Геоинформатика как новая отрасль науки

В настоящее время в науке и технике для описания тех или иных объектов, процессов или явлений традиционно применяются литературные, статистические, картографические, аэро- и космические материалы и данные. Как правило, их подборка и систематизация для последующего использования осуществляется вручную. Этот подход хорошо известен, стал уже традиционным и продолжает применяться в России повсеместно. Другим подходом, являющимся более перспективным, служит подход, когда в накоплении и обработке данных об объектах, процессах и явлениях используются ЭВМ и современные методы обработки данных, информационные системы и технологии.

В том случае, когда те или иные материалы об объекте имеют координатную привязку, говорят, что объект описан в пространстве и он должен изучаться методами и средствами геоинформатики. Геоинформатика – новая, быстро развивающаяся отрасль науки. Существует несколько ее определений. Наиболее простое определение: геоинформатика – это область науки, позволяющая формализовать и реализовывать в машинной среде операции накопления, хранения, обработки и визуализации пространственно-координированных данных с помощью средств геоинформационных систем (ГИС).

Наиболее полное определение геоинформатики в соответствии с толковым словарем основных терминов геоинформатики (1999 г., под редакцией А.М. Берлянта, А.В. Кошкарева) таково:

Определение 2.1. Геоинформатика (geo-informatics) – наука, технологии и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию геоинформационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по прикладным аспектам или приложению ГИС для практических и геонаучных целей.

По одной из точек зрения геоинформатика входит составной частью в геоматику или предметно и методически пересекается с ней. Геоматика (geomatics) – это совокупность применений информационных технологий, мультимедиа и средств телекоммуникации для обработки данных и анализа геосистем. Иногда геоматика употребляется как синоним геоинформатики.

Дадим определение геоинформационных систем (GIS, spatial information system).

Определение 2.2. Геоинформационная система – это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных). ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадратомических и иных). ГИС поддерживается программным, аппаратным, информационным, нормативно-правовым, кадровым и организационным обеспечением. С точки зрения теории информационных систем ГИС – это большой класс автоматизированных информационных систем, позволяющих работать с пространственными данными.

Приставка гео- во всех этих словах (геоинформатика, геоматика, ГИС) происходит не от слова «география», а от слова геос- земля; эта приставка характеризует пространство (геос- характеристика пространственности), работу с пространственно-координированными данными. Более того, процент чисто пространственно-привязанных данных обычно в ГИС не очень велик, технологии обработки данных в таких системах имеют мало общего с традиционной обработкой географических пространственных данных в географии и, наконец, пространственные данные лишь служат базой для решения большого числа прикладных задач с помощью ГИС, цели создания которых далеки от географии.

В современных ГИС осуществляется комплексная обработка информации – от ее сбора до хранения, обновления и представления. В связи с этим ГИС можно рассматривать с различных позиций. Например, считать их системами управления, поскольку они в ряде проблемных областей предназначены для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению землями и ресурсами, городским хозяйством, по управлению транспортом и т.п. Далее как системы, использующие базы данных, ГИС являются автоматизированными информационными системами. При этом следует подчеркнуть, что ГИС объединяют в себе как базы данных с атрибутивными (обычными, традиционными данными), так и графические базы данных или их еще называют пространственными базами данных.

Остановимся на истории развития геоинформатики и ГИС. В середине и особенно к концу 80-х годов прошлого столетия в литературе, посвященной состоянию, успехам и перспективам развития геоинформатики стало традиционным ссылаться на ее 25-летний юбилей. Точное время ее рождения вряд ли известно достоверно. Сам взгляд на историю существенно зависит от точки зрения на время зарождения идей и технологий, которые составляют основу современной геоинформатики. Поэтому схематично история геоинформатики такова.

Истоки ее находятся в работах коллективов, сформулировавших первые задачи и подходы к построению информационных систем, ориентированных на обработку пространственных данных. Это коллективы ученых и разработчиков из Канады и Швеции. Канадские работы были связаны с созданием в 1963-1971гг. Канадской ГИС (CGIS) под руководством Р. Томлинсона. CGIS является одним из примеров крупной универсальной (по тем временам) региональной ГИС национального уровня и до сих пор считается классической. Работы шведской школы геоинформатики концентрировались вокруг ГИС земельно-учетной специализации, в частности, шведского Земельного банка данных, предназначенного для автоматизации учета земельных участков (землевладений) и недвижимости. Анализ ранней канадской и шведской литературы по ГИС показывает, что ГИС «первого поколения» (60-х – начала 70-х годов прошлого столетия) значительно отличались от того, что понимается под ними сегодня. Их зачастую отличала ориентация на чисто утилитарные задачи инвентаризации земельных ресурсов, земельного кадастра и т.п. Однако благодаря ученым в составе этих коллективов были сформулированы оригинальные идеи, что позволило заложить в основу этих ГИС фундаментальные принципы. Так, первый и главный принцип, который вывел ГИС из круга баз данных общего назначения, заключался во введении в число атрибутов операционных объектов (земельных участков, строений и т.п.) признака пространства, в какой бы форме местоуказания (в координатах, в иерархии административной принадлежности, в терминах принадлежности к ячейкам регулярных сетей членения территории) он ни выражался.

За рубежом 80-е годы прошлого столетия отличает чрезвычайный динамизм развития геоинформатики и ГИС: к середине 80-х годов их число приближается к 500, разрабатываются коммерческие программные средства ГИС. При этом существенно расширяется круг решаемых задач, геоинформационные технологии проникают во все новые сферы науки, производственной деятельности и образования. В России развитие геоинформатики и ГИС началось по сути дела с конца 80-х – начала 90-х годов. Развиваются не только отдельные специализированные ГИС, но и начинают появляться универсальные ГИС в виде отечественных коммерческих программных продуктов. С середины 90-х годов в России геоинформационный бум.

В литературе наиболее часто обращается внимание на связи геоинформатики и цифровой картографии. Обычно показывается проблема двойственности, с одной стороны, геоинформационного обеспечения картографии, а с другой стороны, картографического обеспечения геоинформатики. Взаимосвязи картографии и геоинформатики проявляются в следующих аспектах:

· тематические и топографические карты – главный источник пространственно-временных данных для ГИС;

· системы географических и прямоугольных координат и картографическая разграфка служат основой для координатной привязки (географической локализации) всей информации, поступающей и хранящейся в ГИС;

· карты – основное средство интерпретации и организации данных дистанционного зондирования Земли и другой используемой в ГИС информации (статистической, аналитической и т.п.);

· карта – один из наиболее важных источников массовых данных для формирования позиционной и содержательной части баз данных ГИС в виде цифровых карт – основ; послойное представление пространственных объектов имеет прямые аналогии с поэлементным разделением тематического содержания карт.

Однако задачи геоинформатики выходят за пределы картографии, делая геоинформатику основой для интеграции частных наук (геологии, почвоведения и т.п.) при комплексных геонаучных исследованиях. Сегодня становится все более заметной роль геоинформатики в качестве связующего звена между различными научными дисциплинами.