CC BY
229
© Блохин В.Г., Кузьмин Н.М., Перерва Е.В., Хохлова С.С., Шинкарь О.А., 2010
УДК 004.658.6 004.771+902.03 912.43 902.4 ББК 32.97 32.97
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ 1
В.Г. Блохин, Н.М. Кузьмин, Е.В. Перерва, С.С. Хохлова, О.А. Шинкарь
Краткий обзор применения
геоинформационных технологий в отечественной археологии
Ежегодно археологические архивы институтов, университетов и музеев Российской Федерации принимают на хранение новые источники, полученные в ходе полевых экспедиций по всей стране. Новый материал, в свою очередь, обрабатывают и систематизируют сотни исследователей, работающих в архивах, пополняя богатейший материал знаний об ушедших исторических эпохах. В то же время можно констатировать, что в последние два десятилетия в археологии четко прослеживается тенденция внедрения информационных технологий в научно-исследовательский и образовательный процесс.
На данный момент археологи сталкиваются с рядом проблем, которые затрудняют научную работу:
- недоступность источниковой базы, которая хранится в региональных музеях и институтах;
- разрозненное и откровенно плохое состояние большинства текстов, рисунков и фотографий отчетов;
- финансовые сложности не позволяют многим авторам раскопок опубликовать свой материал, а если такие публикации и появляются, то, чаще всего, в региональных изданиях, выходящих малым тиражом, которые оперативно не доходят до исследователей.
Современные геоинформационные технологии 2, в частности технологии компьютерного картографирования 3 в приложении к археологическим и иным историческим иссле-
дованиям, могут оказаться существенным подспорьем для глобальной систематизации материалов, которая могла бы облегчить поисковую работу исследователей.
Создание археологической информационной системы, основанной на современных технологиях, могло бы изменить сложившуюся ситуацию к лучшему. Подобная система должна обладать следующим минимальным набором характеристик:
- наличием базы археологических отчетов
о произведенных в регионе раскопках и разведках с подсистемой поиска необходимой информации;
-наличием базы данных по отдельным группам археологических материалов, основанных на максимально детализированных моделях этих групп, с возможностью поиска аналогий по ряду задаваемых признаков;
- наличием каталога иллюстраций всех собранных материалов;
- позиционированием археологических памятников по имеющимся координатам на масштабируемых географических картах (или планах) региона, в котором ведутся исследования, с возможностью использования набора измерительных инструментов, предоставляемых системой;
- взаимосвязью подсистем предоставления информации. Например, выбрав на карте региона археологический памятник, можно перейти к его непосредственному описанию, к его характеристикам и иллюстрациям;
-удобным пользовательским интерфейсом, созданным с учетом правил инженерной психологии и эргономики;
- наличием подсистемы добавления в базу данных информации о новых археологических материалах и отчетов, не требующей особой подготовки в области информационных технологий;
- контекстной библиографией;
- наличием баз данных по коллективам, которые проводят исследования, связанные с изучением археологического материала.
Идеалом такого комплекса могла бы быть информационная система по археологическим памятникам, распределенная по региональным серверам и имеющая единый координационный центр, которые связаны между собой посредством глобальной сети Интернет. Такая система позволила бы получить данные об археологических исследованиях, проведенных в том или ином регионе, из любой точки мира при условии наличия на компьютере программы-клиента и доступа к сети Интернет. В такой системе регионам отводится роль поддержки и пополнения информационной археологической базы, а координационный центр должен отслеживать текущее состояние всех зарегистрированных в системе региональных серверов, а также происходящие на них изменения. Кроме того, в целях обеспечения надежности системы, а также разгрузки региональных информационных серверов, координационный сервер может дублировать всю информацию, находящуюся в регионах, проводя периодические синхронизации данных с сервером каждого из них 4.
Опыт создания отдельных подобных систем с использованием ГИС в России уже существует. Например, на основе ГИС-тех-нологий были созданы ГИС «Археологическое наследие Ставропольского края»5 и региональная ГИС по объектам историко-культурного наследия степного Приуралья 6, также при помощи GPS-приемников и ГИС-картиро-вания был разработан кадастр археологических памятников Горного Алтая 7. В Институте археологии РАН было проведено компьютерное картографирование для анализа этнокультурных связей населения Кавказа I тыс. нашей эры 8.
