Характер и возможности использования технологий ГИС

Информационная перенасыщенность и смысловая перегруженность карт на обычной «твердой» основе (бумага, пленка, гипс.) в процессе бурного развития тематической картографии во второй половине XX в. превратила анализ пространственной информации в очень сложный и кропотливый процесс, успешно выполнить который могли лишь немногие ученые и отдельные специалисты. Обычным пользователям карт того времени было объективно трудно без специальной подготовки разобраться в густом пересечении линий, скоплении значков, симфонии цветов и мозаике штриховок и прочих атрибутов, широко используемых картографами при подготовке многочисленных толстенных атласов и хитроумных специализированных карт.

Военным больше мешала иная проблема — низкая информативность, слабая обновляемость и фактическая невозможность внесения оперативных и быстро тиражируемых поправок в топографические карты. Если учесть, что обычно военные топографы корректировали обстановку на карте километрового масштаба в среднем один раз в пять-десять лет, то не приходится удивляться, что, к примеру, обозначенное на карте непроходимое болото, где нельзя было когда-то пройти и легконогой козе, ко времени пользования картой могло превратиться в проселочную дорогу, активно используемую местными жителями и горожанами.

Нередок был и обратный вариант, и на месте удобного брода на реке, обозначенного на карте, появлялась глубокая яма, в которой мог бы утонуть даже танк, посланный без проверки в разведку невнимательным командиром. Что же тогда можно было говорить о фактическом расположении домов в поселках, верности отражения сохранности или возрастного состава лесов, урожайности сельскохозяйственных земель или существующих типах памятников природы? Такая специальная информация нужна была многим, но при этом та, что обозначалась на картах, со временем лишь очень приблизительно соответствовала реальной обстановке.

Можно назвать еще многие не менее серьезные причины и основания, требующие разработки особой технологии, позволяющей быстро создавать, редактировать и обновлять карты, причем происходить это должно на самом высоком современном уровне, с применением последних технических достижений и оригинальных технологических схем. В последней трети XX столетия поиск приемлемой технологии стал проходить особенно активно, с апробацией различных инноваций.

Картографами и информатиками одновременно велась работа над процессом автоматизации (компьютеризации) создания карт; в многочисленных ведомственных НИИ совершенствовались многоцелевые универсальные графические программные продукты для проектировщиков и художников, позволяющие также успешно создавать высококачественные картосхемы. В издательствах и СМИ параллельно с совершенствованием технологий теле- и видеосъемки создавались программы генерации и обработки анимационных изображений, способные достоверно демонстрировать динамику процессов и явлений. В науке быстро совершенствовались средства моделирования, системного и математико-картографического анализа геоизображений, появлялись оригинальные теоретические концепции и фундаментальные обобщения.

Однако, несмотря на перспективность многих разработок, только геоинформационные системы (ГИС-технологии) стали той особой и практически единственно приемлемой технологической основой, способной одновременно удобно и квалифицировано обеспечивать процесс создания традиционно наглядных и насыщенно информативных видов географических карт и в то же время «обсчитывать» нужные параметры на компьютере. Хотя по своей сути они уже представляли не столько привычные карты, а скорее, наборы разнообразных оцифрованных данных в комплекте с зашифрованными сведениями о последовательности и форматах их представления. Подчиняясь четким алгоритмам, их можно было конструировать с заданной степенью точности и минимальным искажением при отображении в нужных картографических проекциях.

В работе с ГИС пользователю помогает то, что помимо обширной коллекции типовых легенд, используемых оттенков цветов и условных изображений, что характерно вообще для электронных карт, здесь можно редактировать и быстро создавать целые коллекции требуемых тематических слоев, основанных на расчетах выбранных параметров из базы геоданных. Можно создавать карты и путем привлечения статистических выкладок из публичных архивов и не менее обширных массивов данных из проводимых полевых работ, в желательной пропорции, наиболее эффектной комбинации.

