ГИС в кильватере «Бигля»

Маркова А.И., Экологический факультет Кольского филиала Петрозаводского государственного университета, г. Апатиты, Кошкин В.В., Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН, г. Апатиты, e-mail:v_koshkin@mail.ru

Путешествия и экспедиции – предприятия сложные и уникальные по ряду своих характеристик: целям, срокам, составу участников, географии и результатам. При этом, череда событий, свидетелями и/или участниками которых становятся путешественники, абсолютно неповторима, а их наблюдения и впечатления, вкупе с собранными материалами и выводами, составляют главные ценности путешествия. Порой эти ценности, став достоянием публики, меняют научные представления о мире или влекут за собой военную и торговую экспансию, перекраивая политическую, экономическую и этническую карту мира.

Издавна путешественники наносили свой маршрут, посещенные места и произошедшие события на бумажные географические карты, а в судовых и полевых журналах вели записи, делали зарисовки. Сегодня новые технологии позволяют фиксировать на магнитных носителях и точки маршрута, и картины увиденного, и даже голоса природы.

Но еще более впечатляющие возможности для представления материалов путешествий предоставляют географические информационные системы (ГИС). Они позволяют создать наглядный и удобный графический интерфейс, объединить под его управлением многочисленные и разнообразные электронные карты путешествия с сопутствующими базами данных, текстовыми записями, изображениями и видеороликами. В результате получается географическая мультимедийная трассировка маршрута, доступная заинтересованной аудитории и несущая хороший познавательный и эмоциональный заряд по тематике путешествия.

В данной статье приводится пример использования программы ArcView при описании географии кругосветного путешествия Ч. Дарвина на корабле «Бигль» в 1831-1836 гг. (далее: экспедиция). В основу статьи положены материалы дипломной работы А.И. Марковой, выпускницы Экологического факультета Кольского филиала Петрозаводского государственного университета.

О кругосветной экспедиции

Несколько слов о кругосветной экспедиции на корабле «Бигль». Первоочередным ее заданием было уточнение и продолжение описания береговой линии Южной Америки, начатое английской экспедицией Ф. Кинга. Нужно было завершить съемку Патагонии примерно от 13? ю.ш. до Магелланова пролива, тихоокеанских берегов материка – от Магелланова пролива до 12° ю.ш., а также архипелагов: Фолклендского, Огненной Земли и Чилийского. Наряду с этим необходимо было произвести хронометрические измерения в последовательном по широте ряде пунктов вокруг Земли, чтобы точно определить их координаты. Именно для этого «Бигль» и должен был совершить кругосветное плавание. Оно началось 4 июля 1831 г., а закончилось 2 октября 1836 г., то есть длилось необычайно долго – пять лет и 136 дней.

В ряду наиболее прославленных научных экспедиций 19 века вояж небольшого английского брига «Бигль» под командой капитана Роберта Фиц-Роя занимает одно из главнейших мест. В истории географических исследований обычно отмечается то значение, которое имели съемочные работы, произведенные гидрографами экспедиции, для нанесения на карту точных береговых очертаний юга Южной Америки и течения р. Санта-Крус. Невероятно точной оказалась и морская карта Галаппагос, которую Фиц-Рой составил во время пятинедельного пребывания на архипелаге, осторожно передвигаясь на «Бигле» от острова к острову. Эта карта использовалась США до 1942 г. Но основным фактом, обессмертившим имя этого маленького кораблика водоизмещением 235 тонн, несомненно, было пребывание на его борту, в качестве натуралиста экспедиции, молодого Чарльза Дарвина и его в высшей степени плодотворная исследовательская работа.

