CC BY
240
УДК 528.94
А.П. Карпик, Д.В. Лисицкий СГГА, Новосибирск
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЕДИНОГО ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА ТЕРРИТОРИЙ
Рассмотрены основные принципы формирования единого геопространства территорий как эффективная основа для принятия управленческих решений и управления территориями в современных условиях.
A.P. Karpik, D.V Lisitsky
Siberian State Academy of Geodesy, Novosibirsk
GENERAL PRINCIPLES OF A UNIQUE GEOINFORMATION FIELD OF TERRITORIES DEVELOPMENT
General principles of a unique geoinformation field of territories development as an efficient basis for making administrative decisions and management of territories in new conditions are considered.
Геоинформационное пространство (ГИП) представляет собой совокупность информационных координированных компьютерных моделей территорий и является цифровым описанием совокупности частных представлений изучаемого геопространства, созданных человеком в компьютерной среде и предназначенных для компьютерного использования при решении пространственных задач и выработке пространственных решений [1]. Во многих зарубежных публикациях понятие геоинформационного пространства отображается термином «Цифровая Земля», основная идея и содержание которого сформулированы вице-президентом США Альбертом Гором в 1992 г. и озвучены в 1998 г., в ходе его выступления в Калифорнийском научном центре в Лос-Анжелесе. В отечественной литературе сущность, основные свойства и методологические основы построения геоинформационного пространства в современном теоретическом представлении рассмотрены в работе [2].
Однако сегодня мир вплотную подошел к осознанию необходимости реализации наработанных теоретических представлений и к осуществлению этого грандиозного проекта. Создание геоинформационного пространства («Цифровой Земли») для разных территориальных уровней, разных сегментов природной среды, разных объектов, процессов, явлений и видов деятельности требует специальных междисциплинарных научных исследований, в рамках которых должны быть разработаны содержание, свойства, параметры и структуры накапливаемой информации, технологии распределенной обработки,
управления данными, формирования и использования знаний о геопространстве, многомерного пространственного моделирования, представления в сети Интернет.
Для решения этих сложных межотраслевых задач вначале необходимо обосновать и сформулировать основные принципы и концепцию формирования геоинформационного пространства.
На первом этапе, следуя известной стратегии системного анализа, необходимо рассмотреть основные концептуальные аспекты создания, ведения и функционирования геоинформационного пространства как «черного ящика», т. е. информационной системы с неизвестной структурой и содержанием, но с заданными функциями и формой взаимодействия с окружающим миром.
Для этого целесообразно ответить на несколько принципиальных вопросов:
1. Место и роль ГИП в экономике и жизнедеятельности общества.
2. Кому и зачем нужно ГИП?
3. Какой эффект следует ожидать от создания и функционирования ГИП?
4. Какие функции должно осуществлять ГИП?
5. Какие силы и ресурсы необходимо задействовать для реализации этого проекта?
6. В какой последовательности и за какой период времени необходимо создание ГИП?
7. Какие организационные и технические мероприятия необходимо осуществить для создания и функционирования ГИП?
Отвечая на поставленные вопросы в той же последовательности, можно сформулировать следующие принципиальные положения.
1. ГИП является составной частью общего информационного поля, специализирующейся в области отображения пространственных свойств окружающего нас мира. Специфика здесь заключается в особом способе восприятия человеком окружающего пространства посредством формирования в мозге визуальных образов. Поэтому получение и передача пространственной информации во всех направлениях деятельности человека также базируется на формировании аналоговой (или псевдоаналоговой) визуальной модели местности. Одновременно с этим, развитие информационных технологий обусловило формирование, наряду с аналоговой, цифровой модели местности, пригодной для компьютерной обработки.
2. ГИП как современная пространственная модель мира необходима во всех сферах человеческой деятельности, осуществляемой на (над, под) поверхности Земли и планет. На ее основе и с ее помощью решаются научные и производственные задачи различных отраслей экономики, управления территориальными образованиями, военной деятельности и др. Пространственные модели в виде аналоговых изображений - карт, аэро-, космоснимков и др. - всегда широко использовались человеком. Однако на современном этапе развития человеческой цивилизации с резко возросшей динамикой процессов (в том числе изменений местности в процессе
деятельности человека), техногенной нагрузкой на природную среду, развитием опасных производств и новых видов вооружений возможности простых аналоговых моделей уже исчерпаны. Сегодня нужны адекватные современным проблемам, решаемым задачам, условиям производства и жизни населения компьютерные (цифровые) модели пространства, ориентированные по степени детальности, точности и соответствия действительности на весь огромный диапазон их каждодневного применения.
