Роджер Томлинсон
Роджер Ф. Томлинсон является президентом канадской консалтинговой компании Tomlinson Associates Ltd. Consulting Geographers, которую он основал в 1963 году. В течение 12 лет он был председателем Комиссии по ГИС Международного географического союза и известен как «отец ГИС», благодаря своим пионерным исследованиям для правительства Канады в области применения компьютерных технологий для инвентаризации земель в начале 1960-х. Именно Томлинсон впервые ввел понятие «Географическая информационная система», разрабатывая ГИС Канады, первую компьютерную ГИС в мире. Он получил две степени бакалавра и степень магистра в Университете Макгилла (Монреаль, Канада), а также степень доктора наук в Университетском колледже Лондона (Великобритания). Доктор Томлинсон является автором многих фундаментальных работ, включая монографию «Думая о ГИС», изданную ESRI Press и переведенную на русский язык компанией ДАТА+.
Иллюстрация Элизабет Дэвис, ESRI.
Основной задачей географов, включая членов Международного географического союза (МГС, IGU), является описание и обоснованное понимание пространства, населенного людьми, и определяемой им территориальной структуры общества. Развитие формальных взглядов на эти вещи формирует основу современной географической науки. А величина и многогранность мира, в котором мы живем, значительно осложняет эту задачу. Огромные объемы данных, получаемых даже при поверхностном исследовании мира, представляют собой серьезную помеху для их всесторонней интерпретации. Пятьдесят лет назад было невозможно эффективно работать с большими наборами печатных карт или собранных данных, еще сложнее было проводить их подробный анализ. Следующая из этого неспособность – на самом деле, несостоятельность – получать ответы на злободневные вопросы, в комплексе рассматривать роль разнообразных взаимосвязанных воздействий, формирующих индивидуальные и общественные факторы развития природы и человека, поставила нас в условия глубокого, слабо осознаваемого, но широко распространенного игнорирования изменений нашего окружения и нас самих в пространстве и во времени.
Появление компьютеров, являющихся инструментами обработки информации, и развитие ГИС значительно помогли географам и многим другим, использующим пространственные данные, в их работе. Эти новые инструменты широко внедряются в географическую науку и практику. Как изобретение телескопа Галилеем расширило знания о Космосе и общие представления о пространстве, а изобретение микроскопа перевернуло биологию своей способностью добавить разрешение и глубину научным исследованиям, так и появление инструментария ГИС повлияло на географию и все в большей мере помогает в обоснованном управлении средой нашего обитания. Повышается качество задаваемых вопросов и решаемых задач, расширяются сферы и масштабы применения методов пространственного анализа. Мы глубже вникаем в пространственные переменные, рассматривая факторы и взаимосвязи, которые иным образом не были бы исследованы. Компромисс между научным изысканием и затрачиваемыми на него усилиями разрешается в пользу исследования. Работники могут очень легко обмениваться своими рассуждениями и достигнутыми результатами. Это способствует повышению географической просвещенности и увеличению числа людей, вовлекаемых в данную область. Отмечается расширение обмена идеями и методами, растет интерес и внимание к географии у обычных людей. География как дисциплина больше не является прерогативой ученых. Теперь ее развитие подталкивается не только любопытством или идеями, основной задачей которых является разработка общих законов (давний научный метод, обладающий большой эффективностью). Имеется острая потребность в использовании географической науки в управлении и контроле, касающемся природы и общества, в комплексном изучении проблем, стоящих перед нашим миром. Географы и все те, кто осознал важность географического подхода к пониманию этих проблем, могут внести весомый вклад в их решение.
Одним из примеров применения ГИС для изучения пространственных ситуаций является процесс размещения пунктов скорой помощи для улучшения обслуживания населения.
Например, почти все в научном сообществе признают, что климат Земли меняется и что отчасти это вызвано влиянием человека. Однако о воздействиях нашей цивилизации на климат и, что столь же важно, климата на общество известно очень мало. Существуют очень важные географические вопросы, на которые нужно дать ответ, начиная с изменений в биогеохимических циклах, экосистемах, водных и прочих природных ресурсах, загрязнении атмосферы и заканчивая оценкой экономических, политических и социальных последствий этих изменений. Географы могут внести весомый вклад в науку об изменениях климата путем синтеза, анализа и моделирования возможных воздействий.
