Геореференция как полевая переменная Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334 (Онлайн)

Адрес статьи: pnojournal.wordpress.com/archive16/16-06/ Дата публикации: 1.01.2017 № 6 (24). С. 101-105. УДК 001

В. П. Кулагин

Геореференция как полевая переменная

Статья описывает геореференцию, как элемент разных информационных полей, специальный объект изучения геоинформатики. Геореференция в прикладной области является описанием пространственных отношений. Лингвистика определяет геореференцию как производную референции. Логика определяет геореференцию как логическую цепочку. Информационное поле определяет геореференцию как полевую переменную. Статья описывает реализацию геореференции через фонд информационных единиц и их актуализаторы.

Ключевые слова: информация, геореференция, философия информации, пространственный анализ, информационные единицы, моделирование, информационное конструирование, информационное поле, полевая переменная

Perspectives of Science & Education. 2016. 6 (24)

International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334 (Online)

Available: psejournal.wordpress.com/archive16/16-06/ Accepted: 1 December 2016 Published: 1 January 2017

No. 6 (24). pp. 101-105. .. ~

V. P. Ku LAG I N

The georeference as field variable

This article describes the geo-reference, as a special object of study Geoinformatics. Geo-reference in the application area is the description of spatial relations. Linguistics defines the reference of the geometry as a derivative reference. The logic determines the reference of the geometry as a logical chain. Information field specifies the reference of the geometry as a field variable. This article describes the implementation of geo-reference information units through the fund and actualizer.

Keuwords: Geoinformatics, Applied Geoinformatics, geo-reference, geocoding, georeferencing, spatial analysis, information units, modeling, information engineering, information field, a field variable

Введение

рименение пространственной информации для решения прикладных задач в последнее время сталкивается с проблемой «больших данных» [1]. При этом важным является не просто упрощение сложной информации и получение полезной информации, а преобразование ее в информационные модели разных видов: цифровые модели [2, 3], модели ситуаций

[4], дескриптивные и прескриптивные модели

[5], управленческие модели. В современных информационных системах модели являются основой обработки информации. Это повышает значение рационального формирования моделей [6, 7] для информационных систем с использованием различных методов.

Значительный объем пространственной информации, накопленный в результате производственной деятельности, а также разнообразие форматов, систем координат и технологий затрудняют процессы обмена информацией и использование уже полученной информации. Требования стандартизации, предъявляемые к пространственной информации, обуславливают необходимость поиска новых методических решений и построение новых теоретических моделей. Эти модели должны решать многоаспектные задачи.

Человек получает информацию в информационном поле. Однако общее информационное поле включает различные информационные поля, что ставит задачу нахождения показателей или информационных единиц, применимых в разных информационных полях. Это так-

же требует разработки новых информационных методов, описывающих информационные и пространственные отношения. Одним из таких методов является геореференция.

Многоаспектность применения геореференции

Геореференция применяется в разных аспектах. Она служит средством описания связей между пространственными объектами [8]. Она служит инструментом при организации поиска информации. Она служит инструментом для получения знаний [9, 10].

Лингвистически геореференцию можно рассматривать как пространственную ссылку. В работах [8, 10] дается определение геореференции как процедуры соотнесения информации об с их пространственным расположением. Также говорят о географическом или пространственном факторе, с которым соотносится любая не пространственная информация в процессе геореференции.

Геореференция используется в разных аспектах: информационном, пространственном и лингвистическом и логическом. Информационный аспект определяет гереференцию как описание или дескриптивную модель [5]. Пространственный аспект соотносит геореференцию с точками координатного пространства [11] (любого: земного, подземного, околоземного, космического). В этом аспекте геореференция может рассматриваться как пространственная референция и инструмент координатной привязки в пространстве. Термин координатная привязка означает определение пространственного объекта в заданной координатной системе [12]. Причем для это цели используют не только координатs, но и векторные поля и лингвистические ссылки. Это говорит о возможности использования геореференции в разных информационных полях.

Лингвистический аспект связывает геореференцию с термином «референция». В этом случае геореференция рассматривается как лингвистическая ссылка для поиска информации, для лингвистического анализа. Лингвистический аспект определяет геореференцию в терминологическом поле [23] или в семантическом поле как инструмент связывания объектов семантического или терминологического полей.

Таким образом, рассмотренные три аспекта геореференции связывают ее с разными информационными полями: пространственным координационным полем, векторным пространственным полем, семантическим полем, терминологическим полем. Это дает основание рассматривать геореференцию как полевую переменную [13], которая характеризует и связывает разные поля в геоинформатике.

Логический аспект рассмотрения геореференции дает возможность применять дедуктивный

подход. Используя дедуктивный подход, можно рассматривать геореференцию как переход от общего (референция) к частному (геореференция). Референция (англ. Referens - относящий, сопоставляющий) определяется как отнесение именных групп или их эквивалентов, к объектам действительности (референтам, денотатам). Часто географические названия и отношения между ними определяют геореференцию в этом аспекте [8].