3. Создание, ведение (т. е. непрерывное обновление) и использование ГИП позволяет достичь нескольких эффектов:
- Обеспечить актуальной, достоверной, точной и полной информацией все виды деятельности и проживания на территории;
- Обеспечить решение принципиально новых задач по моделированию и прогнозированию последствий принимаемых пространственных решений, подсчету рисков, раннему предупреждению кризисных ситуаций и др.;
- Качественно, на порядки, повысить уровень информационного обеспечения управления территориями и быстропротекающими процессами при кризисных ситуациях природного и техногенного характера, в организации современной транспортной деятельности и др.;
- Интегрировать в единый информационный продукт многочисленные отдельные информационные массивы, объединить усилия огромного числа работников информационной сферы, что позволит существенно снизить затраты средств и времени на создание и ведение гип.
4. Функции ГИП обусловлены его назначением, характером создания и использования. Современные потребности и в еще большей степени потребности ближайшего будущего определяют следующие основные функции ГИП:
- Прием, накопление и хранение базовой геоинформации о Земле, «привязанной» к единой координатной основе и представленной в стандартизированном виде, установленном общегосударственными соглашениями в рамках российской инфраструктуры пространственных данных (РИПД); при этом в состав базовой входит геоинформация по разным сегментам природной среды и разным отраслям деятельности на Земле;
- Прием, накопление и хранение дополнительной информации (в том числе мультимедийной) о территории, отражающей ее пространственные свойства и представленной в распространенных общетехнических форматах и с произвольным содержанием, заданным поставщиком информации;
- Осуществление непрерывного мониторинга состояния геоинформационной изученности территории и выдача результатов анализа изученности для управления процессами получения базовой геоинформации для обновления баз данных;
- Поиск и выдача по запросам на заданную территорию и заданный тематический сегмент базовой геоинформации и дополнительной информации.
5. Реализация ГИП может быть успешно осуществлена только на базе объединения усилий, трудовых и денежных ресурсов государства, отраслей
экономики, отдельных организаций и физических лиц. Для этого необходимо четкое разграничение сфер деятельности и ответственности участников проекта, при этом общее руководство и координирование всего проекта целесообразно возложить на государственные компетентные органы. Привлечение остальных участников должно основываться на сформулированных государственных директивах экономических механизмов, обеспечивающих интересы привлеченных органов, организаций и лиц.
6. Создание ГИП целесообразно вести одновременно по нескольким масштабным уровням, сегментам природной среды и отраслям деятельности на Земле, соответствующим уровням решаемых задач и степени потребности в новом уровне информационного обеспечения.
На втором этапе концептуальной проработки вопросов создания, ведения и функционирования ГИП уже можно, опираясь на сформулированные описания и представления геоинформационного пространства как «черного ящика», приступить к выработке базовых принципов внутреннего построения, содержания и механизмов функционирования ГИП.
По содержанию пространственной информации в ГИП предлагаются следующие принципиальные положения:
- В ГИП собирается, накапливается и хранится два разных массива информации - базовой геоинформации, подлежащей непрерывному обновлению и поддержанию в актуальном состоянии и дополнительной информации, отражающей пространственные свойства местности и/или ее отдельных пространственных объектов на указанный момент времени;
- В состав базовой геоинформации входят информационные массивы, отражающие разные сегменты природной среды, разные отрасли человеческой деятельности на Земле, имеющие обязательную координатную привязку в единой системе координат, представленные в общенациональном стандартизированном виде (по требованиям РИПД);
- В каждом информационном массиве базовая геоинформация описывает
территорию как совокупность соответствующих тематике массива пространственных объектов: объектов местности, процессов, явлений и
событий; при этом пространственные объекты могут быть реальными или виртуальными;
- Пространственные объекты каждой предметной области задаются на разных масштабных уровнях, определяющих степень детальности их описания и представления в ГИП.