Аналогично, если говорить о здоровье и благополучии людей, о распространении заболеваний и влиянии окружающей среды на состояние здоровья населения, то и тут ключевые аспекты связаны с географией. Имеются также важные моменты, связанные с доступностью здравоохранения и пространственным распределением средств, обеспечивающих заботу о здоровье.
Глобализация подразумевает тесное взаимодействие и объединение людей, компаний и правительств разных стран. Это процесс, управляемый международной торговлей и капиталовложениями и подкрепляемый информационными технологиями. Глобализация оказывает влияние на окружающую среду, культуру, политические системы, экономическое развитие и преуспевание, а также на физическое благополучие людей в обществе на всей планете. И вновь анализ этих условий включает в себя сильную пространственную составляющую.
Обеспечение общественной безопасности является основной целью любого государства, однако в последние годы достичь этого становится все сложнее. В условиях асимметричных военных конфликтов социополитические решения стали сложнее, чем когда-либо прежде, и они разным образом воздействуют на различные сообщества и социоэкономические группы.
Устойчивое развитие общества означает удовлетворение потребностей настоящего времени без ущемления способности будущих поколений удовлетворять их собственные нужды. В глобальном плане оно остается проблемой, особенно в свете ускоренного изменения состояния окружающей среды и современного продовольственного кризиса. Географический подход может в значительной мере помочь пониманию и решению этой сложной, многогранной и существенно пространственной проблемы.
Приложение «Птичий грипп и пути миграции птиц» демонстрирует взаимосвязь между известными вспышками этого заболевания и коридорами перелетов птиц, что помогает выявлять источники и масштабы распространения инфекции.
Обоснование социального многообразия означает интерпретацию и обобщение процессов пространственной неоднородности: определение и моделирование характеристик типичных структур и процессов на поверхности Земли. Визуализация и географический анализ процессов, которые обуславливают социальное разнообразие, различие и неравенство, являются ключом к эффективному управлению.
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие некоторые из направлений, в которых ГИС используются для изучения пространственных ситуаций.
Климат – индекс суровости засухи Палмера является основой решений по поддержке фермеров в условиях стихийных бедствий. Особый интерес представляет анализ влияния засухи на атомные электростанции. Они требуют больших объемов воды в целях охлаждения, и продолжительная засуха означает, что они должны закрыться, а это вызовет изъятие производимой ими доли электричества в обеспечиваемых их мощностями регионах.
Антропогенное воздействие – первая карта антропогенного воздействия за счет плотности населения в обоих полушариях составленадля выбросов CO2 в атмосферу на основе поступающей в реальном времени спутниковой информации с датчика Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory).
Плотность населения – она учитывается в качестве одного из основных параметров в вычислениях антропогенного воздействия и антропогенного следа.
Антропогенный след – целью этого направления исследований является оценка распространения человеческой деятельности на земной поверхности с привлечением обновленной информации о плотности и приросте населения, преобразовании земель, электроэнергетической инфраструктуре и заселении территорий. Наиболее поздняя версия соответствующих прикладных разработок относится к 2008 году. Работа была проведена Гуманитарным информационным подразделением Агентства по географическим и глобальным проблемам в составе Бюро исследований и разведки Государственного Департамента США.
Медицина и здравоохранение – в числе прочего, ГИС помогают в изучении взаимодействия многих пространственных переменных, включая результаты исследований Департамента сельского хозяйства США по влиянию животных на здоровье человека; по вспышкам птичьего и свиного гриппа в Китае по очагам; отслеживанию вспышек острых респираторных заболеваний в Китае и Гонконге для определения их источников; анализу влияния окружающей среды на возникновение рака, проведенных Национальным онкологическим институтом; взаимосвязям между курением родителей и весом новорожденных в провинции Онтарио (Канада).