ГИС-проект

В дипломе был создан действующий ГИС-проект, обеспечивающий презентацию экспедиции. Он включает основной вид ‘World Darwin” с маршрутом плавания и местами остановок корабля (рис. 1), а также серию из 16 видов и 18 компоновок с картами более крупных масштабов на территории, где проходили наземные исследовательские экспедиции и экскурсии экипажа. Навигация по картам проекта осуществляется посредством 26 «горячих связей» и новых меню («Диплом», «Маршрут ”Бигля”» и «Факты современной географии»), включенных в модифицированные графические интерфейсы пользователя (ГИП) видов и компоновок. Для возвращения в основной вид с маршрутом судна используется специально для этого созданная кнопка с иконкой в виде парусника. Не нужные для презентации элементы ГИП (меню, кнопки, инструменты) были удалены. В проекте действуют 20 скриптов, написанных на языке Avenue, которые обеспечивают операции над видами, компоновками, видео-роликами и работу новых меню. По замыслу, проект должен продемонстрировать возможности ГИС по мультимедийному сопровождению географии экспедиции.

Рис. 1. Вид с маршрутом кругосветного плавания.

В качестве источника географических данных в проекте использовались:

• книга Ч. Дарвина «Путешествие натуралиста вокруг света на корабле “Бигль”», М., 1983 (Книга);
• цифровые карты
  • Цифровая карта мира Digital Chart of the World for Use with ARC/INFO Software, ESRI, 1993 (DCW)
  • Электронный атлас ArcAtlas: Our Earth, ESRI, 1997 (Our Earth)
  • Наборы данных ESRI Data and Maps (EDM);
• данные Интернет.

Вид “World Darwin” является основным картографическим меню – это первый уровень системы «горячих связей» с большей частью карт проекта (некоторые карты вызываются через меню ГИП). Он содержит три слоя: растровый «Рельеф поверхности Земли» (EDM) и построенные линейную тему «Маршрут “Бигля”» и точечную тему «Остановки». Создание темы «Остановки» включало работу с книгой, картой мира (EDM) и географическим справочником Gazetteer (его версии входят в DCW и в EDM). Тема маршрута строилась по точкам темы «Остановки» и прототипу из Книги (рис. 2).

Рис. 2. Карта маршрута из Книги.

В других видах в качестве основы применялись карта мира из EDM (иногда в комбинации с Рельефом) и покрытие PONET из DCW. Основным картографическим источником в видах «Галапагосские острова», «Таити», «Фолклендские острова», «Porto Praya», «Islas Canarias», «Tenerife» являлись покрытия из DCW. Поскольку карта мира в DCW разбита на Tiles («черепицы») размером 5 на 5 градусов, имеющие 4-х символьные буквенно-цифровые коды, с помощью географического справочника Gazetteer производился отбор Tiles на заданные территории. Покрытия отобранных Tiles преобразовывались в шейп-файлы, которые затем объединялись в ArcView при помощи «Мастера пространственных операций». Полученной полноценной карте средствами Редактора Легенды придавалась определенная цветовая гамма. В описанной процедуре, в зависимости от протяженности объекта, в обработку включались различные количества Tiles. Так, например, острова Галаппагос покрываются «черепицами» FF33, FG31, GF13, GG11; Таити – CE13; Фолклендские острова – HC32, JC12; Девонпорт – MK32 и т.д. Для некоторых архипелагов и островов на основе покрытий изолиний из DCW, преобразованных в шейп-файлы, с помощью модуля 3D Analyst строились 3D-поверхности рельефа. Технику создания таких карт иллюстрирует рис. 3, где приведены этапы работы с DCW по подготовке карты о. Тенерифе, содержащей береговую линию, изолинии и 3D-поверхность рельефа.

Рис. 3. Создание 3D-рельефа по карте DCW.

«Горячие связи»

«Горячие связи» в ArcView – мощное свойство темы вида, которое позволяет строить в проекте гипертекстовые конструкции, хорошо знакомые нам по Интернет. Но, если основой веб-документов являются словесные авторские тексты, то гипертекст в ГИС куда более солиден: в его основе – карты, моделирующие поверхность планеты Земля, живущей по законам природы, с примесью антропогенных процессов. Когда же в проекте на карту мира накладывается маршрут кругосветного путешествия на парусном корабле, это может представить интерес для людей любопытных. Так, во всяком случае, было с авторами данной статьи.

