ПОЧЕМУ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ?

Представьте себе, что сейчас начало 1960-х годов. Вы входите в состав группы, работающей в министерстве природных ресурсов и развития большой страны. Среди многих ваших обязанностей по управлению ресурсами вам надлежит провести учет всех имеющихся лесных и минеральных ресурсов, потребностей представителей флоры и фауны, запасов и качества воды. Помимо только описи всего этого, вам предстоит оценить существующее состояние использования этих ресурсов, какие из них не достаточны и какие готовы к использованию. Вдобавок, от вас требуется составить прогноз по изменению доступности и качества этих ресурсов на следующие десять-двадцать или даже сто лет.

Все эти задачи должны выполняться так, чтобы вы или ваше руководство могли разработать план управления этими ресурсами с такой целью, чтобы как возобновляемые, так и невозобновляемые ресурсы оставались в достаточном количестве для будущих поколений без нанесения серьезного ущерба окружающей среде. Вам нужно также помнить, что эксплуатация природных ресурсов часто негативно воздействует на качество жизни людей, проживающих вблизи разработок этих ресурсов, производящих шум, пыль и нарушения визуальной среды, которые могут сказаться на физическом и эмоциональном здоровье местных жителей или снизить ценность их недвижимости из-за создания поблизости совсем не живописных объектов. И, конечно, вы должны соблюдать местное, региональное и национальное законодательство с тем, чтобы пользователи этих ресурсов также действовали в соответствии с применимыми законами.

Нет нужды долго думать, чтобы понять, что обрисованная задача может обескуражить кого угодно и требует сбора огромных объемов информации, ее организации, оценки, анализа и моделирования. Тем не менее, это - та самая задача, что стоит обычно перед теми, кто управляет природными ресурсами. Становится тут же очевидным, что карта ресурсов позволит увидеть распространение, качество и степень их использования при одном только взгляде. Ручное производство столь полезных карт, покрывающих всю страну, особенно крупную, потребовало бы привлечения, вероятно, сотен картографов и значительных затрат времени и средств. Многие из вас уже знают об ограниченности покрытия и разном качестве топографических карт, карт почв и растительности вашего региона или страны. В зависимости от площади, вполне возможно, что задолго до реализации такого проекта исчезнут сами ресурсы, природа будет ограблена, и местное население уже выкопает пулеметы.

Желая избежать этих негативных последствий, вы обращаете свой взор в сторону компьютеров. Очевидно, вам необходим более быстрый и более экономичный способ производства карт больших территорий. Было бы замечательно, если бы компьютер мог быть использован для ввода и хранения таких больших объемов информации и дальнейшего производства карт любого интересующего региона или любого ресурса, находящегося в вашем ведении. Но учтите: на дворе начало 60-х, и компьютеры находятся на этапе младенчества. Вдобавок, их покупку могут позволить себе только хорошо финансируемые организации, например, военные. Допустим, вам удалось приобрести машинное время. На этом ваши проблемы не закончатся.

Компьютеры тогда не были сведущими в вопросах» выходящих за рамки простой алгебры и тригонометрии. В действительности, объемы их памяти и аналитические возможности были не намного шире тех, что есть в недорогих современных карманных калькуляторах. Графические работы на компьютерах первоначально вообще не предполагались. Традиционные алфавитно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ) не могли производить сколь-либо ценную графику. Их способности ограничивались календарями с редкими картинками персонажей мультфильмов. Но даже если и была возможность вывода качественной графики, пришлось бы встретиться с другой проблемой - тогда, в 60-х не было способа ввести графические данные в компьютер. Более того, устройства вывода графики, включая видеодисплеи и устройства получения твердых копий, обычно отсутствовали.

Не было также и способа связать графические данные (которые мы позже назовем геометрическими объектами (entities)) с описательной информацией о соответствующих объектах реального мира (что позднее будет названо атрибутами (attributes)). И мы еще не упомянули проблему компьютерного анализа картографических данных, если допустить, что вы смогли ввести и сохранить их во внешней памяти компьютера. Еще следует вспомнить, что доминирующим языком программирования был громоздкий и в чем-то причудливый PL/I, рассчитанный больше на деловые приложения, чем на графику Университетских разработок тоже почти нет, так что вам придется самостоятельно искать компьютерные решения этих обширных и трудных проблем. В довершение возложенной миссии, вам предстоит создать компьютеризованную систему управления и анализа географической информации — географическую информационную (геоинформационную) систему (ГИС).