_Поля и параметры поля

Познание окружающего мира осуществляется через информационное поле. Информацию делят на естественную и искусственную. Естественная информация - это информация о естественных объектах и явлениях. Естественная информация объективно отражает существующие в природе объекты, законы, процессы, связи, отношения, взаимодействия. В процессе познания человек использует инструменты, и методы для получения информации. Иногда такая информация, прошедшая через средства измерения, не является полностью адекватной. Она является искусственной. При получении искусственной информации человек использует допущения и предположения о связях и закономерностях. При получении искусственной информации человек вносит погрешности в измерения за счет ошибок приборов и методов измерения. Все это приводит к тому, что в результате познания человек создает некую модель информационного поля, которую следует считать искусственной.

Однако, искусственное и естественное информационные поля обладают свойством системности. Это обусловлено тем, что мир есть система систем или совокупность вложенных систем. Поэтому оба информационных поля отражают свойство системности мира.

Объекты окружающего мира взаимодействуют между собой. В силу взаимодействия они с течением времени находятся в различных состояниях и различных отношениях. Динамические объекты имеют части, которые также находятся в определенных отношениях. Свойства и отношения объектов и их частей изменяются во времени. В различные моменты времени взаимодействия объектов вызывают события, которые могут вызывать другие события.

Отражением множества состояний реальных объектов является естественное информационное поле. В этом поле находятся образы отражения реальных объектов - объекты информационного поля, или «информационные объекты». Объекты информационного поля являются информационно-определенными. Они имеют дескриптивное описание [5]. В тоже время динамика взаимодействия и состояний задает пре-скриптивное описание [5]. Оно означает, что для описания объектов можно применять информа-

ционное моделирование и динамические модели.

Опыт научных исследований дает основание считать, что существуют разные поля. Можно сравнить информационное поле с другими полями, чтобы понять его содержание и особенности.

Поле в общей алгебре определяется как алгебраическая структура, для которой определены алгебраические операции. Простейшим полем является «поле натуральных чисел». Это поле имеет элементы, при этом элементы поля не обязательно являются числами. Алгебраическое поле может быть дискретным и непрерывным.

Физическое поле представляют некоторой переменной физической величиной [14], определенной во всех точках пространства и меняющейся со временем. Эту величину называют «полевой переменной». Физическое поле чаще всего является непрерывным. В квантовой теории поля «полевая переменная» может рассматриваться формально как пространственная функция ей сопоставляется соответствующий оператор [14]. Особенностью «полевой переменной» в физике является то, что она часто определяется с помощью физических зависимостей, то есть по математическим формулам. Полевая переменная определяется фактически как функция.

В настоящее время широко применяют глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) для исследования наземного пространства. В ходе таких исследований применяют термин «навигационное поле». Навигационное поле - реальное пространство, в каждой точке которого с помощью специальной приемной аппаратуры можно определять местоположение и время определения этого местоположения. Оно имеет элементы и является непрерывным.

В области искусственного интеллекта применяют понятие «поле знаний». «Поле знаний» определяют как абстрактное пространство, связанное с реальными пространством и информационно определяемыми характеристиками. Оно имеет элементы и чаще всего является дискретным.

Существует понятие «гипотетическое поле». С помощью этого термина обозначают поля, которые описываются теориями, не содержащими внутренних противоречий, но достоверно не проверенными. Гипотетическое поле обычно согласуется с наблюдениями и позволяет получить наблюдаемые следствия. Гипотетическое поле дает новые знания и новую информацию в сравнении с известными теориями и полями. Информационное поле можно отнести к подобному гипотетическому полю.

На практике можно создавать большое количество гипотетических полей и теорий. Чтобы исключить множество возможных, но бесполезных теорий, применяют принцип «фальцифицируе-мости» [15]. Этот критерий сформулирован К.Р. Поппером в 1935 году [16]. Теория удовлетворяет критерию Поппера и является фальсифицируе-

мой, то есть научной, если существует методологическая возможность её опровержения путём постановки эксперимента, даже если такой эксперимент ещё не был поставлен.

Таким образом, информационное поле возникает как одно из разновидностей полей. С другой стороны, все перечисленные выше поля можно считать информационными, как «частные информационные поля» описания внешнего мира. Это дает основание считать понятие «информационного поля» общим понятием. Можно сформулировать дефиницию информационного поля на основе проведенного анализа.

Информационное поле [13] - поле, в каждой точке которого определен один или несколько информационно определяемых параметров. Такой показатель может быть дихотомическим, пространственно- параметрическим, пространственным, семантическим, лингвистическим и т. д. Следует подчеркнуть отличие от физических полей. В физических полях «полевая переменная» чаще всего является функцией. В информационных полях «информационный параметр поля» является либо вектором, либо аргументом, либо показателем.