Например, в виде, представленном на рис. 1, красными маркерами обозначены точки остановок корабля, оснащенные через систему «горячих связей» выходами на карты (виды, компоновки) более крупного масштаба. Это:

• о. Тенерифе (два вида и компоновка);
• Порто Прайя (о-ва Зеленого Мыса, вид);
• о. Фернанду ди Норонья (компоновка);
• о-ва Огненная Земля и Фолкленды (два вида и компоновка);
• Чили (два вида);
• о-ва Галаппагос (вид и шесть компоновок);
• о-ва Таити (вид и компоновка).
• Структура «горячих связей» на примере карт о. Тенерифе представлена на рис. 4. Цепочка «горячих связей» в этом случае такова:
• в виде “World Darwin”, при активной теме «Остановки “Бигля”», щелчок по маркеру «о. Тенериф» выводит на дисплей вид “Canarias”;
• в виде “Canarias”, при активной теме «Канарские о-ва», щелчок по полигону “Tenerife” показывает вид “Tenerife”;
• в виде “Tenerife”, при активной теме “Hot Link”, щелчок по надписи “Tenerife” влечет демонстрацию компоновки “Tenerife HL”, на которой представлены: карта Канарского архипелага, вставка с картой о. Тенерифе, космический снимок этого острова и пояснительный текст.

Рис. 4. Структура «горячих связей» о. Тенерифе.

Поверхности рельефа на картах островов в видах “Tenerife” и “Canarias” и в компоновке “Tenerife HL” выполнены с помощью модуля 3D Analyst по изолиниям, взятым из DCW.

Вид с картой Галаппагос и три из шести компоновок, на которые у него есть «горячие связи», показаны на рис. 5.

Рис. 5. Острова Галаппагос.

Некоторые «горячие связи» проекта выведены за пределы маршрута экспедиции, и вот почему. Рисунки членов команды парусника (они есть в Интернет), выполненные в меру полученной подготовки и таланта, свидетельствуют о многом. Нам кажется, что, выполняя задание Адмиралтейства на просторах Мирового Океана и попутно «дивясь божественным природы красотам», моряки мечтали, вернувшись на родину, поделиться своими впечатлениями с командованием, товарищами по флоту, общественностью. Можно представить, насколько богаче был бы информационный багаж, собранный ими в ходе экспедиции, будь у них под рукой возможности современных медиа-технологий. В качестве примера применения таких технологий при документировании маршрутов путешествий в нашем проекте использовано несколько сюжетов современной географии из регионов, от которых маршрут судна пролегал не слишком далеко:

• запуск ракеты “Ariane 5” с космодрома Куру, Французская Гвиана (видеоролик);
• извержение вулкана Санта-Мария в Гватемале (видеоролик);
• архипелаг Галаппагос:
  • морские львы на набережной о. Санта Круз (видеоролик);
  • 3D-виртуальный полет над островами Фернандина и Флореана и в глубинах прибрежной зоны омывающего их Тихого Океана (видеоролик);
  • космический снимок и база данных параметров островов архипелага;
• резвящиеся киты, о. Фрезер, восточное побережье Австралии (видеоролик).

На рис. 6 показаны вид «Вулканы», построенный на базе растровой темы «Рельеф поверхности Земли» (EDM) и данных из Our Earth, и действие «горячей связи» на видеоролик с извержением вулкана Санта-Мария в Гватемале.

Рис. 6. Извержение вулкана Санта-Мария в Гватемале.

«Бигль» и ДЗЗ

Карта, составленная на основе найденных в Интернет спутникового снимка и базы данных по островам Галаппагос, приведена на рис. 7. Эта база данных, преобразованная в dbf-формат, была объединена с атрибутивной таблицей полигональной темы, связанной с островами архипелага. Были сконструированы и выведены на карту 6-ти строчные метки, содержащие для каждого из островов по 6 параметров из базы данных: название острова, его площадь, максимальная высота, длина береговой линии, максимальные длина и ширина.

