10 марта в России отмечается День работников геодезии и картографии. Роль этих дисциплин в истории развития цивилизации трудно переоценить, однако теперь, когда поверхность Земли изучена практически полностью, остаются ли они по-прежнему актуальными? Или геодезию и картографию пора оставить в прошлом? Разбираемся
Геодезия и картография существовали на протяжении всей человеческой истории. Люди пытались фиксировать особенности рельефа на схематических изображениях еще в глубокой древности. Некоторые эксперты считают, что самая старая карта датируется еще седьмым тысячелетием до н.э. (предположительное схематическое изображение местности нашли на стене пещеры в районе древнего поселения Чатал-Хююк на территории Турции).
Постепенно карты становились все более совершенными. Так, в Новое время, когда изобрели телескоп и секстант (навигационный инструмент, который определяет, насколько высоко космический объект — чаще всего Солнце — расположен над горизонтом) люди научились фиксировать расположение не только городов, но и более крупных объектов, например морей и континентов.
Результатом этих процессов стало то, что неизученных участков суши практически не осталось: сегодня из атласов и справочников можно запросто получить информацию о том, где находятся залежи полезных ископаемых, о расстоянии между странами и даже об особенностях рельефа той или иной местности. Однако это не значит, что геодезия и картография потеряли прежнюю востребованность: эти дисциплины трансформировались и приобрели совершенно новую, неожиданную форму.
Еще несколько десятилетий назад человеку были доступны только бумажные карты. И хотя по ним можно было ориентироваться, но иногда понять, где именно ты находишься и как попасть в нужное место, бывало нелегко.
Теперь же проблема решается парой кликов по экрану телефона: стоит вбить в навигаторе конечный адрес, как приложение самостоятельно построит кратчайший маршрут и заботливо проведет вас до конца пути. Другими словами, карты перестали быть аналоговыми — теперь они напоминают активный интерфейс для обмена информацией.
Беспрецедентное количество данных, которые необходимы для подобного результата, удалось получить благодаря новейшим геопространственным технологиям. Вот некоторые картографические инструменты, пришедшие на смену линейкам и циркулям.
Аэрофотосъемка
Попытки сфотографировать Землю с воздуха предпринимались еще с тех пор, как появилась возможность фотографировать. Люди крепили камеры к воздушным шарам, воздушным змеям и даже ракетам, чтобы понять, как та или иная местность выглядит с высоты.
Однако допотопные летающие фотоаппараты остались в прошлом: современная аэрофотосъемка опирается на передовые технологии, например вертолеты и беспилотные летательные аппараты (дроны). Все это в сочетании с камерами высокого разрешения обеспечивает специалистов крупномасштабными и последовательными визуальными данными, что значительно упрощает наблюдение за поверхностью и происходящими с ней изменениями.
Специализированные датчики
Сегодня в картографии и геодезии повсеместно применяются датчики, которые реагируют на различные внешние раздражители (звук, свет, изменение температуры или движение), преобразуя их в электрические сигналы. Полученные данные поступают на специальные устройства, которые их расшифровывают, благодаря чему можно постоянно следить за динамическими изменениями суши. Например, с помощью сейсмометра ученые регистрируют колебания, которые создают литосферные плиты во время движения, а с помощью сонаров и их акустического излучения фиксируют различные объекты под водой.
Подобные приборы помогают картографам и геодезистам получать актуальные и труднодоступные для классических систем наблюдения данные, которые можно использовать, чтобы предсказывать природные катаклизмы и составлять высокоточные карты рельефа.
Спутники
Современные картографию и геодезию невозможно представить без космических спутников. Благодаря этим механическим объектам у экспертов есть возможность отслеживать погодные явления, фотографировать Землю из космоса и обеспечивать повсеместную работу виртуальных карт. Именно спутники обеспечивают постоянное согласованное и крупномасштабное обновление информации о состоянии поверхности Земли. Космические устройства увеличили скорость и дальность сбора картографической информации, в результате чего исследования, которые в прошлом занимали месяцы, стали занимать минуты. Благодаря непрерывной спутниковой съемке создаются тысячи карт, которые применяют в сельском хозяйстве, региональном планировании и научных исследованиях. Кроме того, инновационная технология лежит в основе одного из самых амбициозных картографических проектов современности — Google Earth, в рамках которого в интернете были размещены спутниковые (или в некоторых точках аэрофото-) изображения всей земной поверхности.
Системы спутникового позиционирования
Один из главных прорывов, который обеспечили спутники, — системы спутникового позиционирования по типу американского GPS, европейского Galileo и отечественного ГЛОНАСС. В них несколько десятков космических аппаратов объединены в единую сеть — каждый элемент системы постоянно вращается вокруг планеты и передает уникальные сигналы.
