraServer, по мнению создателей, имеет больше данных, чем все HTML-страницы в Интернете. Площадь территории, покрытой снимками, приближается к 5 миллионам кв. км в масштабе 1:5000. По подсчетам авторов проекта, печатная копия такого атласа имела бы 3684 тома in folio.

   С самого начала реализации проект вызвал широкий общественный резонанс. Информационные сообщения пестрили звучными заголовками: "Фотографии российского спутника-шпиона будут опубликованы в Internet", "Microsoft предлагает фотоснимки с русских спутников-шпионов", "Созданная в России аппаратура позволяет узнать о любой стране больше, чем знает ее собственное правительство", "TerraServer - находка для шпионов" и т. п.

   Иной читатель, ограничившись исследованием заголовков, мог бы воскликнуть, что, мол, опять продают Россию по дешевке - уже военные разведывательные спутники пошли по рукам. Однако, ознакомившись с материалами проекта Spin-2 (www.spin-2.com/paper3.html), он поймет, что шумные заголовки - это обычная в подобных случаях журналистская риторика. По утверждению представителей "Совинформспутника", основной добытчик детальных изображений камера высокого разрешения КВР-1000 установлена на топографическом спутнике "Комета", предназначенном для получения снимков в целях картографирования территорий и никакого отношения к разведке не имеющем. Камера довольно стара - была разработана лет двадцать назад - и рассекречена в начале 90-х годов.

   Путешествие по просторам Земли с TerraServer'ом поистине увлекательно. Трудно отказать себе в удовольствии с высоты птичьего полета обозреть интереснейшие места Земли в масштабе от шестнадцати до полутора метров на пиксел изображения. Фотографии египетских пирамид и гималайских вершин, Пентагона, статуи Свободы, древностей Рима и Иерусалима грузятся вполне приемлемо даже на скорости 14,4.

   Романтические чувства создателей предвкушают рождение новой географии (правда, для того чтобы это ощутить, нужна, как минимум, выделенная линия). Прагматические решения больше касаются рекламы и популярности - прибыль от продажи фотоотпечатков и файлов изображений, кажется, здесь не существенна. В этом отношении проект, безусловно, удачен: в первые дни трафик превышал все возможные ожидания, в сутки к серверу обращались до 8 млн. посетителей. Интересный штрих: "Совинформспутник" на сайте упоминается лишь в малозаметной строчке копирайта.

   Такая вот география.

   Находка для шпионов?
   Сразу же после презентации TerraServer'а в разведывательном сообществе США и органах национальной безопасности заговорили об ущербе национальным интересам. Ведь почти 50 процентов всего объема данных - изображение территории Штатов. По сообщениям американских экспертов, когда был открыт общий доступ к аэрокосмическим снимкам, банк данных включал в себя изображения американских стратегических объектов, среди которых: президентский бункер в Кемп-Дэвиде и подземный комплекс Федерального агентства по управлению чрезвычайными ситуациями, предназначенные для укрытия руководства страны в случае чрезвычайной ситуации, учебный комплекс Оперативного штаба ЦРУ и другие. Обеспокоенные чиновники и поныне оказывают на разработчиков давление, требуя изъять из базы данных авиационные и космические снимки некоторых стратегических объектов. Они считают, что этими данными могут воспользоваться террористы из неблагонадежных, с точки зрения Америки, стран.


Рис. 3.
Снимок Москвы.Пример системы с ГПИ.

   Из всей территории России в банке данных есть лишь снимок Москвы (рис. 3), датируемый 1992 годом. Говорят, что разрешение органов безопасности на эту публикацию удалось получить с немалым трудом. Так что увидит ли кто в России крыши своих домов, кроме москвичей, сказать трудно. Российские органы оказываются бдительнее американских.

   Надо сказать, что любопытства достойны не только сами "картинки", но и атрибутивная информация, сопровождающая изображения. Удивительно, но мало кто заметил, что даты получения некоторых снимков не попадают в интервал времени полета ни одного из спутников серии "Комета" (даты всех запусков и посадок опубликованы в журнале "Новости космонавтики" ї12 за 1998 год, стр. 46), хотя, по утверждению создателей TerraServer'а, все космические снимки были сделаны камерой КВР-1000.

   Предположим, что даты съемок соответствуют действительности, тогда, воспользовавшись богатыми ресурсами Интернета, несложно будет определить тот спутник наблюдения, который мог бы провести такую съемку. Справиться с этой задачей не составит большого труда даже тому, чьи знания о космонавтике ограничиваются сведениями из филателии, пары популярных книжек или новостей от "Инфоарта" (www.infoart.ru/tech/ index.htm).