Птичий грипп – создано ГИС-приложение,демонстрирующее тесную взаимосвязь между известными вспышками этого заболевания и коридорами миграции птиц, что помогает выявлять источники и пути распространения вируса. Оно также позволяет определять расположение станций карантина, клиник, где делаются инъекции против гриппа, и других учреждений здравоохранения.
Расположение станций скорой помощи – изучается процесс размещения пунктов скорой помощи и других служб экстренного реагирования для улучшения обслуживания населения. Для оптимизации продолжительности поездки по вызову, определяющей эффективность организации работы скорой помощи и уровень выживаемости в данном районе, рассчитываются контуры текущей потребности (плотности входящих звонков) и имеющееся размещение пунктов скорой помощи, реагирующих на данные запросы.
Распространение вакцины от гриппа – доступ к центрам распространения вакцины сопоставляется с территориальным распределением населения с учетом буферных зон заданного радиуса вокруг пунктов вакцинации. Аналогичный анализ применяется при подготовке к эпидемиям птичьего гриппа.
СПИД – приложение демонстрирует внедрение Чрезвычайного плана Президента США по оказанию помощи больным СПИДом в странах Африки, как основу для корректировки этой государственной программы. В него также включены данные по Вьетнаму и Гвиане. Дальнейший анализ и объяснение эпидемии СПИДа в Африке, особенно в Кении, Уганде, Танзании, Замбии и Малави, проистекают из интерпретации данных по разнополым пациентам, которые показывают процент ВИЧ-положительных людей по четырем категориям (в процентном соотношении от всего населения, по полам и среди молодежи). Эти исследования обосновывают эффективное распределение помощи инфицированным СПИДом в ряде африканских стран, обеспечивают мониторинг и анализ хода реализации программы.
Анализ рождаемости и смертности представляет собой широкое поле деятельности для ГИС. При его проведении можно учитывать такие параметры как уровень детской смертности, доступ к питьевой воде, общую инфицированность СПИДом, валовой национальный доход и ожидаемая продолжительность жизни по стране. Совместное рассмотрение и представление всех этих переменных позволяет лучше понять, какие меры необходимо принять, чтобы улучшить положение дел в этом вопросе в разных странах и на всем континенте.
Бунты голодных 2007-2008 годов – на карте мира представляются экономические и социальные показатели по разным странам и данные о беспорядках, связанных с дефицитом продуктов питания. Это помогает оценить текущую ситуацию и рассмотреть варианты ее развития на перспективу.
Производство опиума в Афганистане – данная проблема является глобальной, а на долю Афганистана приходится 80% производимого в мире героина.Создана база данных и карта, проведено сопоставление плотности населения в Афганистане с зонами выращивания опийного мака. Талибан ведет обширную деятельность на юге страны а недавно расширил ее и на северо-восток.
Нарушение среды обитания – примером исследований в данной области является ГИС-приложение по Бразилии, демонстрирующее масштабы расширения пахотных земель и прочих сельскохозяйственных угодий, в результате чего систематически сокращаются тропические леса и ареалы дикой природы.
Где посадить миллиард деревьев – движение Зеленого Пояса, возглавляемое лауреатом Нобелевской премии Вангари Маатаи, является успешной политической инициативой с экологическим уклоном, задачей которой является посадка миллиарда деревьев в Африке. ГИС-координатором данного проекта является Питер Ндунда, проводящий комплексный анализ типов почв, климата, ареалов животных, плотности населения и занятых племенами земель для определения наиболее эффективных мест для посадки. Без применения ГИС деревья были бы посажены в неблагоприятных местах, их выживание было бы сомнительно, а поддержка этой популярной инициативы сошла бы на нет.
Миграция растительных сообществ – Комитет по охране природы при Вашингтонском университете рассчитал положение растительных зон для 1960, 2008 и 2099 годов. Особенно заметно смещение бореальных лесов к северу и повышение температуры на островах Арктики. Собранные данные позволяют точнее определить состояние разных ареалов и оценить их динамику.
