CC BY
433
ГЕОДЕЗИЯ И ГЕОИНФОРМАТИКА
УДК 528.9
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КАРТОГРАФИИ: ОТ СИСТЕМЫ «ЦИФРОВАЯ ЗЕМЛЯ» К СИСТЕМЕ ВИРТУАЛЬНОЙ ГЕОРЕАЛЬНОСТИ
Дмитрий Витальевич Лисицкий
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой картографии и геоинформатики, тел. (383)361-06-35, e-mail: dlis@ssga.ru
Рассмотрены перспективы развития картографии и тесно связанной с ней геоинформатики. В основу анализа такого развития положена концепция технологических укладов. Результаты анализа сведены в таблицу, заключительная часть которой представляет прогноз использования геоданных и моделей на их основе до 2065 г.
Ключевые слова: картография, «Цифровая земля», геореальность, система, технологический уклад.
PROSPECTS FOR CARTOGRAPHY DEVELOPMENT:
FROM DIGITAL LAND TO VIRTUAL GEOREALITY
Dmitry V. Lisitsky
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, ul. Plakhotnogo 10, Ph. D., Prof., head of the Department of Cartography and Geoinformatics, (383)361-06-35, e-mail: dlis@ssga.ru
The prospects for the development of cartography and allied geoinformatics are considered. The analysis of the development is based on the concept of chnological stage. The results are presented in the table with the conclusion given as a forecast for applying geodata and their models for the term up to 2065.
Key words: cartography, digital earth, georeality, system, technological stage.
Системные научные исследования в области картографического и геоинформационного обеспечения экономики и жизнедеятельности общества, проводимые на кафедре картографии и геоинформатики Сибирской государственной геодезической академии как в рамках настоящей темы, так и по другим смежным разработкам, позволяют сделать определенные заключения, выводы, прогнозы по развитию этого направления, установить перспективные темы для последующих исследований и разработок.
8
Геодезия и геоинформатика
В качестве одного из системных подходов к рассмотрению направлений развития современной картографии может быть принята популярная идея инновационного развития - концепция технологических укладов (ТУ). Эта концепция предложена в России академиками Д.С. Львовым и С.Ю. Глазьевым в развитие известной теории длинных волн российского ученого Н.Д. Кондратьева [1, 2, 3]. В соответствии с этой теорией, человечеством уже пройдены четыре технологических уклада и сегодня мировая экономика находится на переходном периоде от пятого к шестому технологическому укладу (ТУ).
Технологический уклад - совокупность созданных и освоенных технологий, инноваций, изобретений, характерных для определенного уровня развития производства; в связи с научно-техническим прогрессом происходит переход от более низких укладов к более высоким, что, в свою очередь, обеспечивает количественный и качественный скачок в развитии производительных сил общества и в конечном итоге - развитие экономики.
В соответствии с положениями этой теории, мировая экономика развивается путем последовательной замены технологических укладов (волн), длительность которых составляет 50-45 лет. Известно пять технологических укладов, содержание и отличительные черты которых практически однозначно определены мировым научным сообществом. Сегодня человечество стоит перед началом следующего, шестого технологического уклада и важнейшим вопросом является определение главных составляющих этого этапа мирового развития.
Что же касается прикладных наук, то анализ их современного состояния, направления и перспективы их развития на ближайшее будущее целесообразно проводить в контексте осмысления их вклада в каждый из известных пяти технологических укладов. Еще более важно прогнозирование и определение задач, сущности, роли и места этих наук в предстоящем шестом технологическом укладе. При этом необходимо учитывать, что наступающий шестой технологический уклад по сути дела является еще и первым технологическим укладом, совпадающим по времени с новой постиндустриальной (информационной) эпохой, в которой роль информационных производств и технологий становится определяющей.
С этих позиций нами и рассматривается эволюция, современное состояние и перспективы развития картографии в рамках уже завершенных и текущего технологических укладов, прогнозируемых направлений развития мировой экономики. При этом учитывается уже проявившаяся тенденция последних лет представления картографии в неразрывном сочетании с геоинформатикой. В обобщенном виде результаты выполненного анализа можно представить следующим образом (таблица).
Как это видно из таблицы, сущность современных геоинформатики и картографии определяют ядерные элементы третьего, четвертого и пятого технологических укладов, а также наблюдаются отдельные элементы будущего, шестого ТУ.
