Неогеография: смена вех

География с момента ее появления всегда мыслилась как пространство границ, и даже самые первые и рудиментарные географические «карты» делят мир на качественно различные области. С началом цифровой эры такие карты получили название «векторных» - по названию технологии, используемой для представления линий и границ между областями.

Появление и широкое распространение принципиально нового способа представления географических данных – растрового, характерного для данных дистанционного зондирования (космических, аэро- и других изображений, данных лидарного сканирования и т.д.) привело к естественному пересмотру принципов работы с географической информацией вообще.

Появились первые качественно новые информационные продукты и среды. Явившись итогом развития технологий обычных, цифровых карт и геоинформационных систем, они стали принципиально новым шагом в развитии методов географии. Возник новый термин - «неогеография».

«Неогеография»: новая эпоха

Термин «неогеография» был введен в широки научный оборот специалистом в области ГИС Эндрю Тёрнером (Andrew Turner) в вышедшей год назад, в декабре 2006 года, книге «Введение в неогеографию» (Introduction to Neogeography).

Неогеография представляет собой совокупность методов картографии и ГИС, позволяющих резко повысить эффективность работы с данными.

Неологизм неожиданно быстро был воспринят географами. Уже в июле 2007 года в Сети стали появляться первые объявления о приеме на работу специалистов в области «неогеографии».

Понять готовность специалистов в области цифровой географии к адаптации нового термина можно, рассмотрев беспрецедентную скорость, с которой завоевало популярность во всем мире семейство продуктов компании Google, считающихся на сегодняшний день «эталонами неогеографии» - Google Earth и Google Maps. Продукты такого рода пока не получили устойчивого обозначения; обычно используется термин «геопорталы», или «геоинтерфейсы».

Появившись в июне 2005 года, они уже через два года обогнали по популярности все «классические» ГИС, вместе взятые. Число загрузок клиентских приложений Google Earth давно превысило 200 млн. В Нидерландах почти половина всего (а не только взрослого) населения регулярно пользуется Google Earth. ГИС о таком проникновении в общество не могли и мечтать.

Впечатляющий успех новых продуктов сам по себе наглядно свидетельствует о том, что заложенная в них идеология кардинально отличается от предшествовавшей ей идеологии географических информационных систем предыдущего поколения. Успех Google Earth и Google Maps активно изучается во всем мире. Создаются, в том числе и у нас в стране, новые, в той или иной мере аналогичные им по функциональным возможностям продукты.

Достичь успеха или даже вырваться в лидеры в этой чрезвычайно перспективной области можно, лишь правильно определив ключевые особенности и отличия нового подхода к работе с геоданными.

Можно выделить три основных характерных отличия подхода неогеографии от подхода ГИС. Это:

• преимущественное использование не векторного, а растрового представления;
• использование не картографических, но географических систем координат;
• применение гипертекстовых форматов хранения данных.

Растр vs. Вектор

Изначально географические карты были «картами границ» - основным носителем информации о местности являлись линии, разграничивающие качественно различающиеся области. С началом цифровой эпохи такое представление получило обозначение векторного, и векторные способы представления географической информации стали доминировать. Цифровые карты, а затем геоинформационные системы (ГИС) – классические примеры доминирования «векторного» подхода.

Правда, изначально, в эпоху «становления» ГИС, наряду с векторными существовал и ряд растровых систем. Однако в дальнейшем они распространения не получили – векторный формат представления геоданных одержал безусловную победу. Во-первых, он оказался более «экономичным». Во-вторых, он естественным образом сочетался с уже существовавшими и хорошо известными в ту эпоху географическими продуктами – картами. В-третьих, векторный формат оказался более удобным для реализации аналитических возможностей, ставших неотъемлемой частью геоинформационных систем.

Перемены обозначились на рубеже столетий.

Во-первых, появились высококачественные, недорогие и открытые данные дистанционного зондирования – и в первую очередь космические снимки. Они позволили каждому увидеть местность такой, какая она есть на самом деле - не опосредованной картографическим представлением (векторизацией).

Во-вторых, развитие аппаратной базы и повышение производительности компьютеров сделало возможной работу с изображениями большой размерности и их обработку «на лету» на обычных ПК.

Снимки оказались существенно более информативным источником географической информации, чем карты – можно привести аналогию карандашного рисунка и фотопортрета. Правда, на представленной таким образом местности «исчезли» границы. Вместо совокупности «разделительных линий», какой она выглядит на карте, местность стала представляться непрерывным континуумом – каким она и является на самом деле.

