50 лет ГИС

Гохман В.В., компания Esri CIS, e-mail: vgokhman@esri-cis.ru

HalfacenturywithGIS

Всё начиналось с корпоративных геоинформационных систем (ГИС). И было это полвека тому назад, когда широко востребованные и тогда, и в еще большей мере – в наше время потребности в инструментальных средствах для работы с данными с пространственной составляющей (теперь они называются геоданными) стали подкрепляться набирающими силу и быстро развивающимися информационными технологиями и наращивающим скорость и мускулы аппаратным обеспечением для хранения и автоматизированной обработки больших массивов данных. Но чтобы это стало реальностью, нужны были концептуальные идеи и яркие личности, способные воплотить их в жизнь, заинтересовать других и превратить их в своих союзников, сторонников и продолжателей.

Географические карты и планы (местности, городов, стран и регионов, всего известного на разные моменты истории мира) стали создаваться и использоваться уже очень давно. Но конкретные мысли о возможности и необходимости создания синтетических карт, содержащих накопленные сведения и знания сразу по нескольким темам и отражающих разные стороны окружающего мира, стали воплощаться в реальной жизни лишь сравнительно недавно. Сначала для этого использовался метод наложения калек с нанесенным на них разным географическим содержанием, а затем, с появлением компьютерных технологий, а также дигитайзеров и сканеров данные стали создавать и хранить в цифровой форме с непосредственной привязкой к географическому пространству и в виде отдельных наборов (тематических слоев). В результате карты, еще век-полтора назад бывшие своеобразными произведениями искусства и доступные немногим, впоследствии постепенно стали средой общения и уникальным информационным источником для повседневной работы все более широкого круга людей и обеспечили каждодневные потребности разнообразных направлений человеческой деятельности.

Аналогичным образом дело обстояло и с воплощенными в ГИС технологическими инновациями, которые являются логичным развитием географической науки и геопространственного подхода к описанию, изучению и моделированию окружающего нас мира. Сначала они охватили лишь ограниченный круг лиц – профессионалов, которые решали в основном масштабные задачи (в современном понимании это был преимущественно корпоративный уровень развертывания ГИС), а потом, особенно в конце прошлого и начале нашего столетия превратились в универсальный инструмент познания нашего мира и планирования нашей деятельности, доступный всем людям.

Моменты истории

Некоторые события, такие как дни рождения, свадьба или окончание школы, ну или легендарные географические открытия и покорения (полюсов, вершин и т.д.) легко отметить в календаре. Момент зарождения других более расплывчат и растянут во времени, к примеру: начало какого-то общественного движения, становление языка, научной отрасли и пр. Но сочетание трех поворотных событий 1962-1963 годов дает основание маркировать и, соответственно, теперь уже отпраздновать полувековой юбилей ГИС (Geographic Information System, англ. аббревиатура «GIS»).

Первое событие относится к Земельному кадастру Канады (Canada Land Inventory, CLI). В 1962 г. этим крупным государственным ведомством было опубликовано около 1500 карт по землепользованию и продуктивности земель общей площадью более 1 млн. кв. км масштаба 1:50000 и 1:250000. Они отображали потенциал земельных угодий с позиций сельского хозяйства, лесной отрасли, ресурсов дикой природы, представляли землепользование и различные административные и прочие границы. И хотя эти карты были сделаны традиционным для того времени ручным способом на бумажной основе, Роджер Томлинсон убедил руководителя CLI в пользе и эффективности применения компьютерных технологий в производстве и анализе карт и лежащих в их основе данных. (для справки: д-р Роджер Томлинсон(RogerF. Tomlinson, род. в 1933 г.), англичанин родом из Кембриджа, в 1951-54 гг. бывший летчиком ВВС Великобритании, после ухода из армии получил два университетских образование по географии и геологии, затем ставший гражданином Канады и изучавший ледниковую геоморфологию п-ва Лабрадор (степень магистра в университете МакГилла, Монреаль, докторская степень), а в начале 1960-х годов – представитель правительства и сотрудник крупного геодезического и картографического предприятия SpartanAirServicesofOttawa).