В связи с широким распространением дистанционного и виртуального образования появился термин "виртуальное информационное поле". Распространение информационных систем привело к модификации термина «информационное поле» как некой инфраструктуры [17].

Если информационное поле связано с реальным пространством, то можно говорить о его разновидности «информационное пространственное поле».

Информационное поле позволяет соединять различные показатели в единую систему. Поэтому информационное поле служит основой связи между разными эмпирическими данными. В математике используют функциональные связи между различными величинами. Информационное поле задает информационные связи между данными, которые могут быть впоследствии описаны различными функциональными связями.

Геореференция является элементом многих полей. Поэтому есть все основания считать ее индикатором и показателем поля - то есть полевой переменной.

Принципы применения геореференции

В лингвистическом и пространственном аспекте геореференция должна отвечать трем принципам: замещения, предметности и однозначности.

Принцип замещения заключается в том, что пространственные обозначения, обозначающие один и тот же объект, могут взаимно заменяться. Например, имена «Москва» и «Столица России» могут взаимно заменяться. Соответственно, если любые имена х и у имеют одинаковый денотат,

то утверждения А(х) и А(у) также имеют одинаковые значения при разных именах x и у. Семантически это означает, что одна сущность имеет разные формы представления.

Принцип предметности заключается в том, что геореференция выражает пространственные и лингвистические отношения между пространственными объектами, а не между их названиями. Например, геореференция «кадастровый номер» отражает связи между элементами кадастровой системы, а не между названиями элементов этой системы.

Принцип однозначности заключается в том, что геореференция должна однозначно обозначать только один предмет. Например, геореференция «почтовый адрес» отражает адрес определенного объекта. Эти принципы определяют построение геореференции как прескриптивной информационной модели [5]. Геореференция формируется как информационная конструкция на основе информационных единиц.

При координатном описании пространства геореференция рассматривается как инструмент привязки к координатному пространству. Например, декартова система координат определяется как: «Система для локализации точки на основе отношения (референции by reference) ее расстояния от осей, пересекающихся под прямым углом, часто представляемых как сетка на карте» [5].

Технология реализации геореференции в пространстве называется «Геореференцирование» (Georeferencing) [18]. Геореференцирование означает технологию связывания названия с определенным местом в реальном земном пространстве. Этот термин обычно используется в ГИС для описания процесса привязки электронной карты или растрового изображения с пространственным местом на поверхности Земли.

Для реализации георефернцирования применяют специальные справочники. Например, пространственные местоположения наиболее широко представлены с помощью справочной системы координат, которая , в свою очередь , может быть связано с геодезической системы отсчета , такой как WGS-84. Георефернцирование включает установление релевантного положения объекта на аэрофотоснимке изображению на карте или в пространстве. В ГИС есть специальная процедура геокодирования (Goecoding) [19], которая осуществляет привязку объектов карты к адресам или координатам. Геокодирование можно рассматривать как частный случай геореференцирования.

В реализации геореференции участвуют: информационные единицы и их актуализаторы. Акутализаторы это либо методы (геокодирование), либо информационные единицы, которые привязывают модель к действительности. Они конкретизируют и актуализируют информационную модель, переводя ее понятие из абстрактного или общего в конкретное значение. На-

пример, общее понятие (общая модель) "река" переводится в понятие "широкая река Волга". Актуализаторы: «широкая», «Волга».

Геореференция может реализовываться как идентифицирующая референция, то есть как идентификатор, указывающий на событие, явление, процесс. Идентифицирующая геореференция опирается на отношения: указание, именование и обозначение. Эти три вида отношений задают три способа представления геореференции. Обозначение (идентификация) как отношение применяют для представления геореференции в ситуации явного описания геообъекта. Например, «Столица России». Именование (идентификация) как отношение применяют для представления геореференции при неявном описании пространственного объекта. Например, «Город - герой».

Указание (ограничение, отношение, сравнение) применяют для представления геореференции при отсутствии точного описания объекта. Оно соотносит геореференцию к другим объектам, находящимся в каких-либо пространственных отношениях с искомым пространственным объектом. Например, «Юго-Восток». Георефенция может рассматриваться как инструмент снятия информационной неопределенности [29, 30].

Геореференция делиться на простую и составную. Простая геореференция реализуется с помощью геокодирования. Сложная геореференция представляет собой логическую цепочку, связывающую понятие с положением или пространственных объектом. Сложная геореференция геореференция может быть описана графом G(X,U), который представляет собой пару множеств X, и.