Морской лед в Арктике – данные Национального агентства по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) показывают, что площади, занятые многолетним арктическим морским льдом, быстро сокращаются (на 14% в 2004-2005 годах). Потеря многолетнего льда в восточной половине бассейна еще значительней – до 50% за тот же период, поскольку часть льда переместилась с востока Арктики на запад. Общее сокращение площади многолетнего льда в Арктике составляет 720 000 кв.км. Толщина многолетнего льда может достигать 3 и более метров. Теперь значительная его часть преобразовалась в сезонный лед толщиной 0,3-2 метра, который сильнее подвержен летнему таянию. Данные спутникового зондирования активными и пассивными датчиками в микроволновом диапазоне свидетельствуют, что последние четыре лета характеризовались очень тонким ледовым покровом. Велика вероятность того, что в этом году площадь арктического морского льда достигнет нового рекордного минимума. Мониторинг состояния морских льдов – благодатное поле деятельности для применения ГИС.
История путешествий – благодаря нанесению на карту маршрутов полетов самолетов авиакомпании в течение года и лучшего осознания их воздействия на окружающую среду, удается достичь более четкого понимания вариантов расходования дорожающего топлива, расположения новых представительств локального и регионального уровня.
Водосборный бассейн – ГИС позволяет определить границы водосборного бассейна, направления и русла стока воды, зоны воздействия наводнений разной обеспеченности, исходя из значений осадков и испарения, характера почв и т.д.
Гуманитарная помощь – имеется множество примеров оперативного целевого предоставления гуманитарной помощи людям и регионам, пострадавшим от стихийных бедствий (наводнения, пожары, засуха, землетрясения, вооруженные конфликты и т.д.), со стороны ООН, Агентства США по международному развитию (USAID) и других организаций. В этой работе необходимы подробные карты районов и картографирование сложившейся ситуации и рисков, актуализируемое на месте с помощью мобильных ГИС.
Средства массовой информации – пресса имеет дело с географией в действии, а карты помогают наглядно проиллюстрировать представляемую информацию. В последние годы во многих изданиях появились публикации, касающихся использования ГИС в функционировании городов, деятельности полицейских участков, сделках с недвижимостью, изучении речных берегов, выборных кампаниях и т.д.
Коммерческие приложения – определение торговых зон и вариантов размещения торговых точек является одним из примеров расширяющегося применения географического знания в деловом сообществе. Анализ того, насколько далеко (по времени езды на автомобиле) находятся точки розничной и оптовой торговли от потенциальных покупателей, то есть насколько доступны имеющиеся магазины для жителей разных районов, позволяет выбрать наиболее удачное местоположение для новых магазинов с учетом их ассортимента и активности конкурентов. В целом, ГИС помогают повысить эффективность управления активами любой, особенно крупной, компании или организации, создать полноценный кадастр (реестр) ее имущества.
Краткие итоги опыта изучения пространственных ситуаций
Технология ГИС сочетает в себе способности создавать и накапливать массивы географических данных, управлять ими, осуществлять их пространственный анализ, моделирование и визуализацию, обмениваться полученными результатами и применяемыми методами.
Поэтому неудивительно, что ГИС и пространственный анализ широко используются на практике. Если судить по числу зарегистрированных лицензий на программное ГИС-обеспечение, то географические подходы и методы в своей работе постоянно используют более 5 млн. человек в более чем 300 тысячах организаций в подавляющем большинстве стран мира. Развитием технологии ГИС заняты как академические, так и, причем в первую очередь, частные компании, в которых сосредоточены основные материальные и людские ресурсы для такой работы. Например, в компании ESRI, являющейся признанным лидеров в области разработки и внедрения ГИС, сейчас работает более 2700 сотрудников, 100 из которых являются кандидатами наук, а 1500 – магистрами.
Допустим, что каждый миллион долларов вложенных в данные и ГИС-продукты средств требует, как минимум, одного подготовленного человека, чтобы от инвестиций была эффективная отдача. Тогда, учитывая количество выпускников всех университетов и технических колледжей с данной специализацией в Северной Америке, ежегодно лишь в ней имеется дефицит в 3000 обученных людей. Поэтому многие студенты осознают, что ГИС и география предлагают возможности интересной работы, причем в разнообразных сферах деятельности.