По структуре ГИП предлагаются следующие принципы построения:
- Вся информация ГИП размещается в виде сети взаимосвязанных объектно-ориентированных баз данных, распределенных по территориально -тематическим признакам, т. е. содержащих геоинформацию на заданные административно-территориальные образования с одновременным разделением ее по предметным (тематическим) сегментам и подразделением на базовую и дополнительную части;
- Каждый пространственный объект в базах данных отображается всей совокупностью разномасштабной геоинформации и сопровождается стандартной метаинформацией.
В части механизмов функционирования ГИП предлагаются следующие принципиальные положения:
- Поступающая в ГИП базовая геоинформация и сопровождающая ее метаинформация должны подвергаться входному контролю, тестированию, анализу, оценке пригодности для использования в ГИП;
- Принятая базовая геоинформация должна пройти обработку в
сочетании с уже имеющейся в ГИП геоинформацией и в обновленном виде сформированная геоинформация уже подлежит размещению в
соответствующих базах данных;
- Алгоритмы обработки геоинформации в процессе использования ГИП должны обеспечить поиск и выборку требуемой информации, преобразование выделенной информации к виду, заданному условиями запроса, масштабные преобразования с автоматической генерализацией содержания информации (от общего к частному и наоборот), проекционные преобразования под заданные условия искажений при визуализации моделей территории в виде карт, переход от двумерной к трехмерной модели территории и ее отдельных объектов (и наоборот), выделение любого пространственного объекта и получение по нему справочных данных и имеющейся мультимедийной дополнительной информации, перемещение по Земле в пространстве и во времени;
- Отобранная в результате поиска геоинформация и дополнительная информация могут быть скопированы и выданы потребителям для дальнейшей обработки и анализа прикладными программными средствами в соответствии с установленными для ГИП регламентами и соглашениями;
- В ходе создания и функционирования ГИП должен осуществляться мониторинг состояния геоинформационной изученности территории, анализ состояния изученности в части полноты и актуальности накопленной в ГИП информации, определение необходимости сбора недостающей базовой геоинформации, объявление желаемой дополнительной информации для активизации деятельности отдельных организаций и лиц в рамках краудсорсинга.
Развертывание научных исследований в СГГА в данном инновационном направлении создания и функционирования ГИП («Цифровая Земля») должно включать:
- Разработку научных основ создания, ведения, функционирования и использования в экономике и обществе цифровой геоинформации;
- Разработку концепции создания, ведения и функционирования геоинформационного пространства;
- Разработку оптимальной программы реализации этого проекта для России;
- Разработку соответствующих методик выполнения различных этапов этого проекта для российских условий;
- Выполнение экспериментальных работ по созданию геоинформационного пространства на территорию сибирского федерального округа - «цифровой округ» - и более детально - на территорию новосибирской области - «цифровой субъект федерации» - и затем - «цифровой город»;
- Формирование специализированного научного коллектива и создание профильной научной лаборатории на базе сибирской государственной геодезической академии.
Наряду с выполнением исследований и разработок по созданию и функционированию ГИП, в СГГА уже ведется параллельная работа по созданию нового эффективного инструмента для переработки геоинформации из ГИП в искомые пространственные решения. В рамках этой НИР поставлена задача разработки инструментальной справочно-аналитической ГИС, открывающей широкие возможности использования мощных возможностей ГИС-технологий в разных сферах человеческой деятельности за счет привлечения к ГИС-обработке специалистов-предметников разных сфер деятельности, не имеющих специальных знаний в области ГИС. НИР выполняется в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по контракту № 02.740.11.0735 при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям.
Таким образом, разработка и реализация грандиозного проекта создания и функционирования геоинформационного пространства в сочетании с разработкой нового инструмента для анализа и обработки геинформации позволят осуществить переход к принципиально новому уровню решения задач управления территориями и осуществления на территории всех видов человеческой деятельности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карпик, А.П. Электронное геопространство - сущность и концептуальные основы / А.П. Карпик, Д.В. Лисицкий // Геодезия и картография. -2009. - № 5. - С. 41-44.
2. Карпик, А.П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий: монография / А.П. Карпик. -Новосибирск: СГГА, 2004. - 260 с.
© А.П. Карпик, Д.В. Лисицкий, 2011