9
10
Таблица
Изменение характеристик картографии и геоинформатики в различные периоды технологических укладов
Характеристики технологических укладов (ТУ) Характеристики картографии и геоинформатики
номер и доминирующий период ТУ ядро ТУ ключевые факторы характеристика периода, влияющая на развитие картографии и становление геоинформатики технологическое ядро ключевые факторы
1 1770-1830 Текстильная промышленность, выплавка чугуна и обработка железа, строительство магистральных каналов Водяной двигатель, текстильные машины Оживление экономики, становление и развитие национальных рынков, промышленности, развитие транспортных артерий, достижения геодезии: введение Гринвичского меридиана, понятий эллипсоида, геоида, определение фигуры Земли, разработка мензулы и тахеометра Промышленное изготовление карт, разработка способов изображение рельефа (горизонталями, послойной окраской, отмывкой), печать с плоских форм Применение проекций и данных опорных геодезических сетей, тиражирование карт, использование карт для изучения геопространства и ориентирования на местности
2 1830-1880 Железнодорожный и пароходный транспорт, машиностроение, станкостроение, угольная промышленность, черная металлургия Паровой двигатель, уголь Концентрация населения в городах, строительство железных дорог, поиск полезных ископаемых, бурный рост международной торговли, развитие опорных геодезических сетей, появление метода наземной и аэрофотосъемки Топографическое картографирование, отображение рельефа горизонталями, изготовление карт для продажи населению, первые офсетные машины Топографические карты с горизонталями, стандартизированными математическими основами и содержанием, использование карт как метрических носителей информации
3 1880-1930 Электротехническое и тяжелое машиностроение, производство и прокат стали, ЛЭП, тяжелые вооружения, кораблестроение, неорганическая химия Электри- ческий двигатель, сталь Развитие химической промышленности, строительство электростанций и ЛЭП, появление аналогового метода в фотограмметрии Тематическое картографирование, механизация процессов подготовки карт к изданию, массовая офсетная печать Тематические карты и атласы, использование карт как специальных моделей для различных отраслей экономики и общества
Геодезия
11
Продолжение таблицы
Характеристики технологических укладов (ТУ) Характеристики картографии и геоинформатики
номер и доминирующий период ТУ ядро ТУ ключевые факторы характеристика периода, влияющая на развитие картографии и становление геоинформатики технологическое ядро ключевые факторы
4 1930-1980 Автомобилестрое- ние, моторизованное вооружение, синтетические материалы, цветная металлургия, органическая химия, добыча и переработка нефти, атомная энергетика Двигатель внутреннего сгорания, нефть Развитие инфраструктуры автодорог, телефонной связи и нефтедобычи, появление синтетических изделий, специализация и механизация производства, массовое потребление населением товаров и услуг, специализация производств, в геодезии - появление электронных систем измерения - радио- и светодальномеров, массовое применения аэрофотосъемки Гравирование на пластике, фотонаборные автоматы, микрофильмирование оригиналов, крупномасштабное картографирование, массовое производство карт на крупных специализированных предприятиях Крупномасштабные карты и планы, фотокарты, использование карт специалистами, владеющими знаниями в области картографии
5 1980-2025 Электронная, авиационная и космические отрасли, вычислительная и оптоволоконная техника, IT-технологии и услуги, Интернет, роботостроение, телекоммуникации, производство и переработка газа Микро-электроника, программное обеспечение, газ Компьютеризация и автоматизация производства, индивидуализация потребления, развитие сферы информационных услуг, появление и развитие спутниковых методов определения местоположения, развитие методов космической съемки, развитие сканерных технологий наземных и аэросъемок Компьютерное составление и подготовка карт к изданию, цифрование карт, геоинформационное картографирование, интернеткартография, создание единой инфраструктуры пространственных данных, отображение рельефа в цифровой форме Цифровые и электронные карты, геоинформационные системы (ГИС), территориальные банки данных, навигационные карты, проект «Цифровая Земля», космофотокарты, расширение круга изготовителей и потребителей карт и пользователей ГИС среди населения, в том числе среди лиц, не имеющих специальной картографической или геоинформационной подготовки
Геодезия
12
Окончание таблицы
Характеристики технологических укладов (ТУ) Характеристики картографии и геоинформатики
номер и доминирующий период ТУ ядро ТУ ключевые факторы характеристика периода, влияющая на развитие картографии и становление геоинформатики технологическое ядро ключевые факторы
6 2025-2065 Нано- и биотехнологии, альтернативные источники энергии, молекулярная биология, генная инженерия, мембранные и квантовые технологии, фотоника, микромеханика, науки о человеке и новая медицина, интегрированные высокоскоростные транспортные системы, CALS-технологии управления развитием производства, новые ИТ-технологии:глобальные информационные сети, мультимедиа, виртуальная реальность Квантовый компьютер, системы искусственного интеллекта, интегрированные ин-формационные среды, сниженная энергоемкость экономики Системы мониторинга и управления пространством в масштабе реального времени, самоходный (самоуправляемый) транспорт Трехмерное, анимационное и мультимедийное картографирование, создание и ведение геоинформационного пространства (междисциплинарная деятельность наук о Земле), методы автоматического получения геоинформации и составления карт в режиме реального времени (с минимальным участием человека) Трехмерные геоинформационные и картографические модели в статике и динамике, мобильная картография, экспертные картографические системы, геоинформационные системы виртуальной геореальности
Геодезия
Геодезия
В текущем - пятом технологическом укладе - доминируют геоинформатика и цифровая картография - компьютерное составление карт, компьютерная подготовка карт к изданию, применение геоинформационных систем и ГИС-технологий, цифровые и электронные карты, электронно-цифровые атласы, массовое цифрование карт. Началось создание единой инфраструктуры пространственных данных, формируется интернет-картография, что уже можно рассматривать как научно-технический задел для шестого ТУ.
