Keystone - system informacyjny analiz obrazowych

Na rynku dostępne są różne narzędzia do przetwarzania, współdzielenia i archiwizowania danych, informacji IMINT. Jednym z ciekawszych jest oprogramowanie Keystone oferowane przez szwedzką firmę Spacemetric.

Innowacyjne podejście Spacemetric do gromadzenia, przechowywania, przetwarzania, analizy i interpretacji oraz archiwizacji i dystrybucji rosnących ilości cyfrowych danych geoprzestrzennych (obrazowanie optyczne powierzchni Ziemi) umożliwia pozyskiwanie informacji na podstawie analizy zdjęć i zapisów wideo oraz ich szybką i skuteczną wymianę z innymi „użytkownikami”.

Wyzwania w zakresie rozpoznania obrazowego

Supremacja informacji w prowadzeniu skutecznych działań czy operacji wymaga dostępu w czasie rzeczywistym do danych z platform rozpoznawczych, automatycznego ich przetwarzania oraz narzędzi do współpracy w czasie rzeczywistym. Już obecnie wykorzystywane systemy satelitarne i rozpoznawcze statki powietrzne (załogowe i bezzałogowe) dostarczają bardzo duże ilości danych, a stały wzrost przystępnych cenowo platform rozpoznawczych (głównie bezzałogowych) będzie miał charakter wykładniczy. Stanowi to poważne wyzwanie w obszarze szybkiego dostępu do danych, co jest spowodowane ograniczeniami w przepustowości systemów łączności sieciowej pomiędzy rozproszonymi platformami, jak i ich podobnie rozproszonymi użytkownikami.

Niedyskryminacyjne rozpowszechnianie danych obrazowych przeciąża sieć komunikacyjną oraz samych użytkowników głównie za sprawą znaczącej ilości nieistotnych informacji, co negatywnie wpływa na kreowanie wymaganej, wspólnej świadomości sytuacyjnej.

W działaniach lotniczych czy specjalnych rozpoznanie, identyfikacja i wskazanie lokalizacji celu/celów oraz ocena ich zniszczenia wymaga szybkiego dostępu do zdjęć. Jest to konieczny warunek powodzenia tego typu operacji, gdyż zarówno cel, jak i znajdujące się w pobliżu inne potencjalne cele, siły nieprzyjaciela lub inne obiekty (np. cywile) mogą być lub są mobilni. Zdjęcia powinny być dostępne w ciągu kilku minut od ich wykonania w celu analizy i podjęcia decyzji o możliwym zaangażowaniu, ataku lub innym działaniu.

Także istotna z punktu widzenia obecnie prowadzonych działań detekcja improwizowanych ładunków wybuchowych IED możliwa jest dzięki analizie i identyfikacji zmian widocznych na zdjęciach w sekwencji czasowej. Taka analiza umożliwia wykrycie podejrzanych lokalizacji. Stąd tak ważna jest automatyzacja procesu i dokładność rejestrowanych danych geoprzestrzennych (obrazów), gdyż jest to niezbędny warunek do uzyskania wiarygodnych i aktualnych wyników w postaci wykrytych zmian.

Rozpoznanie lotnicze wykorzystywane jest również w ramach wspierania takich działań, jak ochrona granic, egzekwowanie prawa, poszukiwanie i ratowanie ludzi czy eskorta konwojów. Zwykle tego typu operacje wiążą się z wytwarzaniem ciągłego „strumienia” skompresowanego zapisu wideo.

Z drugiej strony, użytkownicy więcej potrzebnych informacji, które rzeczywiście są istotne dla realizacji tych działań, mogliby pozyskać z jedynie fragmentów wyższej jakości zapisu wideo oraz zdjęć. Takie dane obrazowe powinny być dostępne w ciągu kilku sekund, maksymalnie kilku minut od ich wykonania, gdyż kluczowe znaczenie ma koordynacja w czasie rzeczywistym działań pomiędzy uczestnikami operacji.