Для тех, кто только начинает сегодня изучать геоинформационные системы, представленный сценарий выглядит маловероятным, даже нелепым. Конечно, по сегодняшним стандартам так оно и есть. Но это не выдумка. Именно такая ситуация имела место в Министерстве лесного хозяйства и сельского развития Канады в начале 1960-х годов [Tomlinson, 1984]. В этой стране, одной из имеющих наибольшие в мире запасы земель и природных ресурсов, решили, что имеющихся знаний о распространенности, качестве и долговечности национальных ресурсов недостаточно. Правительственные топографы подсчитали, что даже составление карт на столь большую площадь потребовало бы больше опытных картографов, чем имелось на тот момент. И, конечно, понимая, что столь большая задача требует гораздо больше времени, чем можно было бы позволить для успешного создания планов управления ресурсами, они пришли к аналогичным выводам. Что им было нужно, так это ГИС Канады.

Таким образом, новоиспеченному Отделению информационных систем регионального планирования, финансируемому федеральным правительством было поручено создание того, что стало первой в мире геоинформационной системой. Его первоначальной задачей были классификация и нанесение на карту земельных ресурсов Канады.

Сегодня существует все более растущее понимание необходимости широкомасштабных операций по оцифровке и анализу в широком диапазоне традиционно ручных задач. Лесозаготовители, желающие иметь актуальную опись древесных ресурсов, видят ГИС в качестве эффективного инструмента для своих ежедневных операций. Службам экстренного реагирования нужны ГИС для вычисления оптимальных маршрутов с целью достижения скорейшей реакции на вызов. Военные могут использовать ГИС для планирования боевых операций и организации передвижения войск. Для достижения лучшего обслуживания мобильных клиентов компании сотовой телефонной связи должны располагать приемо-передающие станции так, чтобы избегать конфликтов между соседними станциями, но при этом обеспечивать прямую видимость для распространения сигнала. Местные власти используют ГИС для создания планов роста и развития и для изменения зонирования территории, реагируя на растущее демографическое давление. В бизнесе ГИС используются для маркетинга товаров и даже для создания списков рассылки на основе выбранных пространственных критериев. Компании по торговле недвижимостью начинают использовать ГИС для подбора свободных жилищ на основе критериев заказчика, таких как близость школ, тип соседского окружения или доступ к скоростным магистралям. Полиция уже использует ГИС для сбора информации с целью охарактеризовать перемещения и образ действия подозреваемых в совершении серийных убийств. Академические дисциплины, такие как география, геология, биология, ландшафтная архитектура, экология и т.д., имеют теперь возможность использовать эту технологию для разработки и проверки гипотез, относящихся к распределениям природных феноменов. Спектр возможных применений ГИС практически неограничен, а число и разнообразие пользователей ГИС растут со временем по экспоненте.

Этот рост показывает, что ГИС являются мощной технологией. Это чем-то напоминает развитие книгопечатания, изобретение телефона, замену лошади и экипажа автомобилем или производство первых компьютеров. Все эти нововведения имели огромное влияние на то, как мы общаемся, перемещаемся из одного места в другое, решаем задачи, даже на саму природу этих задач. Современные геоинформационные системы расширили использование карт через замену их большим числом цифровых картографических слоев с взаимосвязанными темами. Эти слои могут быть автоматически проанализированы, а их тематическое наполнение — объединено для получения осмысленных ответов, необходимых специалистам, принимающим решения. ГИС меняют способы работы с картами, образ нашего мышления о географической информации, даже способы сбора и накопления географических данных. Задачи, решение которых было невозможно при помощи обычных карт, теперь стали банальными.

Современные тенденции рынка технических средств показывают, что ГИС — быстро растущая отрасль промышленности, далеко обгоняющая многих других, причем даже в периоды спада [Newsweek; 1993]. А по мере роста числа организаций, знакомых с этой технологией, будет расти и потребность в понимании ее базовых принципов, а также нужда в специалистах, знающих эти принципы. Мы изучим эти концепции здесь, чтобы понять, как можно манипулировать пространственными данными и как эта технология может помочь нам во все более усложняющемся мире.