Небезуспешные попытки построить подобную систему уже предпринимались в Вол-
гоградском государственном университете. Коллективом авторов разработана электронная поисковая база данных «Артефакт-2», которая была размещена по адресу: http:// archlab.volsu.ru.
Модель
археологической геоинформационной системы (АГИС)
Для создания информационной системы, актуальность разработки которой обоснована в предыдущем пункте, необходимо, прежде всего, построить ее модель. Это подразумевает создание формализованного описания функций системы, ее составных частей и взаимодействия между ними каким-либо способом.
Для построения модели информационной системы могут применяться различные подходы. Нами был выбран язык UML (Unified Modeling Language) - унифицированный язык моделирования, применяющийся для создания моделей программных продуктов и информационных систем. Для создания абстрактной модели в UML используются условные графические обозначения; описание модели системы при этом сводится к созданию различного рода диаграмм. UML позволяет разработчикам информационных систем достигнуть соглашения в графических обозначениях для представления общих понятий и больше сконцентрироваться на проектировании и архитектуре.
На рисунке 1 представлено схематичное изображение предлагаемой модели (диаграмма развертывания) АГИС. Данные об археологических объектах: могильник, курган, погребение, поселение, стоянка - будут заноситься в соответствующую базу данных. Для работы с базами данных необходимо использование системы управления базами данных (СУБД). Записи в базе данных будут взаимно однозначно соответствовать положению условных знаков на плане или карте местности, отображающих местоположение и тип объектов. Реализовать указанное соответствие можно с помощью ГИС, позволяющей хранить сведения о картографическом объекте во внешней базе данных. Web-интерфейс будет обеспечивать удаленный доступ пользо-
вателя к пространственным данным. Web-интерфейс будет связан с картографическим web-сервисом ГИС, с помощью которого будут реализованы возможности навигации по карте, изменения ее масштаба, выбора объекта на карте и просмотра сведений о нем.
На рисунке 2 изображена диаграмма вариантов использования АГИС. Пользователи АГИС будут делиться на три категории. Тип пользователя будет определять его возможности при работе с АГИС.
Обычные пользователи разрабатываемой АГИС смогут только просматривать отчеты. Для этого им будет предоставлено право получить список отчетов, либо по году их составления, либо по выбранному объекту на карте. Последнее подразумевает, что у обычного пользователя должна быть возможность просмотра карты.
Перечислим основные возможности опытного пользователя. Опытные пользователи, помимо всех действий, предоставля-
/ / ж / /
ГИС СУБД Отчеты
/ / /
/ / / /
Картографический (чеЬ-сервис У#еЬ-сервер
/
Рис. 1. Структура АГИС (диаграмма развертывания)
Выбор года
Рис. 2. Диаграмма вариантов использования АГИС Вестник ВолГУ. Серия 9. Вып. 8. Ч. 2. 2010
емых обычному пользователю, также смогут добавлять объекты на карту, редактировать и удалять выбранные объекты, добавлять новые отчеты, а также редактировать и удалять их. Для редактирования и удаления объекта необходимо выбрать его на карте. Добавление отчета также включает в себя выбор объекта. Для того чтобы отредактировать или удалить отчет, опытному пользователю необходимо получить список отчетов, выбрав либо объект на карте, либо год составления отчета.
Роль администратора является расширением роли опытного пользователя. Помимо всех действий опытного пользователя, наследуемых администратором, он должен осуществлять управление пользователями (добавлять новых пользователей и управлять их полномочиями).
Возможные средства разработки современных АГИС
Для компонентов разрабатываемой информационной системы, показанных на рисунке 1, необходимо выбрать программные продукты, обеспечивающие оптимальное выполнение функций АГИС.