Rozwiązaniem tego problemu jest m.in. „taktyczny czat”, wykorzystywany do komunikowania się i wysyłania alertów pomiędzy rozproszonymi geograficznie siłami i środkami realizującymi daną operację. Zresztą jak wynika z doświadczeń użytkowników, w realnych działaniach okazał się on być mnożnikiem siły elementów wykonujących zadania. Odpowiednie, skrojone do potrzeb przetwarzanie danych obrazowych już na pokładzie platformy rozpoznawczej oraz ich dystrybucja, jak i informacji, za pośrednictwem czatu to niezbędny element w działaniach, w których decydujące znaczenie ma czas, realizowanych przez rozproszone zasoby i użytkowników.

Rozpoznawcze platformy lotnicze są powszechnie używane w operacjach taktycznych, koncentrujących się na konkretnych celach i obszarach działań.

Z kolei systemy satelitarne doskonale nadają się do monitorowania rozległych obszarów pod kątem takich zmian, jak np. prace budowlane przy obiektach, instalacjach wojskowych czy rejestracji różnego typu anomalii.

Dokładną analizę i interpretację nowych i zarchiwizowanych obrazów można połączyć z automatycznym wykrywaniem tychże anomalii. Stanowi to nieocenioną pomoc w pracy analityka wywiadowczego dzięki pozyskiwaniu bardzo dużych ilości danych, wskazujących miejsca podejrzanych działań, które np. wymagają dalszego badania/obserwacji realizowanych z wykorzystaniem również innych platform wywiadowczych, jak np. BSP.

Technologia Keystone

Technologia Keystone firmy Spacemetric pomaga rozwiązać wyżej wymienione problemy z gromadzeniem, przechowywaniem, przetwarzaniem, analizą oraz archiwizacją i dystrybucją cyfrowych danych geoprzestrzennych. Zapewnia ona natychmiastowy dostęp do „surowych” danych bez długiego wstępnego przetwarzania. Umożliwia również zdefiniowanie automatycznych reguł określających, które fragmenty danych obrazowych będą przetwarzane i/lub będą udostępniane innym użytkownikom.

Keystone jest zautomatyzowanym systemem służącym do zbierania, gromadzenia, przetwarzania i dystrybucji danych z rozpoznania obrazowego, otrzymanych z platform rozpoznawczych zarówno bliskiego, jak i dalekiego rozpoznania. Dane są automatycznie i wybiórczo synchronizowane między serwerami. Taka metodyka może być dostosowana do dostępnej przepustowości systemów komunikacyjnych.

Duży nacisk w technologii Keystone został położony na ochronę bezpieczeństwa sieci. W ramach uprawnień użytkownika systemu można ustawić pewne ograniczenia dla pozostałych użytkowników/odbiorców danych.

Funkcje systemu Keyston obejmują:

• gromadzenie, archiwizację i katalogowanie zdjęć oraz zapisów wideo (full motion video),
• łączenie danych z platformy rozpoznawczej w czasie rzeczywistym i ich wizualizację na mapie,
• selekcję i oznaczanie strumieni danych oraz plików przesyłanych na żywo,• zautomatyzowane przetwarzanie danych geoprzestrzennych i generowanie finalnych „produktów”,
• inteligentną/selektywną synchronizację danych katalogowych i archiwalnych między węzłami sieci,
• obsługę czatu taktycznego XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) do wymiany wiadomości między użytkownikami,
• dystrybucję (współdzielenie się) danymi wywiadowczymi z krajowymi podmiotami (wojsko, policja, służby) i koalicyjnymi siłami stosującymi otwarte standardy.