Приемники на Земле перехватывают эти сообщения, после чего выполняют так называемую трилатерацию. Это особый метод определения положения геодезических пунктов с помощью измерения расстояния между ними и различными точками с заранее известными координатами (в случае с системами спутникового позиционирования точкой с заданными координатами выступают спутники). Приемник на Земле, например телефон, получает сигналы с орбиты, после чего установленное на мобильное устройство приложение может с точностью до метра определить положение пользователя в пространстве. В результате мы получаем доступную и обширную систему навигации, которой пользуются не только жители городов, но и пилоты, капитаны кораблей и, конечно, картографы и геодезисты.
Датчики, системы спутникового позиционирования и спутники всего лишь собирают данные о состоянии Земли, они не способны обрабатывать полученную информацию и оперировать ей. Эти функции берет на себя ГИС — система, которая собирает, хранит и анализирует сигналы, поступающие с различных геодезических приборов, для их дальнейшей визуализации. Раньше системы ГИС являлись инструментами для высокоуровневого научного анализа: запустить их могли только мощные стационарные компьютеры, поэтому технология не была востребована у пользователей.
Однако с течением времени распространились облачные ГИС-системы, которые, хоть и не способны на глубокий анализ окружающей среды, могут работать с мобильного телефона. Благодаря этому популярность ГИС-систем среди населения возросла, что сделало подобные программы очень востребованными.
Какие возможности открывают новые технологии?
Очевидно, что большинство людей практически ежедневно взаимодействуют с продуктами современной картографии. Каждый раз, когда мы открываем навигатор, чтобы проложить маршрут до нужного места, начинает работать сложнейшая многоуровневая система обмена геодезическими данными.
Однако современные картография и геодезия выходят далеко за пределы обслуживания повседневных нужд людей.
Локационная аналитика
Анализ местоположения, также известный как пространственный интеллект, — одно из главных достижений современных геодезии и картографии. По сути, эта функция позволяет пользователям находить значимые связи в геопространственных данных.
В основе этого подхода лежат системы ГИС: они помогают различным организациям и компаниям принять решение в соответствии с позиционными данными. Благодаря пространственному интеллекту можно оптимизировать некоторые бизнес-процессы и трудозатраты. Например, выбрать самый короткий маршрут грузоперевозки, вызвать на работу количество сотрудников, отвечающее предполагаемой нагрузке, настроить цены доставки, а также разработать точные стратегии расширения бизнеса. Примеры успешных ГИС-проектов — "Яндекс карты" и 2ГИС.
3D-моделирование
Современные технологии позволяют картографам и геодезистам создавать точные 3D-карты и модели той или иной местности. Работает это так: прибор под названием лидар (LiDAR) выпускает лазерный луч, который долетает до нужного объекта, после чего отражается от его поверхности. Исходя из того, сколько времени потребовалось лучам, чтобы вернуться, датчик не только определяет, насколько далеко от него находится тот или иной предмет, но и фиксирует его 3D-изобржение (итоговая картинка напоминает множество точек). Это возможно благодаря тому, что выпускаемый лидаром свет движется во всех направлениях одновременно и как бы делает слепок окружающей среды. Таким образом, можно получить объемную модель абсолютно любой местности: от труднодоступного каньона до многомиллионного
мегаполиса.
Создание карт в режиме реального времени
Облачные ГИС-системы позволяют составлять и адаптировать карты в режиме реального времени. И все благодаря тому, что источником информации для таких систем могут служить любые устройства, у которых есть доступ в интернет.
Другими словами, наши телефоны и компьютеры постоянно генерируют новые карты и обновляют информацию о явлениях, происходящих на определенной территории. Благодаря этой технологии люди знают уровень загруженности на дорогах, понимают, сколько осталось до приезда их такси, и могут делиться своей геопозицией с другими пользователями.
Космическая картография
Без геодезии и картографии невозможно покорение других планет. Все вышеперечисленные методы используются для того, чтобы анализировать особенности рельефа неизведанных объектов Вселенной. Без этого было бы невозможно отправиться на Луну или добиться успешного приземления марсохода. Таким образом, можно с уверенностью сказать, что геодезия и картография — неотъемлемые части космической экспансии людей.
В 2024 году ожидается настоящий компьютерный бум: в эксплуатацию войдут сразу несколько экзафлопсных суперкомпьютеров, которые смогут выполнять один квинтиллион (миллиард миллиардов) вычислений в секунду. Благодаря беспрецедентным вычислительным мощностям этих машин многие области науки ожидает эпоха ренессанса.
Геодезия и картография не исключение. Ведь если вычислительные машины смогут прогнозировать и моделировать последствия глобального потепления и других природных катаклизмов, это означает, что они смогут предсказывать сопутствующие описанным событиям изменения в рельефе. Другими словами, у экспертов в этих областях появится возможность заглянуть в будущее и альтернативную реальность. И кто знает, как далеко заведет ученых их воображение и любознательность? Возможно, специалисты смогут спрогнозировать рельеф новой, подходящей для жизни людей планеты.
Мария Богрянова
Обозрение "Terra & Comp".
