Monitorują pokrywę lodową rzek, zbierają dane dotyczące zapadania się terenu w miastach i na obszarach górniczych, a dla rolników stanowią źródło niezawodnej wiedzy o wielkości planowanych plonów i wilgotności gleby.
Po ponad 61 latach od startu misji pierwszego w historii sztucznego satelity, radzieckiego Sputnika-1, dane pozyskiwane na bieżąco przez tysiące krążących wokół naszej planety urządzeń stają się wszechobecne. Przyjrzyjmy się w jak wielu, często nieoczywistych dziedzinach, na co dzień z nich korzystamy.
Rozwój technologii satelitarnych sprawił, że dysponujemy coraz dokładniejszymi i bardziej aktualnymi zobrazowaniami satelitarnymi. Mówimy o zobrazowaniach, a nie obrazach, czy zdjęciach satelitarnych, ponieważ zamontowane na pokładach satelitów czujniki i sensory robią dziś o wiele więcej niż wykonywanie jedynie zwykłych cyfrowych fotografii. Poza zobrazowaniami w świetle widzialnym, czyli w zakresie naturalnych kolorów widzialnych przez człowieka, dysponujemy także obrazami w podczerwieni, ultrafiolecie czy innych pasmach promieniowania elektromagnetycznego. Takie zobrazowania dostarczają nam różnorodnych informacji, które po odpowiednim komputerowym przetworzeniu mogą być z powodzeniem wykorzystywane przez biznes, rolnictwo i administrację publiczną.
- Bogactwo danych satelitarnych, którego obecnie doświadczamy jest jednocześnie zachwycające i przytłaczające. Możliwości ich wykorzystania są ogromne, a ograniczenie stanowią jedynie ludzka wyobraźnia i możliwości techniczne narzędzi IT – mówi Sławomir Bury z Wrocławskiego Instytutu Zastosowań Informacji Przestrzennej i Sztucznej Inteligencji - Rozległe zasoby muszą iść w parze z wydajnymi mechanizmami odnajdowania i selekcji danych potrzebnych do realizacji pożądanych celów. Inaczej ogromne ilości danych są prawie bezużyteczne. Istotną wartość wnosi tu technologia Semantic Web, która to umożliwia.
Zdaniem eksperta, rozwiązanie problemów typu „wybierz zdjęcia, na których kwitnie rzepak” (przemysł olejowy), lub „wybierz zdjęcia, na których widać wybuch Etny z 2018 roku” (bezpieczeństwo publiczne) wymagało dotąd branżowej wiedzy na wejściu, wiedzy o miejscu i czasie wystąpienia zjawiska, zachmurzeniu, itp., aby dokonać selekcji zobrazowań.
Z zastosowaniem Semantic Web zadania takie zrealizować można za pomocą jednego zapytania samoczynnie sięgającego do rozproszonych repozytoriów. Mając w rezultacie listę zdjęć spełniających kryteria i dostęp do platformy agregującej i pozwalającej na przetwarzanie danych (takiej jak Creodias, stworzonej przez międzynarodowe konsorcjum, na którego czele stanęła polska spółka Creotech Instruments S.A.) można niemal natychmiast rozpocząć pracę na właściwych danych.
Biznes
Nawigacja satelitarna jest dzisiaj tak powszechna, że nagła awaria systemu GPS z pewnością doprowadziłaby do chaosu na skalę globalną. Korzystamy z niej w czasie prywatnych podróży samochodem i podczas pieszych wędrówek, ale korzystają z niej także tysiące aplikacji mobilnych, takich jak na przykład Uber lub Taxify, których główna funkcjonalność powiązana jest z dokładną lokalizacją oraz nawigacją. Dotyczy to także aplikacji wykorzystujących wiedzę o naszej lokalizacji w celach reklamowych. Pomysłów na zarabianie pieniędzy w oparciu o dane satelitarne jest oczywiście znacznie więcej.
Jednym z obszarów wykorzystania danych pozyskiwanych za pomocą satelitów są usługi dla branży nieruchomości i inwestorów. Stworzona przez Creotech oraz Wrocławski Instytut Zastosowań Informacji Przestrzennej i Sztucznej Inteligencji (WIZIPISI) platforma NewMap łączy doświadczenia obu firm w zakresie przetwarzania danych przestrzennych i wykorzystywania technologii opartych na sztucznej inteligencji. Dzięki uwzględnieniu wielu źródeł informacji i danych, można zoptymalizować proces podejmowania decyzji dotyczących obrotu nieruchomościami.