Рис. 7. Космический снимок и параметры островов Галаппагос.

Данный вид демонстрирует не только возможности ArcView, но и уровень развития современной картографии и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), по сравнению с возможностями судовых картографов прошлого, а также изменившиеся требования к «человеческому фактору» при выполнении таких работ.

Так, например, во время данной экспедиции для осуществления съемки береговой линии островов Галаппагос требовалось весьма значительное время – как для прибытия в данный район, так и для проведения самой съемки. К этому надо добавить безоговорочно высокие требования к морской квалификации и человеческим качествам командира и экипажа корабля, а также к технологической дисциплине на судостроительных верфях.

Сегодня аппаратура, установленная на космических аппаратах, позволяет делать снимки целиком всего архипелага, переслать их в цифровом формате на Землю, где специалисты, применив необходимое программное обеспечение, без особых усилий построят на компьютерах карты островов, с полной базой данных их географических параметров. Безусловно, для выполнения такой работы нужны особые профессионализм и дисциплина. Но, может быть, за нынешнюю доступность и кажущуюся легкость получения информации мы расплачиваемся утратой непосредственных впечатлений от контактов со всем миром, «в его ошеломляющем и таинственном разнообразии», личных нагрузок при пересечении координатной сетки Земли и необходимых для этого человеческих качеств? Вряд ли современные эксперты по ДЗЗ смогли бы самостоятельно совершить кругосветное плавание на небольшом парусном корабле.

Зажигательные идеи

В поисках материалов к нашему проекту мы познакомились с сайтом http://thebeagleproject.com. Создатели сайта вышли в Интернет с инициативой весьма оригинально отметить в 2009 году двухсотлетие Чарльза Дарвина: построить всем миром, с помощью единомышленников, плавающую копию «Бигля» и повторить под парусом маршрут, по которому прошел покрывший себя славой оригинал. Постройка корабля и его прибытие на Галаппагосы будут двумя главными событиями юбилейных торжеств. Плавание возрожденного «Бигля» призвано вдохновить новое поколение ученых, зажигая в них научное воображение.

Нет сомнения, что ГИС будут сопровождать это путешествие, и мы увидим в Интернет увлекательный отчет о нем.

Заключение

В общем, из изложенного очевидно, что ГИС могут быть эффективно использованы для сопровождения, документирования и наглядного медиа-представления материалов и результатов экскурсий, полевых экспедиций и путешествий. Актуально это, в первую очередь, для поисковых организаций, научных учреждений и высших учебных заведений, ведущих полевые экспедиционные работы и учебные практики.

Как ни странно может показаться, ГИС могут сыграть хорошую роль и в воспитании патриотизма молодежи. Есть бесспорная аксиома: «для полного счастья человеку необходимо иметь славное отечество». Наша история хранит славу кругосветных путешествий, северных экспедиций и примеров воинской доблести прежних поколений российских моряков. К сожалению, сегодня эти страницы знакомы далеко не всем. В основном это те, кто служил или служит на флотах России, курсанты морских училищ, да школьная молодежь, желающая связать свою судьбу с морем.

Но если настоящее морское плавание с его мощнейшей романтикой доступно далеко не всем, то повторить маршрут корабля (особенно парусного), получив при этом и географическую информацию, и уникальные впечатления на основе богатого спектра фото-, видео- и аудиоинформации о путешествии – вполне реально.

Для этого нужно не так уж много:

• предоставить программное обеспечение ГИС и дать подготовку для работы с ним курсантам морских училищ;
• запустить ГИС-проект «Морская история России», доверив его реализацию консорциуму из авторитетных представителей ВМФ и профессионалов ГИС;
• созданные ГИС-проекты записывать в форме презентаций на CD для широкого распространения: в форме недорогой подписки – всем желающим, бесплатно – в школы.

Политическую волю и поддержку для реализации подобной идеи сегодня в России поискать вполне реально.