Вскоре д-р Томлинсон был приглашен правительством для разработки требований к функциональности того, что в дальнейшем было названо Канадской географической информационной системой, ставшей первой серьезной ГИС в мире. В печатном виде эта аббревиатура (ГИС) впервые была представлена в брошюре "An Introduction to the Geo-Information System of the Canada Land Inventory" (Введение в Гео-информационную систему земельного кадастра Канады), увидевшей свет в 1967 году. Но в узком кругу профессионалов этот термин к тому времени уже вошел в обиход повседневного общения создателей этой системы и их коллег. Справедливости ради стоит отметить, что в первоначальном виде он звучал как Гео-ИС (Geo-IS). Но особое упоминание в этом названии географии не осталось без внимания заинтересованных лиц и способствовало росту интереса к этой дисциплине. А слегка модифицированный термин «GIS», именно в таком «окончательном» виде впервые появившийся в августе 1968 г. в написанной также Р. Толминсоном для Национального агентства по науке Австралии и в концептуальном плане актуальной и сейчас брошюре «A Geographic Information System for Regional Planning» (Географические информационные системы для регионального планирования, см. gisandscience.files.wordpress.com/2012/08/1-a-gis-for-regional-planning_ed.pdf), постепенно прочно закрепился за этим научно-прикладным направлением, которое развилось в ту мощную отрасль информационных технологий, которую теперь мы знаем как ГИС.

А Роджер Томлинсон, по праву признанный «отцом ГИС», награжден высшей государственной наградой Орденом Канады (за «изменение лица географии как дисциплины»), многими другими наградами и почетными званиями ряда известных международных организаций и университетов, в 1997 г. ему первому присуждена награда Esri Lifetime Achievement Award за выдающийся вклад в становление и развитие ГИС. Собственно, этому направлению он посвятил всю свою жизнь. Его диссертационная работа, защищенная в Лондонском Юниверсити-Колледж, была посвящена применению компьютерных методов и технологий для хранения, сбора, обработки и оценки картографических данных, то есть для того времени она была пионерной и способствовала возникновению и развитию нового направления информационных технологий.

Young Tomlinson-3.jpg Tomlinson-4.jpg

Роджер Томлинсон во времена разработки концептуальных основ и методов цифровой картографии (слева, кадр из фильма DataforDecisions (Данные для принятия решений), снятый National Film Board of Canada, и в наши дни (справа).

PA210015_s.jpg

Роджер Томлинсон проводит свой «фирменный» всемирно известный семинар на тему «Думая о ГИС» на конференции пользователей Esriв подмосковном Голицыно в 2001 году.

annals.jpg

Этот обзорный отчет 1962-го года дал старт к разработке ГИС для правительства Канады.

Первое официальное упоминание в печатном издании термина GIS (ГИС) с описанием их назначения и направлений практического использования.

В основе этих инноваций, которые инициировали и в конечном итоге привели к появлению Канадской географической информационной системы (CGIS), лежала фундаментальная идея об использовании компьютеров для создания карт, работы с ними и извлечения из них разнообразной полезной информации. Для реализации таких возможностей карты должны быть в цифровой форме. И тогда много карт можно объединить (сшить) и получить единое картографическое представление для всей территории (в данном случае – страны) и объединить его с цифровыми базами данных, например по статистике (с данными переписи и любыми другими). А одним из главных стимулов к разработке системы было то, что она могла помочь в решении насущной проблемы эффективного комплексного анализа большого числа карт, вернее – лежащего в их основе сущностного содержания. Подобный анализ с применением ручных методов был крайне затруднен как с точки зрения затрат на его проведение, сопоставимых со стоимостью проведения геосъемки (сбора полевых данных) и составления самих карт, так и с позиций необходимого для этого времени (по оценкам – годы, причем с мало предсказуемым результатом). Поэтому такие аналитические исследования чаще всего вообще не выполнялись в необходимом объеме. А использование для этого компьютеров представлялось перспективным и привлекательным, поскольку они способны за часы выполнить сопоставление данных и анализ, на который раньше требовались годы кропотливой работы большого коллектива из нескольких сотен людей. Прошедшее с тех пор время убедительно показало, как изложенные в этой небольшой работе Томлинсона идеи нашли реальный отклик и стали руководством к действию для многих людей и организаций во всем мире.