Użytkownicy aplikacji internetowej NewMap mogą w dowolny sposób skonfigurować zakres raportu, jaki otrzymają w ramach usługi. Punktem wyjścia jest wskazanie na mapie działki, której dotyczyć będzie analiza. W kolejnym kroku użytkownik określa, jakie dane go interesują spośród kilkudziesięciu dostępnych zbiorów takich jak: ewidencja gruntów, uzbrojenie terenu, plany zagospodarowania, numeryczny model terenu, dane demograficzne, natężenie ruchu, sieć transportowa, analizy warunków gruntowych oraz hydrologicznych, mapy geologiczne, mapy osuwisk, obiektów górniczych, otworów wiertniczych, formy ochrony przyrody, ewidencja wydanych pozwoleń na budowę, wykazy innych działek w okolicy wystawionych na sprzedaż i wiele innych.
Klient może także zażyczyć sobie bardziej skomplikowanych opracowań obejmujących m.in. wycenę gruntów i nieruchomości, ocenę biegłego rzeczoznawcy, wizję lokalną czy też pomiary deformacji terenu. Usługa NewMap obejmuje również wykonywanie dokładnych fotoplanów i przygotowywanie trójwymiarowych modeli terenu w oparciu o naloty realizowane przez drony.
Po skonfigurowaniu zamówienia klient - deweloper, inwestor lub pośrednik w obrocie nieruchomościami - otrzymuje dostosowany do jego potrzeb kompleksowy raport zawierający informacje, których ręczne pozyskanie wiązałoby się z wieloma wizytami w różnych urzędach, archiwach lub prywatnych firmach. NewMap pozwala więc zaoszczędzić czas i pieniądze oraz zyskać, trudną czasem do oszacowania, przewagę nad konkurencją.
W Polsce rozwijane są również wielowymiarowe usługi łączące zobrazowania satelitarne z danymi w skali mikro, czyli na przykład precyzyjnymi zobrazowaniami pochodzącymi z bezzałogowych systemów latających. Umożliwia to rozwój zaawansowanych usług pozwalających chociażby na precyzyjne monitorowanie szkód górniczych, odkształceń terenu, zdarzeń kryzysowych i innych zachodzących w infrastrukturze lub otoczeniu zmian.
Administracja publiczna
Na poziomie europejskim i w Polsce z bogactwa danych satelitarnych coraz częściej zaczynają korzystać służby publiczne, instytucje centralne oraz samorządy. Narzędzia oparte o wykorzystanie danych satelitarnych pomagają na przykład w kontrolowaniu i monitorowaniu wykorzystywania dotacji rolnych z UE.
- Kontrola i monitorowanie wykorzystania dotacji rolnych na dużych obszarach jest ważnym wyzwaniem dla unijnej administracji – mówi Vasile Craciunescu z rumuńskiej firmy Terrasigna - Ponad 700 000 rolników co roku otrzymuje dostęp do unijnych mechanizmów subsydiowania za pośrednictwem rumuńskiej Agencji ds. Płatności i Interwencji w Rolnictwie (APIA). Terrasigna wykorzystała infrastrukturę Creodias do opracowania innowacyjnej technologii monitorowania, opartej na automatycznym przetwarzaniu otwartych i powszechnie dostępnych danych obserwacji Ziemi do wspierania skutecznej kontroli.
Działanie zostało przeprowadzone w ramach projektu DataBio w oparciu o spójny zestaw wymagań użytkownika oraz system identyfikacji działek rolnych (LPIS) dostarczany przez APIA. Przedstawiciel rumuńskiej firmy zwraca uwagę, że system jest w pełni zgodny z obecnymi inicjatywami europejskimi, koncentrującymi się na zwiększonym wykorzystaniu danych z programu Copernicus w celu monitorowania oraz oceny skuteczności wspólnej unijnej polityki rolnej.
Rozwiązanie zapewnia bardzo szeroki zakres informacji na temat ogólnej dynamiki krajobrazu rolniczego zarówno na poziomie pojedynczych pikseli zobrazowań satelitarnych, jak i konkretnych działek lub całych obszarów rolniczych, dzięki czemu agencje płatnicze, koordynujące europejską politykę rolną, otrzymują do ręki wartościowe narzędzie, pozwalające na uproszczenie procedur kontroli przy znacznej redukcji związanych z nimi wydatków. Celem jest wykrywanie rozbieżności między deklaracjami rolników, a stanem rzeczywistym.