Możliwości technologii Keystone w zakresie przetwarzania obrazu to:

• rejestracja obrazu – zautomatyzowana korekcja i rejestracja współrzędnych zdjęć uwzględniająca topografię, zniekształcenie soczewki i pochylenie kamery (np. ortorektyfikacja), co umożliwia nakładanie obrazów na mapy. Jest to warunek niezbędny do niezawodnego wykrywania zmian/anomalii i analizy trendów,
• mozaiki – tworzenie na żądanie zdefiniowanych przez użytkownika warstw obrazów, niezwiązanych z granicami obszaru lub arkusza mapy. Mozaiki mogą być generowane przy użyciu obrazów z wielu czujników o różnych rozdzielczościach przestrzennych i dowolnej liczbie klatek nieruchomego obrazu i w ruchu.
• generowanie danych 3D – szybkie generowanie chmur punktów i cyfrowych modeli powierzchni na podstawie dwuwymiarowych zdjęć satelitarnych i lotniczych. Jest to szczególnie przydatne przy analizie danego obszaru podczas przygotowań do dyslokacji oddziałów/kontyngentów czy indywidualnych misji, pozwalając zobaczyć go z poziomu „linii wzroku”,
• wykorzystanie – możliwość edycji obrazów i zapisów wideo do odpowiednich segmentów i fragmentów, w celu uzyskania danych wyjściowych do dalszego wykorzystania. Pomiar, bezpośrednio na podstawie surowych danych z czujnika, współrzędnych lokalizacji, długości, wysokości, obwodu, powierzchni i danych 3D. Możliwość tworzenia adnotacji zdjęć (tagowanie, indeksowanie) i migawek wideo, poprzez przypisanie metadanych w postaci kształtów, ikon i tekstu.

Dane pozyskane z przetwarzania i analizy obrazów mogą być publikowane i udostępniane przy użyciu otwartych standardów, formatów danych i interfejsów. System Keystone obsługuje szeroki zakres formatów plików i streamingu, w tym zgodne z STANAG 4545 i STANAG 4609. Jest również zgodny z STANAG 4559 (NATO Joint ISR Library Interface), co oznacza, że za jego pośrednictwem dane obrazowe mogą być publikowane i pobierane z serwerów CSD (Coalition Shared Data). Oprócz standardów NATO, Keystone obsługuje cywilne standardy OGC (Open Geospatial Consortium) w zakresie publikowania i zapewnia dostępu do danych obrazowych.

Keystone dla polskich użytkowników

Funkcje systemu Keystone mogą być skalowane, modyfikowane w celu spełnienia określonych wymagań użytkownika, od pojedynczej stacji roboczej do centrum wywiadowczego z dziesiątkami operatorów/analityków. System Keystone może być również skonfigurowany do współpracy z geograficznie rozproszonymi użytkownikami, przy różnych rozmiarach archiwów i różnych poziomach wydajności systemu i redundancji sprzętowej (nadwymiarowych komponentach sieci).

Technologia Keystone została opracowana przez firmę Spacemetric, która jest właścicielem własności intelektualnej i może przeprojektowywać, i rekonfigurować różne moduły systemu zgodnie z wymaganiami klienta. Zapewnia to możliwość dodawania i integrowania konkretnych uzupełniających się funkcji i możliwości z istniejącymi wcześniej systemami IMINT (głównie rozpoznania lotniczego i satelitarnego).

Keystone to dojrzała platforma technologiczna, ale nie jest to gotowe, zamknięte rozwiązanie. To otwarta architektura, stąd firma Spacemetric zawsze poszukuje współpracy z partnerami i integratorami systemów, aby wspólnie opracować rozwiązanie najlepiej spełniające wymagania klientów, określone w specyfikacjach zamówień. Obejmuje to m.in. rozwój specyficznej dla klienta integracji z systemami platform rozpoznawczych, wdrażanie na sprzęcie komputerowym, sposób przepływu informacji (workflow) pomiędzy osobami zaangażowanymi w proces przetwarzania, analizy itd. obrazów, interfejsy aplikacji klienckich, szkolenia, wsparcie i utrzymanie.

Integracja Keystone z innymi systemami może być zaimplementowana za pośrednictwem interfejsów opartych na architekturze REST (Representational State Transfer) i Java API (Application Programming Interface). Dodatkowo, oprogramowanie innych dostawców i/lub algorytmy mogą być zintegrowane z Keystone przy użyciu interfejsów API lub skryptów.

Klienci mogą konfigurować, skalować, rozszerzać, dostosowywać i zmieniać system Keystone, tak aby stworzyć rozwiązanie najlepiej spełniające ich specyficzne potrzeby. Przedstawiciele firmy Spacemetric będą obecni na tegorocznym MSPO.