Современные карты различного формата предстают в виде специализированных информационных систем, позволяющих реализовать функциональные возможности и преимущества традиционной картографии, и в то же время способные существенно их усиливать, трансформировать, дополнять. Можно констатировать, что, используя многие новые свойства, обеспечиваемые применением информационных технологий, уже полностью сформировались новые средства, появился удивительный по своим возможностям инструментарий, и более того, теоретически осмыслен феномен создания и обработки геоизображений.

Технологии, обеспечивающие вышеперечисленные возможности, получили много различных обозначений, но наиболее известно стало базовое определение, которое ныне широко распространено в среде ГИС-специалистов. В соответствии с ним географические информационные системы (геоинформационные системы, ГИС) определяют как автоматизированную информационную систему, предназначенную для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация.

Следует отметить, что отличительной чертой ГИС является возможность обеспечения оперативной разработки многоуровневых и сложных, но при этом наглядных и хорошо понимаемых вариантов решений для широкого круга поставленных в различных сферах задач. Понятно, что в таком случае, при таких разносторонних возможностях будут избираться разные критерии для осмысления и предлагаться многие формы желательных результатов. И если, например, при разработке схем территориального развития или при создании сценариев различной природоохранной деятельности могут использоваться одинаковые массивы данных, то при этом столь же обязательно для каждой из решаемых задач должна быть сформирована своя особая модель базы геоданных, продумана реалистичная компоновка полотна карты, предложена оптимальная форма представления результирующих данных, обоснована и выбрана нужная детальность, масштабность и точность тематических объектов для их отражения на картах.

Но во всех случаях использования ГИС можно не ограничиваться получением одного-единственного варианта решения сложной проблемы: соответствующая организация базы данных в ГИС-проекте позволяет использовать для расчетов задач идеи и концепции разных специалистов или, наоборот, может снабжать исследовательским средством, инструментом, способным эффективно проверять, систематизировать, анализировать, сравнивать различные массивы данных.

При этом уже не имеет большого значения, получены ли они в разных ведомствах или конкурирующих, но родственных по своей деятельности организациях; берутся ли наблюдения за один год или за десятилетия и даже столетия; сопоставляются в проекте параметры живой природы либо рассчитывается их немыслимая для обычных некомпьютеризированных расчетов комбинация из объектов флоры и фауны и ресурсного потенциала недр. Все многообразие представлений, подготовленное путем создания соответствующей модели, может сравниваться и рассчитываться; обеспечивать основу для анализа или синтеза любых явлений и процессов; предоставлять расчеты и результаты для одного и того же эксперта, а также группе ученых, работающих в разных странах и никогда, возможно, не встречавших друг друга лично.

Именно эта возможность активного привлечения и качественного сравнения разных подходов и альтернативных сценариев и последующего наглядного сопоставления результатов сложных вычислений и не только экспертами, учеными, но и обычными пользователями, включая непосредственно лиц, принимающих решения, возможность быстро вносить и оперативно отражать изменения и поправки (причем сделанные тут же, в ходе обсуждения), становятся в большинстве случаев наиболее весомыми и убедительными аргументами привлечения ГИС-технологий к созданию проектов высокого уровня сложности.

Таким образом, ГИС представляется как организованный набор определенной сложности аппаратуры, программного обеспечения, специально создаваемых географических данных и персонала, образующих некий специальный комплекс, предназначенный для эффективного ввода, хранения, обновления, обработки, анализа и визуализации всех видов географически ориентированной информации.

В процессе работы с геоинформационными технологиями обязательными этапами являются разработка, создание и поддержание ГИС-проекта. В этом процессе важно сформировать верное представление о возможностях и функциях ГИС, и в каждом проекте следует обязательно ответить на два базовых вопроса: с какой информацией будет работать создаваемый ГИС-проект и какие задачи будут решаться с помощью разрабатываемой ГИС-системы?