Кроме того, Канадская ГИС дала толчок в разработке сопутствующего оборудования и инструментария. Так, отделением IBM специально для этого проекта был разработан и в 1967 году выпущен первый цифровой сканер картографического масштаба. Его стоимость составила 180 тыс. долларов и он проработал 15 лет, а потом был заменен на новую модель. Сейчас он выставлен в Национальном музее науки и технологий в г. Оттава. Другим инновационным внедрением стал самый большой на то время цифровой дигитайзер (48 x 48 дюймов), также созданный для реализации проекта CGIS.

Вернемся к моментам истории. Итак, в августе 1963 г. Роджер Томлинсон представил в CLI доклад с заключением о практической осуществимости такого решения и дал практические рекомендации по конструированию и развертыванию системы. А Эдвард Хорвуд (Edward Horwood) из Вашингтонского университета вскоре организовал «Первую ежегодную конференцию по информационным системам и программам для градостроительного проектирования». За несколько лет это событие стало основной конференцией новой организации – Ассоциации городских и региональных информационных систем (URISA, сейчас это одна из ведущих организаций в области муниципального и регионального развития в США). Со временем такие системы также стали называться географическими информационными, и проходившая в 2012 году 50-я конференция URISA была переименована в “GIS-Pro” (Pro – от профессионалы). В том же 1963 году Э. Хорвуд организовал в Северо-Западном университете (шт. Иллинойс) несколько курсов по компьютерной обработке и картографированию кадастровых данных. Одним из участников этих курсов был Ховард Фишер (Howard Fisher), архитектор, преподававший планирование и дизайн в этом университете. Он загорелся идеей разработать собственную компьютерную картографическую систему и вместе с программистом Бетти Бенсон (Betty Benson) вскоре предложил прототип системы SYMAP. Фишер по гранту от Фонда Форда организовал Лабораторию компьютерной графики в Гарварде, где он наблюдал и отчасти контролировал эволюцию компьютерной картографии и ее трансформацию в ГИС.

Не претендуя на историческую полноту, но следуя мнению знатоков, давайте также будем считать эти и другие знаменательные события полувековой давности важнейшими вехами в зарождении и становлении технологии геоинформационных систем. В конечном итоге, факт остается фактом: ГИС с тех пор прошли знаменательный путь развития, причем за сравнительно короткое время. Хотя старт и был нелегким, ведь еще в 1970 году во всем мире было всего около 40 человек, постоянно применявших эту технологию в своей работе. Но постепенно ее популярность повышалась. К настоящему моменту мощь и роль этой технологии и лежащих в ее основе концепций и методов оценили на практике многие сотни тысяч и даже миллионы людей во всем мире, ставших профессионалами ГИС, нашедших свою интересную и достаточно престижную работу и свое достойное место в обществе.

Одним из свидетельств постоянно растущего влияния ГИС и связанных с ними технологий на мировое сообщество и ширящийся географический метод и тип мышления, планирования деятельности и взаимодействия с окружающим миром является, например, недавно выпущенная Penn State–Public Broadcasting серия видео "Геопространственная революция» (Geospatial Revolution). ГИС стали одним из видов общественного движения, значимым социальным явлением и своеобразным всемирным языком человеческого общения. Упомянем, например, такие моменты как народные интернет-карты, создаваемые и дополняемые обычными людьми, навигационные сервисы, взаимодействие граждан с «прозрачным» правительством и муниципальными службами через картографические веб-сервисы и т.д. (материал этого раздела основан на обсуждении в блогах на сайте Esri и информации с других интернет-ресурсов)

ГИС в наши дни

Чтобы чем-то эффективно управлять и, соответственно, планировать свои действия и принимать адекватные решения, это что-то надо понимать, причем, по возможности, в комплексе, во взаимодействии с окружением и с учетом изменений в пространстве и во времени. География + ГИС – это универсальная платформа для понимания нашего мира. Сами по себе данные, которые собираются и накапливаются все в большем и большем количестве, недостаточны, они должны быть доступны:

  • для структурирования и классификации в соответствии с вашими потребностями;
  • для сравнения и адекватного отображения на основе единого, общего пространственного критерия;
  • для их анализа и синтеза;
  • для эффективной работы с ними с использованием средств моделирования;
  • для интуитивно понятной визуализации полученных результатов, в том числе в виде интерактивных карт и глобусов, двух- и трехмерных моделей территории и расположенных на ней объектов и явлений, в виде графиков, диаграмм и других графических представлений;
  • для решения разнообразных задач с использованием уникальных возможностей ГИС.

Эта концептуальная и технологическая платформа необходима именно для того, чтобы собранные данные превратились в полноценное общедоступное знание (геознание), которое можно интегрировать во всё, что мы делаем. Его можно и нужно постоянно применять как в повседневной жизни, так и для решения разнообразных проблем любого пространственно-временного масштаба: от локального и до глобального, и любой смысловой тематики. И, что не менее важно, она нужна для того чтобы обмениваться этими данными, этой информацией и сформированным на их основе знанием, совершенствовать и облегчать взаимодействие с коллегами, партнерами, всем обществом. Обеспечивая поддержку всех этих направлений, ГИС предоставляют все более мощную развитую функциональность и, в то же время, они становятся все более простыми и удобными в использовании. И они теперь стали доступны для всех, везде и практически на всех популярных устройствах, в том числе мобильных.

01.jpg

Теперь работать с ГИС и картографическими сервисами можно и на мобильных устройствах.

Интерактивные веб-карты и приложения предоставляют универсальную среду – посредника для объединения, представления и понимания, облегчающего широкий доступ к информации, отображенной в удобных для восприятия и привычных для всех формах.

Знаменательное событие этого года – 50-лет со времени появления базовой концепции геоинформационных систем и с начала их применения на практике. Эти исходные концепции, превратившие ГИС в универсальный язык для создания и распространения данных с целью описания и изучения нашего мира, до сих пор актуальны, хотя и они, и созданная на этих принципах технология постоянно развиваются и совершенствуются. А книга одного из родоначальников ГИС Роджера Томлинсона «Думая о ГИС: планирование географических информационных систем: руководство пользователя» (название русскоязычного перевода, изданного DATA+), выпущенная издательством Esri Press уже в 4-ом издании, является незаменимым пособием для всех, кто серьезно думает о развертывании геоинформационной системы в своих организациях или уже занимается практической реализацией крупных проектов на основе ГИС и оценкой, в том числе экономической, преимуществ, которые она может дать.

2012116seqn_s.jpg

«Думая о ГИС…» Р. Томлинсона и другие книги по основам геоинформационных технологий и некоторым сферам их применения, изданные DATA+ на русском языке.

В настоящее время впервые воплощенные на практике в Оттаве географические информационные системы используются во многих сотнях тысяч организаций во всем мире. В эту более чем 50-ти миллиардную индустрию напрямую вовлечены миллионы людей, постоянно использующих инструментарий и функции ГИС в своей профессиональной деятельности. И еще намного большее их число с помощью своих компьютеров и мобильных устройств (планшетов, смартфонов, обычных сотовых телефонов), использует интерактивные цифровые карты, картографические Web-сервисы, приложения и, с недавних пор, облачные ГИС-реализации (подобные ArcGIS Online), зачастую даже не задумываясь о том, что без ГИС эти возможности были бы невозможны. Но, как считает м-р Томлинсон, потенциал ГИС пока раскрыт далеко не в полной мере, а современный этап их развития и применения – это только начало.

Одна из наших и ваших основных задач, как приверженцев и сторонников ГИС технологий, убежденных в том, что они действительно важны и приносят реальную пользу, создающих и распространяющих географическое знание и образ действий, заключается в разноплановой поддержке их широкого распространения и практического внедрения, в том числе путем реализации проектов создания разномасштабных информационных систем на основе ГИС. Опыт таких проектов накоплен огромный. Но, как известно, сферы применения геоинформационных систем и решений могут быть ограничены лишь границами нашей фантазии.