Zastosowania systemu Keystone

System Keystone firmy Spacemetric wykorzystywany jest między innymi przez Szwedzkie Siły Powietrzne (Svenska Flygvapnet) do przetwarzania danych obrazowych pozyskanych z samolotów bojowych JAS 39 C/D Gripen z podwieszonymi zasobnikami rozpoznawczymi JAS MRPS (Modular Reconnaissance Pod System).

Rozwiązanie Keystone Gripen zapewnia analitykom szybki dostęp do zdjęć o wysokiej rozdzielczości wykorzystywanych do przygotowania raportów wywiadowczych. System zarządza wszystkimi obrazami i metadanymi, realizując równocześnie funkcje katalogowania, georeferencji i wizualizacji.

Ogólna integracja systemu z zasobnikami JAS MRSP została przeprowadzona przez firmę Saab AB.

System Keystone zapewnia bezproblemową integrację zobrazowań zwiadowczych z innymi źródłami IMINT, w tym z danymi obrazowymi z systemów satelitarnych i innych lotniczych platform rozpoznawczych (np. BSP/UAV).

Praktycznym testem dla zastosowanego rozwiązania były misje szwedzkich Grippenów realizowane od kwietnia do października 2011 roku w ramach operacji Unified Protector, mającej na celu nadzór nad strefą zakazu lotów nad Libią (w sumie Szwedzi wykonali 574 loty (¼ wszystkich misji), spędzając w powietrzu 1770 godzin).

Spacemetric został również wybrany przez firmę Saab i szwedzką agencję zamówień obronnych (FMV), aby zapewnić zaawansowane narzędzie do zarządzania i przetwarzania zapisów wideo dla bezzałogowej platformy rozpoznawczej – UAV03 Örnen (zmodyfikowany AAI RQ-7 Shadow). Pozyskana w ten sposób zdolność operacyjna została wykorzystana m.in. do wspierania udziału szwedzkich żołnierzy w misjach międzynarodowych zarówno w Afganistanie, jak i Mali.

Z kolei projekt RAAISR (Real-time Access to Airborne ISR) zrealizowany został dla Królewskich Holenderskich Sił Powietrznych (Koninklijke Luchtmacht) i dotyczył realizacji dostępu w czasie rzeczywistym do danych wywiadowczych, nadzoru i rozpoznania ISR (Intelligence, Surveillance and Reconnaissance) pozyskiwanych z platform lotniczych wykorzystujących ogólnodostępną awionikę przy ograniczeniach przepustowości istniejącego łącza danych.

RAAISR zapewnia rozwiązanie dla łączności w czasie prawie rzeczywistym dla starszych i przyszłych systemów ISR opartych na pokładowych i naziemnych węzłach danych systemu Keystone. Projekt ten spełnia wymagania holenderskich sił powietrznych w zakresie rozpoznania lotniczego i kosmicznego, umożliwiając dostarczanie danych wywiadowczych z minimalnym opóźnieniem dla użytkowników w dowództwie/dowództwach i na teatrze działań.

W ramach kolejnego projektu – MAJIIC2 (Multi-intelligence All-source Joint Intelligence Surveillance and Reconnaissance Coalition) realizowanego wspólnie przez dziewięć państw NATO oraz Agencję NCI (NATO Communications and Information Agency), w oprogramowaniu Keystone wdrożono również interfejs NATO Joint ISR Library Interface, czyli wspólny obieg dokumentów ISR w ramach sojuszu. Umożliwiło to użytkownikom z holenderskich sił zbrojnych wykorzystanie systemu Keystone do przechowywania, archiwizowania i dostępu do danych obrazowych. Ta możliwość została przetestowana podczas ćwiczeń w haskich obiektach Agencji NATO ds. Łączności i Informatyki NCIA: MAJEX13 i OPTIMAX oraz podczas próby poligonowej w ramach manewrów Unified Vision 2014 (UV14) w bazie lotniczej Ørland w Norwegii (138. Skrzydło Lotnictwa). W trakcie tych manewrów i prób holenderskie siły powietrzne wykorzystywały oprogramowanie Keystone.