Существенно расширились объемы и сферы использования геоинформации и картографических материалов широкими слоями населения через средства массовой информации, для навигации, в обучении, через Интернет. В этот период основной функцией геоинформационных баз данных и карт по-прежнему остается обеспечение потребностей экономики, общества и отдельных граждан в пространственно распределенной информации (геоинформации), однако при этом каждая из этих научных дисциплин приобрела ряд особенностей, отражающих потребности и возможности информационного века.
В картографии проявились следующие особенности [4]:
- картографическое изображение уже не служит непосредственным источником информации, а обеспечивает визуализацию геоинформации, собранной и хранимой в базах пространственных данных;
- в информационных процессах компьютерной обработки пространственных данных карта осуществляет функции специфического интерфейса между человеком и компьютерной средой;
- картографическая продукция ориентирована уже не только на удовлетворение отраслевых потребностей и на узкий круг специалистов и специализированных организаций, а на самые разнообразные потребности хозяйствующих субъектов и широких слоев населения;
- появилось большое число картографических сервисов и служб, в том числе в сети Интернет, которые существенно расширили перечень услуг по доступу к геоинформации посредством картографических изображений;
- начали развиваться новые технологические направления (переходящие на шестой технологический уклад) - мобильная картография, трехмерная, мультимедийная и анимационная картография.
В области геоинформатики можно сформулировать следующие особенности и тенденции:
- существенно расширяется сфера применения геоинформационных методов в экономике и среди населения, вследствие этого выявлена потребность разработки таких методов, которые позволяют использовать геоинформационные системы и технологии потребителями, не имеющими специальной подготовки [5, 6, 7];
- получили развитие разработки по созданию единых инфраструктур пространственных данных на различные территории;
13
Геодезия
- начаты первые исследования и разработки в направлении создания территориальных интегрированных информационных сред (электронного геопространства) типа «Цифровая Земля» или «Цифровой город» [8];
- проявляется тенденция перехода к системам web-ГИС на основе облачных технологий.
Анализируя возможные тенденции развития картографии в условиях шестого технологического уклада, целесообразно исходить из общей тенденции к развитию и применению таких наукоемких направлений, как создание и использование квантовых компьютеров, систем искусственного интеллекта [10], систем, способных к длительному самоуправлению, саморегулированию, самонастраиванию, «ремонту» и развитию с минимальным участием или вообще без вмешательства человека [11].
На этой основе уже можно достаточно уверенно сформулировать наиболее важные стратегические направления действий в области развития картографии.
Во-первых, необходимо развивать технологии создания, ведения и использования трехмерных карт, которые должны стать ключевым элементом картографии на ближайшие несколько десятилетий [8]. Новые технические возможности в сфере сбора первичной геоинформации (например, сканерные системы аэро- и наземного базирования) способны уже сегодня обеспечить получение трехмерных геоданных на любые территории и с очень высокой точностью. Используя созданную трехмерную цифровую среду, пользователи смогут строить картографические модели местности под любым ракурсом как в статике, так и в динамике. Кроме того, станет возможным построение пространственных картографических изображений по принципу голографии.
Во-вторых, важнейшей задачей становится реализация междисциплинарной деятельности по созданию и ведению электронного (цифрового) геоинформационного пространства как составной части государственных программ информатизации общества и модернизации экономики [9, 13]. Данное направление обусловлено появлением перед науками о Земле принципиально новой научной и практической задачи - системного представления окружающего нас пространства и, на этой основе, разработки и создания пространственной интегрированной информационно-коммуникационной среды. Эта информационная среда должна обеспечить все потребности государства, общества и отдельных граждан в пространственно распределенной информации. Использование созданной геоинформационной среды может быть основано, например, на принципах облачной технологии.