Переход к растровому представлению данных позволил разрешить становящуюся непреодолимой проблему создания все более точных – и в географическом, и во временном аспекте – карт.

Современное общество нуждается во все более и более точных картах. Чем точнее карта, тем дороже она обходится и тем больше времени требуется для ее создания.

Вместе с тем, «срок годности» таких карт сокращается по мере укрупнения их масштаба – особенно в нашу динамичную эпоху. Создание и поддержание в «свежем» (актуальном) состоянии географических карт становится чрезвычайно обременительным делом – и проблемы с высокоточными картами носят не только субъективный, но и во многом объективный характер.

Переход к растровому представлению позволяет фактически мгновенно обновлять геопродукты за счет отказа от самой дорогостоящей, длительной и неизбежно в основе своей субъективной процедуры – векторизации.

Естественно, говорить о полном замещении векторного представления растровым некорректно. Первое гораздо лучше подходит для описания, например, административных, государственных или кадастровых границ - то есть условных линий, проведенных человеком и имеющих юридический характер.

Растр гораздо лучше описывает Землю как таковую. Использование растровых изображений позволяет значительно лучше увидеть "зыбкость" и изменчивость географических объектов в реальной природе – границ водоемов и береговой линии, болот, лесов – всего того, что четкой либо стабильной во времени границы не имеет в принципе.

Интересно, что переход к растровому представлению географической информации позволил избавиться от целого ряда софизмов, возникших в географии в эпоху карт. Например, известна проблема расходимости ряда значений длины береговой линии, рассчитанной по картам различного масштаба. В растровом представлении сама постановка задачи видится изначально бессмысленной.

Смещение акцента с вектора на растр влечет за собой глубокие изменения в характере цифровых сред для работы с данными. Отходит на второй план характерное для ГИС послойное представление данных.

Вместе с тем, становится возможным представление местности в ее динамике за счет совокупности изображений, дающих временные срезы и фактически позволяющих создать "фильм" о "жизни" местности.

Стоимость географических продуктов резко снижается, сроки их создания – столь же резко сокращаются, представление местности становится фотографически точным и значительно менее субъективным.

Системы координат: путь к трехмерности

Появление спутниковых навигационных систем, резко упростивших сбор и получение координатной информации, сделало возможным переход к использованию в геопродуктах не картографических, а географических систем координат, а также привело к отказу от «ортогонального» представления местности как основного или единственного. Такой шаг будет иметь глубинные последствия.

Условно говоря, топографическая карта, схема или план – это всегда вид на местность сверху. Такое (ортогональное) представление позволяет обеспечить единый масштаб по всему листу карты и, соответственно, возможность производить на карте измерения – например, прикладывая линейку.

В то же время, полностью геометрически корректное отображение больших территорий или Земного шара целиком на карте невозможно – ни одна так называемая картографическая проекция (и соответствующая ей картографическая система координат) не позволяет передать одновременно все метрические характеристики без искажений.

Возникло четкое разделение между топографическими (т.е. высокоточными) картами и планами, с одной стороны, и географическими (т.е. всеобъемлющими) картами – с другой.

Проблему представления высокоточных геоданных не просто на «вырванном» из географического контекста участке местности, но на модели всего Земного шара целиком, удалось решить с помощью методов неогеографии.

Фактически решение «носилось» в воздухе.

Ортогональное представление местности, характерное для карт и «по наследству» доставшееся геоинформационным системам, необходимо для осуществления измерений с помощью внешнего измерительного устройства (линейки, курвиметра, транспортира и т.д.) Но в цифровом продукте средства измерения уже интегрированы в интерфейс – программную оболочку.

Теперь местность можно отображать под любым ракурсом – в том числе и перспективным – без потери метрической достоверности. В географии началась «эпоха трехмерности».

Системы для 3D-отображения геоданных существовали и раньше, в эпоху «классических» ГИС. Однако лишь с появлением геопорталов класса Google Earth стало возможным "на лету" изменять ракурс просмотра местности на произвольный. Внезапно «оживающий» рельеф любой области на планете производит на человека, впервые знакомящегося с Google Earth и аналогичными продуктами, неизгладимое впечатление.

Техническая возможность трехмерной визуализации логично привела к обвальному росту потребности в трехмерных геоданных. Цифровые 3D-модели зданий и сооружений, выполненные в том числе с использованием методов фотовизуализации, и при этом географически точно локализованные уже не только в пределах листа карты, но в масштабе всей Земли, становятся новым стандартом и кардинально улучшают восприятие геоданных. Степень "подготовленности" геоданных к их восприятию человеком получил в англоязычной литературе обозначение Situational, или Mapping Awareness.