Było to największe i najważniejsze przedsięwzięcie NATO w zakresie inicjatywy Joint Intelligence Surveillance Reconaissance – JISR, czyli połączonej zdolności do pozyskiwania, przetwarzania i rozpowszechniania informacji rozpoznawczych.

W trakcie tych ćwiczeń operatorzy przetwarzali dane obrazowe na informacje wywiadowcze w odpowiedzi na zlecone zadania za pośrednictwem JISR. Dane te były publikowane na serwerach CSD, co umożliwiało pozostałym uczestnikom ćwiczeń dostęp do tych danych.

W trakcie ćwiczenia UV14 z powodzeniem przetestowano wspólną sieć danych zwiadowczych, integrującą platformy ISTAR (Intelligence, Surveillance, Target Acquisition And Reconnaissance) i komponenty różnych rodzajów sił zbrojnych uczestniczących państw.

System Keystone wykorzystywany jest również w trakcie misji wykonywanych przez holenderskiego dostawcę usług lotniczych – EASP Air (Executive Airborne Systems & Platforms). Firma ta, której główną bazą jest Port lotniczy Amsterdam-Schiphol, specjalizuje się w usługach realizowanych na rzecz organów rządowych, władz cywilnych oraz wojskowych.

EASP Air wykonuje m.in. usługę nadzoru morskiego dla Europejskiej Agencji Straży Granicznej i Przybrzeżnej (Frontex) oraz dla brytyjskiej Border Force, w których wykorzystuje samolot Dornier 328-100 w wersji SAR.

Z kolei Spacemetrics odpowiada za zapewnienie przechowywania danych obrazowych pozyskanych z samolotu oraz ich dystrybucję w czasie rzeczywistym dla systemów operacyjnych wspierających działania EASP Air. W tym celu wykorzystywana jest gotowa, niemodyfikowana wersja (off-the-shelf) systemu Keystone. Pozwoliło to na stworzenie gotowej „pod klucz” lotniczej platformy rozpoznawczej przystosowanej do realizowania misji nadzoru morskiego, której system informatyczny umożliwia planowanie misji, analizę danych i fuzję danych.

Operacje lotnicze EASP Air wykonywane są w zakresie zwalczania nielegalnej migracji, nielegalnego handlu narkotykami i nielegalnych połowów.

Profil firmy Spacemetric

Celem założonej w 1999 r. firmy Spacemetric miało być zapewnienie opłacalnych systemów usprawniających proces pozyskania danych obrazowych, geoprzestrzennych.

System Keystone powstał w wyniku realizacji tego celu i na podstawie 20-letniego doświadczenia w przetwarzaniu obrazów. Od momentu powstania Keystone został sprzedany w wielu wersjach, zarówno użytkownikom cywilnym, jak i wojskowym na całym świecie, do obsługi danych obrazowych pozyskiwanych z platform satelitarnych i lotniczych.

Firma Spacemetric ma swoją siedzibę w Szwecji, z oddziałami w Holandii i Wielkiej Brytanii.

Spacemetric jest akredytowany do przetwarzania informacji do poziomu klauzuli tajności NATO/EU Secret oraz do produkcji i dostarczania sprzętu wojskowego zgodnie ze Wspólnym Wykazem Uzbrojenia Unii Europejskiej: ML21.b.4. (oprogramowanie specjalnie zaprojektowane do celów wojskowych i do stosowania w dziedzinie dowodzenia, łączności, kierowania i rozpoznania (C3I) lub dowodzenia łączności, kierowania, informatyki i rozpoznania (C4I) i ML22.a („technologia”, inna niż określona w podpunkcie ML22.b., „wymagana” do „rozwoju”, „produkcji”, eksploatacji, instalacji, utrzymania funkcjonalności (przeprowadzania przeglądów), napraw, remontów kapitalnych lub odnawiania wyrobów określonych we wspólnym wykazie uzbrojenia UE).

W Polsce Spacemetric reprezentuje firma Geo-UAV z Łodzi.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!