Здесь X множество вершин (терминов, понятий), и множество ребер (отношений, связей), объединяющих понятия в систему терминологических отношений. Такая геореференция задает пространственные связи и отношения. Отношения порядка формируют линейную структуру графовой модели. Если последовательно брать отношения четкого порядка, то это будет структурная модель простой линейной геореференции или четкого графа. Линейная геореференция (LGR) может быть записана в общем виде как

LGR= (О1, г1 ; О1, г2 ;.....О1, гп ) (1)

Эта модель является характерной для земельного кадастра. В выражении (1) отношения могут быть разными. Но главным является уникальность линейной геореференции. На практике не всегда встречаются отношения строгого порядка из-за нечеткости реальной информации, а главное, из-за многозначности описания. Это означает, что для некоторых объектов информационные элементы в LGR могут повторяться, а связи - зацикливаться или дублироваться.

Если существует неоднозначность в описании

геореференции, то ее структурная модель представляется как мультиграф. В этом случае необходима диверсификация исходной модели и дополнение выражения (1) новыми компонентами. Поэтому структурная модель геореференции является усложнением линейной. Сложная геореференция включает, как минимум, три связанных цепочки «место», «время» и «тема».

На основании вышеизложенного, структурно геореференция представляет собой информационную модель события или объекта, в которой связаны все факторы, имеющие отношение к информационному полю. Построение моделей геореференции позволяет получать пространственное знание и геознание. В настоящее время геореференция опирается на геопространственные данные, которые включают три группы: место время тема.

Заключение

Понятие геореференции снимают информационную неопределенность и позволяют решать задачи поиска и систематизации пространственной информации. Геореференция является новым и понятием, которое одновременно может присутствовать в разных информационных полях. Она индицирует эти пол я поэтому может считаться полевой переменной. Геореференция является удобным средством описания при нечеткой информации и больших объемах информации. По своей структуре она близка когнитивной карте и поэтому может применяться в когнитивных технологиях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чехарин Е.Е. Большие данные: большие проблемы // Перспективы науки и образования. - 2016. - №3. - с.7-11.

2. Цветков В.Я. Использование цифровых моделей для автоматизации проектирования // Проектирование и инженерные изыскания. - 1989. - № 1. - с. 21 -23.

3. Bird P. An updated digital model of plate boundaries //Geochemistry, Geophysics, Geosystems. - 2003. - V.4. - №. 3.

4. Цветков В.Я. Информационные модели объектов, процессов и ситуаций // Дистанционное и виртуальное обучение-

2014. - №5. - с.4- 11.

Цветков В.Я. Дескриптивные и прескриптивные информационные модели // Дистанционное и виртуальное обучение-

2015. - №7. - с.48- 54

Цветков В.Я. Семиотический подход к построению моделей данных в автоматизированных информационных системах // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2000. - №5. - с. 142-145.

Zhang S. et al. Building information modeling (BIM) and safety: Automatic safety checking of construction models and schedules //Automation in Construction. - 2013. - V. 29. - p.83-195.

Hill Linda L. Georeferencing: The Geographic Associations of Information - MIT Press Cambridge, Massachusetts, London, England- 2009, - 272 p.

Розенберг И.Н., Вознесенская М.Е. Геознания и геореференция.// Вестник Московского государственного областного педагогического университета. -2010. - № 2. - с. 116-118.

10. Цветков В.Я. Геореференция как инструмент анализа и получения знаний // Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле». 2011. — №2. с.63-65.

11. Кулагин В.П. Геореференция как описание пространственных отношений// Славянский форум, 2015. - 4(10) - с.175-183

12. Розенберг И.Н. Цветков В.Я. Координатные системы в геоинформатике - МГУПС, 2009 -67с

13. Tsvetkov V.Ya. Information field. // Life Science Journal. - 2014 - 11(5). -рр.551-554.

14. Bogolubov N. N., Logunov A. A., Todorov I. T. Introduction to axiomatic quantum field theory , Reading, Mass. - 1975.

15. Raoult D. Creationism—remember the principle of falsifiability //The Lancet. - 2009. - Т. 372. - №. 9656. - p.2095-2096.

16. Karl Popper// Stanford Encyclopedia of Philosophy.

17. Bacon C. J., Fitzgerald B. A systemic framework for the field of information systems //ACM Sigmis Database. - 2001. - Т. 32. - №. 2. - С. 46-67

18. https://en.wikipedia.org/wiki/Georeferencing

19. Hackeloeer, A.; Klasing, K.; Krisp, J.M.; Meng, L. (2014). "Georeferencing: a review of methods and applications". Annalys of GIS. 20 (1): 61-69.

Информация об авторе Кулагин Владимир Петрович

Доктор технических наук, профессор Заведующий лабораторией НИУ ВШЭ E-mail: kvp@miem.ru

Information about the author

Kulagin Vladimir Petrovich

Doctor of technical Sciences, Professor Head of laboratory HSE E-mail: kvp@miem.ru