   Отберем из базы TerraServer'a в качестве исходных данных информацию по нескольким снимкам - это первые три столбца представленной таблицы. Из материалов бюллетеня "Jonathan's Space Report" (hea-www.harvard.edu/~jcm/space/jsr/jsr.html), в которых ведется хронология всех запусков космических аппаратов с их наименованиями и характеристиками, выберем для каждого снимка такой спутник наблюдения, ближайший по времени запуск которого уже состоялся (четвертый столбец таблицы).

   Для проверки того факта, был ли в заданное время на орбите предполагаемый спутник, а также проходил ли он над заданной местностью, необходимо знание элементов орбиты спутника (называемых еще TLE - two line elements) на день, ближайший к моменту съемки, а также наличие программы, позволяющей прогнозировать и визуализировать его движение. Архивные данные о TLE найти не трудно (например, ftp://seds.lpl.arizona.edu/pub/sat/). Программ визуализации в Сети тоже достаточно много - от довольно простых и наглядных типа Home Planet (www.fourmilab.ch/homeplanet/homeplanet.html), предназначенной в первую очередь для любительских астрономических наблюдений и слежений за космическими объектами, до более профессиональных типа Satellite Tool Kit (www.stk.com).


Рис. 4.
Пример карты с трассами полета спутников, местом съемки и снимком.

   Полученные в процессе моделирования результаты в целом подтверждают соответствие расчетных данных о времени и месте съемки, наименовании спутника и параметрах его орбиты приведенным в таблице (см. рис. 4).

   Чтобы определить назначение спутников, вновь обратимся к журналу "Новости космонавтики" (ї14 за 1998 год, стр. 12), где сообщается, что, например, "Космос-2331" является военным "аппаратом детальной фоторазведки", то есть самым что ни на есть спутником-шпионом. Напрашивающийся вопрос о том, как попали к Microsoft эти, наверное, секретные снимки, оставим без ответа. Упомянем лишь, что в каталоге ImageNet (www.imagenet.com) среди перечня изображений, полученных камерой КВР-1000, никаких данных о рассматриваемых здесь снимках не имеется.

   Так что же мы видим? Технические огрехи при разработке проекта или "коварные замыслы тайных агентов"?..

   Особенности национальной безопасности
   В настоящее время особенно четко проявляется двойственное значение детальной геопространственной информации. Чувствительность к вопросам национальной безопасности, с одной стороны, и высокий коммерческий потенциал, с другой, делают политику соблюдения равновесия интересов бизнеса и безопасности в создании и продвижении ГПИ-технологий поистине филигранным искусством. И путь этот очевидно труден.

   По этому поводу приведем лишь несколько выдержек из сообщений прессы.

   "Американские эксперты обеспокоены тем, что коммерциализация космоса влечет за собой угрозу национальной безопасности". Интересно, обеспокоены ли этим российские эксперты?

   "Коммерческая космическая индустрия расцвела так быстро, что американские военные сразу же попали под значительную зависимость от нее". Не попали бы российские военные в такую же зависимость при месячном жаловании, эквивалентном немногим более 50 долларов.

   "Нельзя остановить то, что уже вышло на рынок, но если что-то еще не на рынке, то мы не можем допустить, чтобы американцы отдали это кому-то другому", - заявляет заокеанский конгрессмен. Завоевание рынков - не есть ли стратегическая задача и России? И в этом отношении нельзя не пожалеть, что, продавая "сырые" космические снимки, мы собственными силами взращиваем массу конкурентов там, где пока сами еще младенцы, - на мировом рынке геоинформационных продуктов и услуг, основанных на высокодетальных геопространственных данных.

Место съемки	Дата и время съемки	Широта и долгота места	Дата запуска, международный номер, название спутника	Данные по орбитам
41km East of Tripoli, Lebanon	01 Sep 1994 12:00:00 PM GMT	34.38231337 36.11215749	Jul 20 1994-042 Kosmos-2283 Kobal't Aug 26 1994-053A Kosmos-2290 Orlets	TLE от 28.08.94   TLE от 1.09.94
20km West of Klagenfurt, Karnten, Osterreich	12 May 1995 12:00 PM GMT	46.65227668 13.93765305	Mar 22 1995-014A Kosmos-2311 Kobal't	TLE от 4.05.95
Paradise Valley, Arizona, United States	18 Apr 1996 12:00:00 PM GMT	33.63317700 -112.06908800	Mar 14 1996-016A Kosmos-2331 Kobal't	TLE от 18.04.96
Jerusalem, Israel	01 May 1997 12:00 PM GMT	31.81254516 35.28764238	Найти не удалось
Kathmandu, Nepal	05 Feb 1998 5:32:00 AM GMT	27.75332100 85.26482900	Dec 15 1997-080A Kosmos-2348 Kobal't	TLE от 5.02.98