Na polskim podwórku powstało wiele innych ciekawych inicjatyw bazujących na zobrazowaniach satelitarnych. W 2018 roku spółka JSW Innowacje, wspólnie z m.in. dlapilota.pl, FlyTech UAV i Creotech, rozpoczęła prace nad systemem mającym umożliwić kompleksowe zarządzanie ruchem bezzałogowych statków powietrznych. Projekt jest elementem europejskiej koncepcji U-Space, dzięki której w Europie powstać ma infrastruktura umożliwiająca milionom dronów bezpieczne korzystanie z przestrzeni powietrznej. Dzięki aktualnym zobrazowaniom satelitarnym możliwe będzie chociażby aktualizowanie na bieżąco profili terenu oraz map niezbędnych dla bezpiecznego działania systemu.
Docelowo, w celu zapewnienia pełnej funkcjonalności systemu, musimy być w stanie automatycznie wykryć, czy na trasie przelotu nie pojawił się nowy budynek lub słup wysokiego napięcia. Oprogramowanie bazujące na wykorzystaniu danych satelitarnych automatyzuje ten proces i sprawia, że proces aktualizowania może być realizowany na bieżąco, na dowolnie dużym obszarze.
Rolnictwo
Można przywołać wiele przykładów na wykorzystanie danych satelitarnych w rolnictwie, od monitorowania tempa wzrostu roślin i wilgotności gleby, poprzez dobieranie optymalnej ilości nawozów, aż po rozpoznawanie rodzajów upraw oraz przewidywanie wysokości plonów. Przewaga technologii satelitarnych nad zobrazowaniami z samolotów lub dronów polega na tym, że satelity zbierają dane w skali mikro jak i makro z regularną powtarzalnością.
- Dedykowane satelity pojawiają się nad konkretnym miejscem nad powierzchnią Ziemi przynajmniej raz na kilka dni – mówi Krzysztof Mysłakowski z Creotech Instruments S.A. - Dzięki temu koszty jednostkowe korzystania z określonej usługi dla pojedynczego rolnika są znacznie niższe, niż gdyby miał zapewniać sobie taki stały, powietrzny zwiad przy użyciu innych środków technicznych. Oczywiście nie oznacza to, że technologie satelitarne zupełnie podważają sens wykorzystywania dronów. Wręcz przeciwnie! Na świecie, także w Polsce, rozwijane są technologie, które pozwalają połączyć dane z satelitów z danymi wysokorozdzielczymi, co pozwala na pozyskanie dodatkowych informacji i precyzyjniejsze zarządzanie produkcją oraz areałem.
Wiele wskazuje na to, że technologie kosmiczne będą w coraz większym zakresie wkraczały do rolnictwa. Przyczyny są dwie. Po pierwsze, bardzo szybko spadają koszty samych danych satelitarnych i usług opartych na analizie tych danych. Po drugie, wśród użytkowników rośnie świadomość korzyści, jakie może przynieść wykorzystanie zobrazowań satelitarnych, przekładające się na wymierne oszczędności lub przychody. Dodatkowo wysokie zaawansowanie oraz wydajność procesu przetwarzania danych pozawalają na udostępnianie ciągłych usług oferujących, zrozumiałe dla wszystkich i łatwe do zinterpretowania, wyniki analiz.
- Obecną rewolucję należy rozumieć w taki sposób, że automatyzacja szeregu prac pozwala pewne rzeczy zaobserwować, a nawet zmierzyć, a inne przewidzieć i oszacować – mówi Bernard Stępień z Creotech Instruments S.A. – Dzięki usługom satelitarnym wiele zadań, które kiedyś trzeba było wykonywać ręcznie, na przykład przy użyciu pracowników przemierzających hektary upraw w celu kontroli wzrostu roślin i oceny gotowości do zbiorów, można w znacznej części zautomatyzować. Niesie to za sobą wymierne oszczędności. A im większe gospodarstwo, tym większe korzyści. Kolejne przykłady to chociażby możliwość automatycznego przewidywania ilości opadów, liczby dni słonecznych w roku, skuteczności nawadniania lub nawożenia, szacowania masy zbiorów i pozyskiwania innych informacji, cennych szczególnie dla tych rolników, którzy świadomie inwestują w nowe areały, zmieniają profil upraw czy też po prostu planują budżet.
Szczególnie istotne z punktu widzenia hodowców oraz przedsiębiorców prowadzących uprawy roślin jest zdolność do prognozowania i reagowania na niedobory wody. Jak tłumaczy Martyna Gatkowska, zastępca kierownika Centrum Teledetekcji Instytutu Geodezji i Kartografii, susza jest zjawiskiem bardzo złożonym, na które wpływ ma wiele różnorodnych czynników, takich jak warunki meteorologiczne, typ gleby oraz jej uwilgotnienie, czy też gatunek lub odmiana upraw. Z tego powodu precyzyjne monitorowanie suszy w skali całego kraju jest przedsięwzięciem niezwykle złożonym.