По нашему мнению, в качестве СУБД лучше всего использовать PostgreSQL (http:// www.postgresql.org/) - свободную объектнореляционную СУБД. Она является свободной альтернативой коммерческим СУБД (таким как Oracle Database, Microsoft SQL Server, IBM DB2) и реализована для различных платформ (Solaris, Free/Net/OpenBSD, GNU/Linux, Mac OS X, Windows и др.), что позволяет использовать ее под управлением практически любой операционной системы. Выбор этой СУБД обусловлен также тем, что существует ее расширение, предназначенное для хранения в базе географических данных -PostGIS. PostGIS включает в себя поддержку пространственных индексов и функции обработки географических данных.
Как представляется, при выборе ГИС особого внимания заслуживают два программных продукта.
1. Карта 2008 (http://www.gisinfo.ru/ products/map2008_prof.htm, разработчик КБ «Панорама») - универсальная ГИС, имеющая
средства создания и редактирования электронных карт, данных дистанционного зондирования (ДДЗ), выполнения различных измерений и расчетов, построения трехмерных моделей, обработки растровых данных, средства подготовки графических документов в электронном и печатном виде, а также средства для работы с базами данных.
2. GRASS (http://www.grass-gis.org/) -система для обработки географической информации с открытым исходным кодом, которая поддерживает большое количество форматов данных и является достойной альтернативой многим коммерческим ГИС. Данная ГИС реализована для различных платформ (Solaris, Free/Net/OpenBSD, GNU/Linux, Mac OS X, Windows и др.).
Для создания картографического web-сервиса, в зависимости от выбора ГИС, возможно два варианта.
1. MapServer (http://mapserver.org/) - на сегодняшний день является одной из самых популярных сред создания картографических web-сервисов с открытым кодом. MapServer работает практически на всех программноаппаратных платформах, имеет широкие функциональные возможности, поддерживает большое количество растровых и векторных форматов, легко интегрируется с различными СУБД. MapServer полностью соответствует стандартам, разработанным OpenGIS Consortium (в этот консорциум входят фирмы, являющиеся ведущими разработчиками ГИС в мире: Autodesk, Intergraph, MapInfo, LaserScan и др.). Строго говоря, MapServer позиционируется разработчиками не как конечное приложение, а как среда разработки. Тем не менее нельзя сказать, что MapServer является простой средой разработки.
Для создания полнофункционального сайта потребуются знания одного или нескольких перечисленных выше языков программирования. Однако существует несколько возможностей обойти необходимость программирования интерфейса картографического сервиса «с нуля». Для этого можно использовать уже написанные открытые библиотеки на PHP, Java или других языках. Такие библиотеки, по сути, представляют из себя наборы написанных процедур и сценариев для создания инструментов и функций картографических серви-
сов. Наиболее простыми в использовании, на наш взгляд, являются «надстройки» Chameleon (http://chameleon.maptools.org/ index.phtml?page=home.html) и P.mapper (http:/ /www.pmapper.net/).
2. ГИС Сервер 2008 (http://www.gisinfo.ru/ products/gisserver.htm) - программа, предназначенная для обеспечения удаленного доступа к картографическим данным пользователей программ ГИС Карта 2008, Панорама-Редактор, ГИС Навигатор 2008, ГИС-вьюер и других программ, разработанных в среде GIS ToolKit версии 10 и новее. Сервер предоставляет удаленный доступ к векторным картам, растрам и матрицам. В состав продукта входит ГИС Администратор 2008 - программа, предназначенная для настройки параметров работы ГИС Сервер 2008. Программа позволяет определять список пользователей, список данных и их свойства, что позволяет настраивать ГИС Сервер 2008 для конкретного применения. Для каждой группы пользователей формируется свой список доступных данных. Доступ пользователя к данным производится по имени пользователя и паролю.
Для хранения отчетов предлагается использовать формат OpenDocument Format (ODF) - открытый формат для хранения и обработки таких документов, как заметки, отчеты, книги, электронные таблицы, рисунки и презентации, являющийся международным стандартом ISO/IEC 26300. Предполагается возможность конвертирования отчетов в распространенный формат PDF, также являющийся открытым стандартом ISO 32000.