Интерес к данной дисциплине растет повсеместно. Академическая география может разбиваться на кафедры и узкие специальности, но спрос на студентов, обученных географическому анализу и умеющих использовать современные инструменты ГИС, высок. Ассоциация американских географов, которая значительно расширилась за последнее десятилетие и чьи ежегодные конференции посещает больше людей, чем когда-либо прежде, служит наглядным примером повышенного интереса к данной области. Свидетельством этого является и возрождение несколько лет назад обучения географии в Гарвардском университете, после 60 лет ее отсутствия, в новом Центре географического анализа. На торжественном открытии Центра ректор Гарварда отметил, что географические информационные системы помогают решать большой круг задач в широком спектре естественных и гуманитарных наук.
В самом деле, широкое разнообразие решаемых задач проиллюстрировано нами выше и ими стали активно заниматься, но многие важные, в том числе и глобальные проблемы требуют глубокого изучения и внимания со стороны географов и ГИС-специалистов.
Существует география безопасности и терроризма, которая имеет много аспектов и пока сравнительно мало изучена и понята, несмотря на тот факт, что она может внести огромный вклад в решение этой неотложной проблемы. В данной области необходимо углубленное развитие ключевых теорий и методов географической науки и их широкое внедрение на практике.
Разработанные во второй половине ХХ века количественные методы в географии необходимо в полной мере интегрировать в современные ГИС, что обеспечит построение моделей географического пространства и времени с учетом их динамического взаимодействия.
Пока создано лишь небольшое число адекватных моделей даже для крупных городов, но я уверен, что мы– или, по крайней мере, наши дети и внуки– будем располагать ими. В то же время существует масса вопросов, которые предстоит всесторонне изучить на пути создания Цифровой модели Земли. Эти вопросы затрагивают многие аспекты географии, включая сбор, обработку и эффективное управление информацией, методы анализа и визуализации проблем, приложений, поддержки процесса принятия решений. Я уверен, что ГИС станет ядром этого прогресса.
Вклад Международного Географического Союза
Интерес Международного географического союза (МГС)к ГИС зародился в Комиссии по дистанционному зондированию под председательством Дитера Штайнера (1964-1968). Переход от интерпретации фотоснимков к обработке спутниковых изображений в цифровом формате привел к ее переименованию в 1968 году в Комиссию по зондированию и обработке географических данных. Эта комиссия просуществовала 12 лет под моим председательством на критических ранних этапах развития ГИС. Она проводила первые в мире международные конференции по ГИС, публиковала первые тексты, устанавливала международное сотрудничество между работниками в данной области, организовывала академические и отраслевые исследовательские группы, брала на себя инвентаризацию и описание всего развивающегося программного обеспечения ГИС, производила оценку внутриведомственных систем для правительственных агентств.
Если рассматривать этот вопрос в широком аспекте, то в 1950-1960-х годах связи между компьютерами и картами были в лучшем случае смутными. Работники были разобщены в интеллектуальном и международном смысле, их взаимодействие было на близком к нулевому уровне. Научные сотрудники высших учебных заведений, занимавшиеся этими вопросами, не получали активной поддержки со стороны руководства, академические журналы не проявляли большого интереса к их разработкам. Такое положение дел не соответствовало нуждам быстро развивающегося поля деятельности. Продвижения в данной области были сделаны людьми в организациях, реально нуждавшихся в новых возможностях, преимущественно в правительственных учреждениях, а также в частном секторе – теми, кто хотел производить товары и услуги для правительства.
Было понятно, что в этих новшествах были в основном заинтересованы агентства, которые производили бумажные карты и которые нуждались в автоматизации картографического процесса, а также агентства, которым требовалось работать с картами и проводить географический анализ на основе этих карт и связанных с ними статистических данных и которые нуждались в географических информационных системах для информационной поддержки в целях принятия решений. На первом этапе эти запросы привели к раздельному развитию автоматизированных картографических систем и географических информационных систем.