Этот термин, не имеющий четкого общепринятого аналога в профессиональном русском словаре, обозначает принцип комплексного представления разнородной информации, привязанной как к пространству (то есть географически достоверной), так и ко времени (представляемой в реальном масштабе времени). Фактически, за этим скрывается критически важность особенность геоданных – они всегда контекстны.

Восприятие любых геоданных зависит от того, насколько глубоко они «погружены» в географический контекст местности. Мало что могут сказать «непосвященному» сухие значения широты и долготы. Но достаточно показать их на фоне высокоточного космического снимка, охватывающего окрестности объекта – и ситуация мгновенно проясняется.

Методы неогеографии позволяют показать любой, даже небольшой географический объект в его максимально полном географическом контексте – представив весь мир как его далекие или близкие, но окрестности. Важность этого для бизнеса, торговли, транспорта невозможно переоценить.

Для России переход к принципиальной трехмерности геопродуктов нового поколения представляет особую важность.

Дело в том, что используемое в русском языке понятие «карта» соответствует не столько понятию «map» (собственно географическая карта), сколько понятию «card» (нечто плоское). До поры до времени «карты» действительно оставались «плоскими». Но с появлением трехмерных сред термин «карта» становится однозначно архаичным – геопродукты нового поколения «картами» уже не являются в принципе. Появление новой русской терминологии, очевидно, не за горами.

Гипертекстовая география

Невозможность хранить весь объем растровой информации для всего Земного шара на одном отдельно взятом компьютере логично привела к появлению геопорталов – продуктов, позволяющих получать по сети доступ к данным на любую произвольную область Земного шара (естественно, регулярно востребуемые данные хранятся непосредственно на рабочем ПК). Этот шаг позволил разрубить «Гордиев узел» проблем, принципиально осложнявших работу с географической информацией до сих пор.

"Вертикальная" циркуляция географической информации с помощью карт (и «классических» ГИС) осуществляется чрезвычайно медленно – это связано с тем, что перевод данных с одного масштабного ряда в другой неизбежно подразумевает их обработку, генерализацию. Это требует времени, средств, трудозатрат.

Более того – географические данные становятся «непрозрачными» в «вертикали власти» или любой иерархически организованной структуре. Каждый ее уровень может работать только с картами строго определенного масштаба. Перевод текущей географической информации из формата в формат требует времени и затрат.

Неогеография использует представление геоданных в гипертекстовом виде – на основе форматов, являющихся расширением языка гипертекстовой разметки XML. Фактически, каждый географический объект – 3D-модель здания, город, место пикника туристов, торговая точка – представляют собой маленький веб-сайт со своим уникальным адресом, привязанный в унифицированной, единой для всего Земного шара географической системе координат.

Данные становятся прозрачными и вертикально, и горизонтально в независимости от того, как именно они организованы (интранет, интернет и т.д.). Руководитель разветвленной структуры или глава государства может, условно говоря, при необходимости одним кликом мышки добраться до модели любого объекта, рассмотреть и изучить его со всей возможной детальностью. Аналогичным образом данные становятся прозрачными и «по горизонтали».

Важность этого для сложных структур, и в первую очередь для государства, невозможно переоценить.

Не менее важно и другое. Гипертекстовый формат позволяет решить проблему объединения данных о географических местоположении объектов (относительно стабильных), с их семантикой – информацией о быстротекущих, изменчивых во времени свойствах объектов. Например, с помощью «классического» HTML 3D-модели зданий можно дополнить изображениями, передаваемыми в реальном масштабе времени установленными в них веб-камерами.

Заключение

Неогеография, являясь принципиально новым подходом к работе с географической информацией, позволяет кардинально улучшить ее качество, полноту, целостность, достоверность, прозрачность и доступность.

Полномасштабный переход к использованию новейших технологий даст России огромные конкурентные преимущества. Осваивать их необходимо немедля. Этот процесс уже начался. В Сети появилась первая 3D-модель русского города. Гепорталы обретают популярность в русской провинции и в бизнесе. Началось освоение такой новой технологии, характерной для геопорталов, как четырехмерное, 4D-представление данных. В геопорталах ведется активная работа по консолидации информации о православных храмах России и о факторах, определяющих биобезопасность страны.

В одной статье невозможно осветить методы и средства неогеографии во всем их многообразии. Более подробная информация о различных аспектах неогеографии, а также новости отрасли будут регулярно представляться на портале Исследования и разработки – R&D.CNews.

Экспертная группа / R&D.CNews