W 1997 roku specjaliści Centrum Teledetekcji Instytutu Geodezji i Kartografii rozpoczęli prace nad budową Satelitarnego Systemu Monitorowania Suszy w Polsce. Zaletą zastosowania danych satelitarnych jest w tym przypadku możliwość pozyskiwania informacji o kondycji upraw oraz warunkach termiczno-wilgotnościowych dla każdego pola rolniczego w obrębie całego kraju z dużą częstotliwością.
- Satelity, dzięki rejestracji widma elektromagnetycznego, niewidocznego dla oka ludzkiego, pozwalają na odczytywanie informacji o aktualnym stanie upraw oraz wykrywanie stresu termicznego roślin znacznie szybciej niż jakiekolwiek inne receptory – mówi Martyna Gatkowska z IGIK - W porównaniu z metodami pobierającymi dane punktowe, System Satelitarny Monitorowania Suszy w Polsce oferuje znacznie większą efektywność. Dane satelitarne mogą być dodatkowo łączone z danymi pochodzącymi z innych źródeł (dane meteorologiczne czy glebowe), dzięki czemu uzyskane wyniki są jeszcze dokładniejsze.
Aktualna wersja Systemu, poza 20-letnią bazą danych o warunkach suszy rolniczej w obrębie całego kraju, zawiera informacje o warunkach kondycji upraw uzyskiwane dzięki misji satelitarnej Komisji Europejskiej i Europejskiej Agencji Kosmicznej – Sentinel 2 (w ramach Programu ds. Obserwacji Ziemi Copernicus). Dane te zapewniają możliwość monitorowania zjawiska suszy na wszystkich poziomach: od pojedynczego pola, przez jednostki administracyjne na szczeblu gmin i powiatów aż po obszar całego kraju.
- Satelitarny System Monitorowania Suszy opracowany przez Instytut Geodezji i Kartografii, dzięki zastosowaniu synergii danych meteorologicznych i satelitarnych, w sposób kompleksowy pozwala na monitorowanie skutków wpływu suszy na plony upraw. Od kilku lat korzysta z tego systemu Główny Urząd Statystyczny. Kompleksowość systemu oraz jego dokładność została już doceniona przez wielu rolników i zdobywa coraz większe zainteresowanie agencji wykonawczych Ministerstwa Rolnictwa - mówi prof. Katarzyna Dąbrowska-Zielińska, kierownik Centrum Teledetekcji Instytutu Geodezji i Kartografii.
Co ważne, korzystanie z danych satelitarnych w rolnictwie z punktu widzenia końcowego użytkownika nie wiąże się z koniecznością inwestowania w oprogramowanie czy też w komputerową infrastrukturę. Jedną z niewątpliwych zalet nowoczesnych rozwiązań jest możliwość świadczenia usług za pośrednictwem Internetu. Rolnik otrzymuje po prostu dostęp do zaawansowanej usługi chmurowej, z której korzysta za pomocą domowego komputera lub urządzeń mobilnych. W przypadku tego typu rozwiązań od użytkownika nie jest wymagana praktycznie żadna wiedza specjalistyczna.
Nowe horyzonty
Komisja Europejska ogłosiła 16.10.18 kolejne konkursy w obszarze Przestrzeń kosmiczna w Programie Horyzont 2020. W dotychczasowych konkursach 29 polskich instytucji naukowych i przedsiębiorstw pozyskało ponad 21 mln złotych. W ramach programu realizowane są obecnie 32 projekty dotyczące technologii kosmicznych (również związanych z Obserwacją Ziemi – Earth Observation) .
- Budżet ogłoszonych konkursów na rok 2019 przekracza 121 mln euro. Termin składania wniosków projektów przypada na 5 lub 12 marca 2019, w zależności od zagadnienia – mówi dr Piotr Świerczyński, kierownik Biura Socio&Tech w Krajowym Punkcie Kontaktowym Programów Badawczych UE, działającym w ramach Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN. - W ramach otwartych konkursów można składać wnioski projektowe dotyczące m.in. obserwacji Ziemi z wykorzystaniem programu Copernicus, technologii na rzecz niezależności i konkurencyjności Europejskiego sektora kosmicznego, pogody kosmicznej oraz aplikacje i usług związanych z Europejskim Systemem Nawigacji Satelitarnej (EGNSS/Galileo).
Komisja Europejska przygotowała propozycję do nowego programu ramowego – Horyzont Europa, w ramach którego przewidziano obszar „Przestrzeń kosmiczna” i nowe możliwości finansowania innowacyjnych rozwiązań w tym obszarze tematycznym. Nowy program rozpocznie się już w 2021 roku.