И, наконец, в третьих - осуществить переход от статической картографии к динамической картографии [12, 14-18], функционирующей в режиме он-лайн в рамках геоинформационной системы виртуальной геореальности. Такая система будет манипулировать с комплексом подвижных и неподвижных пространственных объектов практически в автоматическом режиме. Информация о подвижных объектах будет поступать с закрепленных на них датчиков местоположения и/или со стационарных (типа web-камер) систем наблюдения. Ин-
14
Геодезия
формация о неподвижных объектах будет загружаться в качестве основы из функционирующего электронного геопространства. Потребители смогут воспользоваться полученной информацией в виде мобильных карт, обеспечивающих выход на геоинформационные модели местности и обрабатывающие геоинформационные системы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Глазьев С.Ю., Львов Д.С., Фетисов Г.Г. Эволюция технико- экономических систем: возможности и границы централизованного регулирования. - М.: Наука, 1992. - 207 с.
2. Глазьев С.Ю. Экономическая теория технического развития / Отв. ред. Д.С. Львов. -М.: Наука, 1990. - 230 с.
3. Глазьев С.Ю. Теория долгосрочного технико-экономического развития. - М.: Вла-Дар, 1993. - 310 с.
4. Лисицкий Д.В., Кацко С.Ю. Изменение роли картографических изображений в процессе формирования единого электронного геопространства // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2012. - № 2/1. - С. 156-161.
5. Пат. 113599 Российская Федерация, МПК G 06 F 17/30. Инструментальная справочно-аналитическая геоинформационная система / Лисицкий Д.В., Кацко С.Ю., Писарев В.С., Бугаков П.Ю.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная геодезическая академия». - № 2011140971; заявл. 07.10.2011; опубл. 20.02.2012.
6. Лисицкий Д. В. Инструментальная справочно-аналитическая ГИС - новый геоинформационный инструмент для широкого круга пользователей // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Пленарное заседание : сб. материалов (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 213-219.
7. Пат. 2473963 Российская Федерация, МПК G 06 F 17/30. Способ осуществления справочно-аналитических функций ГИС / Лисицкий Д.В., Кацко С.Ю., Писарев В.С., Бугаков П. Ю.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная геодезическая академия». - № 2011145007; заявл. 07.11.2011; опубл. 27.01.2013.
8. Лисицкий Д.В., Бугаков П.Ю. Методические основы цифрового трехмерного картографирования // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2012. - № 6. - С. 37-42.
9. Карпик А.П., Лисицкий Д.В. Электронное геопространство - сущность и концептуальные основы // Геодезия и картография. - 2009. - № 5. - С. 41-44.
10. http://www.nki.ru/archive/articles/17800/
11. http://www.socionauki.ru/authors/grinin l e/files/grinin kondratevskie volny tehnologi cheskie uklady i teorija proizvodstvennyh revoliucii.doc
12. Беляев С.Ю., Скузоватов М.Ю., Шапорина М.Н. Построение структурных карт Зея-Буреинского осадочного бассейна на основе данных бурения и анализа гравитационных и магнитных исследований // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. -С.148-152.
13. Карпик А. П., Обиденко В. И. Формирование единого Геопространства территорий для повышения качества геодезического обеспечения государственного кадастра недвижимости // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Пленарное заседание : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. -С. 3-11.
15
Геодезия
14. Надыров И.О. Применение принципов инфографики в анимационной картографии // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 64-68.
15. Павлова А.И., Каличкин В.К. Картографирование эрозионных земель с помощью ГИС и нейронной экспертной системы // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Экономическое развитие Сибири и Дальнего Востока. Экономика природопользования, землеустройство, лесоустройство, управление недвижимостью» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т.4.- С. 170-173.
16. Трубина Л.К., Баранова Е.И., Чагина Г.С. Геоинформационное картографирование и инвентаризация зеленых насаждений // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 82-85.
17. Картография лесных ресурсов Республики Бурятия на основе поляриметрических данных ALOS PALSAR и мультиспектральных данных SPOT 5 / И.И. Кирбижекова, Т.Н. Чимигдоржиев, А.М. Гармаев, М.А. Гусев // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 129-133.
18. Николаева О.Н., Ромашова Л.А., Волкова О.А. Применение экологических карт в мониторинге состояния окружающей среды // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА,
2013. Т. 2. - С. 9-13.
Получено 14.05.2013
© Д.В. Лисицкий, 2013
16