В качестве web-сервера в случае выбора связки GRASS - MapServer можно выбрать один из двух наиболее распространенных: Microsoft Internet Information Services (http://www.microsoft.com/iis) или свободный web-сервер Apache (http://httpd.apache.org). Основными достоинствами Apache считаются надежность и гибкость конфигурации, возможность использования на практически любой программно-аппаратной платформе. Он позволяет подключать внешние модули для предоставления данных, использовать СУБД для аутентификации пользователей, модифицировать сообщения об ошибках и т. д. Основными достоинствами Microsoft Internet Information Services являются его очень глу-
бокая интеграция с серверными приложениями от компании Microsoft (например, SQL Server) и операционными системами семейства Windows, а также полная поддержка современной технологии .NET.
В случае выбора программных продуктов от КБ «Панорама» придется использовать именно Microsoft Internet Information Services, поскольку ГИС Сервер 2008 очень глубоко с ним интегрирован.
Заключение
Как представляется, с учетом будущего развития разрабатываемой АГИС и ее размещения в глобальной сети Интернет (построенной на основе разнообразных программно-аппаратных платформ), более правильным будет использование следующего набора программных продуктов: PostgreSQL/PostGIS, GRASS, MapServer и Apache. В случае реализации АГИС для работы только в локальной сети, в силу использования в подавляющем большинстве случаев продукции компании MicroSoft, вероятно, наиболее удачным будет использование продуктов КБ «Панорама» в связке с СУБД PostgreSQL.
Данная АГИС позволит добиться быстрого поиска аналогий, создавать типологические и хронологические ряды, проследить преемственность культур, что не только облегчает работу, но и расширяет рамки исследования 9. В то же время АГИС позволяет преодолеть замкнутость гуманитарных наук, поскольку использует естественно-научные методы, взаимодействует со смежными дисциплинами (антропология, палеопочвоведение, остеология) и применяет новые информационные технологии.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Работа выполнена при поддержке гранта № 53-2009-а/ВолГУ
2 Коробов Д. С. Применение геоинформа-ционных технологий при изучении системы расселения алан Кисловодской котловины // Тр. II (XVIII) Всерос. археол. съезда в Суздале. - М. : ИА РАН, 2008. - Т. III. - С. 275-278 ; Халяпин М. В. Объекты историко-культурного наследия степного Приуралья в свете геоинформационных исследований (из опыта проектирования регионально-
го ГИС) // Тр. II (XVIII) Всерос. археол. съезда в Суздале. - М. : ИА РАН, 2008. - Т. III. - С. 284-287.
3 Ковалевская В. Б. Компьютерное картографирование и анализ этнокультурных связей населения Кавказа I тыс. н. э. // Тр. II (XVIII) Всерос. археол. съезда в Суздале. - М. : ИА РАН, 2008. - Т. III. - С. 272-275.
4 Коробкова Е. А., Черничкин М. С. К вопросу о создании информационной системы археологических источников // Нижневолжский археологический вестник. - Волгоград : Изд-во ВолГУ, 2003.- Вып. 6. - С. 295.
5 Белинский А. Б. Применение методов дистанционного зондирования земли при создании гео-информационной системы «Археологическое наследие Ставропольского края» // Тр. II (XVIII) Все-
рос. археол. съезда в Суздале. - М. : ИА РАН, 2008. -Т. III. - С. 260-261.
6 Халяпин М. В. Указ. соч.
7 Шитов А. В., Эбель А. В., Ван Хюле В. Первый опыт создания кадастра археологических памятников Горного Алтая при помощи GPS-приемников и ГИС-картирования // Геоинформатика-2000 : тр. Междунар. науч.-практ. конф. - Томск : Изд-во Том. ун-та, 2000. - С. 356-357.
8 Ковалевская В. Б. Указ. соч.
9 Белоусов В. Е., Шинкарь О. А. База данных археологических памятников Волгоградской области // Информ. бюл. ассоциации «История и компьютер», N° 32, апр. 2004. - М. ; Томск : Изд-во Том. ун-та, 2004. - С. 187.