Стала очевидной потребность в усилении связей и в обеспечении коллег из образовательных учреждений поддержкой, а также в формировании международной базы для исследований и публикаций, в разработке форума для обсуждения и взаимодействия. Это и сделал МГС (примечание: сайт Российского национального комитет МГС находится по адресу http://igu.igras.ru).
Первая международная конференция по ГИС проводилась в 1970 году в Оттаве, Канада, под патронажем МГС и при поддержке ЮНЕСКО (особенно активной благодаря доктору Константину Ланге) и правительства Канады. Приглашения были отправлены всем, кто продуктивно работал в данной области. На конференции присутствовало 40 человек, и к концу недели была создана первая книга по географическим информационным системам. Она была названа «EnvironmentInformationSystems»(Информационные системы окружающей среды), чтобы поддержать возродившийся в то время интерес правительства к природоохранным вопросам. Главными целями конференции были установление более тесного взаимодействия между продвигавшими данную область людьми, подготовка и издание соответствующих публикаций. Было решено создать монографию под названием «GeographicalDataHandling»(Обработка географических данных). Она была опубликована в 1972 году тиражом 1000 экземпляров при поддержке Геологической службы США. В этом двухтомном 1300-страничном издании были приведены обзор всех известных на то время разработок в области получения и обработки геоданных, их преобразования, анализа и отображения на экране компьютера, описание имевшихся систем, а также экономические оценки по процедурам обработки географических данных. Его получили 300 участников Второй Конференции МГС в Оттаве в 1972г., на которой присутствовали официальные делегации из 8 стран мира и специалисты из 15 государств. Затем, при поддержке правительства Канады, МГС стал ежегодно публиковать справочник имен и контактной информации участников конференций с описанием их работ. Процесс знакомства и общения был запущен.
В 1975г. комиссия сформировала рабочую группу и провела оценку преимуществ и недостатковпяти геоинформационных систем в Северной Америке. Отчет об этом исследовании был при поддержке ЮНЕСКО опубликован в издании Natural Resource Research Series. Кроме того, Геологическая служба США предложила МГС сделать обзор работы этого ведомства с пространственными данными. По итогам двухлетних исследований был создан подробный отчет, который известил агентство о том, что хотя оно и объявило о своей приверженности цифровым технологиям, но не было реально подготовлено к выполнению принятых обязательств. Также, впервые МГС внес значительный вклад в работу Комитета по данным для науки и техники Международного совета науки (прежнее название – Международный совет научных союзов).
В конце 1970-х МГС создал наиболее подробный на тот момент обзор программного обеспечения для обработки пространственных данных, описывающий более 600 систем и программных пакетов. Итоговый трехтомный справочник был выпущен Геологической службой США в 1980 году и предоставлен ученым по всему миру. Комиссия также проводила междисциплинарные встречи в 1977 и 1978 годах для изучения методологических проблем, которые могут возникнуть в будущем при хранении больших массивов пространственных данных. МГС также внес вклад в собрание NASA в 1977г., посвященное данным спутника Landsat и географическим информационным системам. В 1978 году в Нигерии был организован трехнедельный рабочий семинар по применению методов дистанционного зондирования для регионального и государственного планирования, финансируемый Канадским агентством по международному развитию и ЮНЕСКО.
В 1980-1988 годы работа Комиссии по зондированию и обработке географических данных велась под руководством доктора Дуэйн Марбл. Основная деятельность была сосредоточена на организации встреч специалистов, посвященных крупным научным проблемам в развитии ГИС. В 1988 комиссия была переименована в Комиссию по географическим информационным системам под председательством профессора Сатио Кубо из Японии.
Также МГС курировал распределение средств по грантам и контрактам. Было налажено взаимодействие между ведущими специалистами, ученые-географы получали все большее признание за свои работы, стали доступны регулярно публикуемые журналы, а конференции по ГИС во всем мире стимулировали продолжение работы, начатой Международным географическим союзом. МГС стал организацией, подпитывающей ГИС и позволившей им стать важной составной частью географии, приносящей пользу всей дисциплине и всему обществу.