В общем виде на первый вопрос можно ответить, что в ГИС-проект могут быть включены любые данные, которые разработчикам хотелось бы разместить на карте или финальных схемах. Здесь главное условие — принципиальная возможность их ориентации, стремление «привязать» к какому-то определенному месту в пространстве с тем, чтобы они адекватно проявлялись и на карте.

С этой точки зрения ГИС может совмещать лучшие свойства традиционных карт (наглядность и сравнимость изображения, простота исполнения, видимость пространственных зависимостей) с возможностями удобной упорядоченной формализованной работы с почти любого объема упорядоченными массивами из встроенной географической базы данных. В базе геоданных можно хранить, организовать и отображать на карте все нужные характеристики с желательной пользователю полнотой описания различных объектов, хотя это непростой и трудоемкий, почти производственный процесс, как было отмечено в предыдущей главе.

Геоданные, независимо от того, получены ли они изначально в качественной или количественной форме, в виде изображений, чисел или описаний, могут последовательно и/или одновременно отображаться на карте. Причем в ГИС можно показывать и фиксировать размещение разных объектов (их комбинаций) в пространстве, отображать характер их взаимодействия между собой и выделять основные, прогнозировать и обозначать предполагаемое воздействие посторонних факторов, оказывающихся вблизи этих объектов, оценивать масштабы процессов и явлений, а также рассчитывать зону возможного влияния. Понятно, что для организации туристской деятельности, зависящей от множества факторов, такие свойства информационного продукта и инструментария, который его создает, жизненно необходимы и должны быть доступны для пользования.

Важнейшее свойство решения задач в ГИС-проектах прежде всего заключается в выборе всевозможных способов визуализации пространственной информации. Что под этим следует понимать? Бумажная карта имеет единственное и неизменное, словно застывшее рукописное или посттипографское представление, в то время как электронная может принимать множество желательных для пользователя форм и обличий, при необходимости будет быстро воспроизводиться требуемое число копий, анализироваться, меняться, вновь корректироваться и опять распечатываться картографический оригинал.

Пользователь ГИС может отображать на карте только те объекты, которые его интересуют в данный момент, и удалять (или временно прятать, ослаблять) ненужные значки, раскраску или штриховку, изменяя и корректируя содержание карты по мере необходимости. При этом улучшаются возможности для просмотра: более важные объекты можно выделять цветом, толщиной линий или специальными значками, выбирая для себя и останавливаясь на наиболее подходящем сочетании. Но главное, вместе с изображением можно получать и просматривать расчеты в таблицах, графики и диаграммы, параметры первичных наблюдений.

Совокупное богатство программных средств геоинформационных продуктов раскрывается при работе с аналитическими функциями ГИС. Важнейшими из таковых являются те, которые гармонично помогают моделировать сходные с нашим мышлением образы и структуры объектов в пространстве, и именно эти функции ГИС, непротиворечивые и даже весьма желательные для глубокого восприятия человеком, отличают их применение от иных информационных систем. Человеческая способность ведения процесса объективного анализа ограничена восприятием не более чем трех переменных одновременно, а при использовании ГИС любой анализ можно выполнять, подключая десятки параметров одновременно, причем в самых различных сочетаниях. Важной особенностью ГИС также является и то, что здесь возможно вести и учет, и планирование, и прогнозирование с помощью стандартных функций. Благодаря открытости многих ГИС за счет подключения различных модулей можно контролировать процессы обновления, совершенствования и расширения функций, устанавливать строгую, научно обоснованную и регулярно усовершенствуемую основу механизма ведения диалога и поддержания обратной связи с пользователем.

Имеющийся опыт показывает, что зная базовые возможности и способы применения ГИС, специалисты различных ведомств или ученые разных стран могут общаться на общем и понятном для всех языке, что является одним из наибольших проявлений достижения весьма положительного эффекта и в исследованиях, и в производстве, и в бизнесе, в том числе и туристическом.