ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ И АКТУАЛИЗАЦИИ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Глава 1. ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Исторические предпосылки возникновения геоинформационных систем

Геоинформатика, в рамках которой создаются и развиваются геоинформационные системы, является новой молодой отраслью науки. Подобно экологии, впитавшей основы нескольких наук, геоинформатика появилась как результат развития ее предшественников, среди которых особо следует отметить:

— картографию (программно-целевое картографирование);
— мониторинг состояния среды и кадастр;
— системную динамику;
— развитие компьютерной индустрии.

Картография — древняя наука, она развивалась в течение несколько веков с разной интенсивностью и в разных направлениях в зависимости от стоящих конкретных задач и целей.

Крупномасштабное хозяйственное освоение территорий в разных странах в 60 — 70 гг. прошлого века привело к необходимости проведения картографических работ для целей территориального планирования. Результаты таких исследований реализовывались в виде крупных картографических произведений — атласов. Так, к концу 1975 г. 40 стран мира имели свои национальные атласы или отдельные их выпуски. Они были общеобразовательными, учебными, но главным образом, создавались для целей планирования. По структуре, содержанию, способам картографического изображения многие из них были идентичны. Обычно карты группировались в несколько разделов:

— природные условия — карты, раскрывающие рельеф, климат, почвы, растительность, ландшафты, гидрогеологию, месторождения полезных ископаемых;
— структура производства — карты, отражавшие особенности промышленности, строительства, транспорта, торговли, производственной структуры сельского хозяйства, плодородия почв и продуктивности животноводства;
— население и структура расселения — карты, раскрывающие занятость населения в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, его подвижность, социально-экономическую структуру и другие демографические особенности;
— техническая инфраструктура — карты, характеризующие загруженность дорог, состояние водоснабжения и коммуникаций;
— формирование окружающей среды — карты состояния рек, охранные и рекреационные зоны, пригородные зоны отдыха и т. п.;
— административный раздел — карты, отражающие административное деление, важнейшие города и селения, динамику их роста.

При создании атласов ставилась цель обеспечить легко сравниваемую информацию естественных и социально-экономических условий регионов с демонстрацией всех факторов развития, которые необходимо учитывать при планировании. Многие атласы снабжались контурными картами, которые планирующие органы могли использовать для нанесения вновь построенных объектов или для разработки проектов развития территории планирования. Использовались также накладные дополнительные карты, выполненные на прозрачной основе, что позволяло сопоставлять различные тематические карты. И в этом уже просматривались элементы современных геоинформационных технологий. Однако становилось понятным, что основная сложность в развитии данного направления заключалась в недостаточной оперативности обновления картографического материала в соответствии с быстро меняющимися реальными ситуациями, нерациональным использованием накапливающегося статистического материала, сложностью его обобщения и математической обработки.

Развитие работ по земельному кадастру обусловило накопление огромного количества информации, что требовало новых технологий для их хранения, обработки и организации управления. Цель земельного кадастра заключается в формировании, накоплении и обновлении сведений о земле, для поддержания и регулирования установленных в государстве земельных отношений. С этих позиций создание геоинформаци-онных систем способствовало решению кадастровых проблем.

С другой стороны, начиная с 70-х гг. прошлого столетия в обществе укреплялась осознанность начала глобального экологического кризиса. Крупномасштабные разработки полезных ископаемых, рост промышленного и сельскохозяйственного производства, появление десятков тысяч новых химических соединений наряду с ростом населения в мире привели к весьма печальным последствиям — загрязнению окружающей среды, деградации и опустыниванию земель вплоть до экологических кризисов и катастроф. Следствием этого явилось ухудшение качества окружающей среды для всей биоты Земли, включая человека.

Поэтому после Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде началось бурное развитие экологии и экологических исследований. Совместными усилиями мирового сообщества в рамках ЮНЕП (Программа ООН по окружающей среде, UNEP — United Nations Environmental Program) была создана Глобальная система мониторинга окружающей среды — ГСМОС (The Global Environmental Monitoring System — GEMS). В задачу этой организации входило обеспечение мониторинга загрязнения окружающей природной среды и вызывающих его факторов воздействия [16]. Поскольку эффект суммарного воздействия многих локальных точечных источников загрязнения природной среды имеет территориальных характер, прово дить наблюдения и оценку состояния среды и осуществлять превентивные действия следует на конкретной территории.

Система ГСМОС кроме экологического мониторинга также проводит геологический мониторинг, слежение за параметрами землепользования, почвенного и растительного покрова и т. п. Фондовый мониторинг осуществляется в рамках международной программы «Человек и биосфера» (МАВ — Man and Biosphere) на базе биосферных заповедников, где не предусмотрена и запрещена хозяйственная деятельность.

Результаты мониторинга показывали сложность и неоднозначность воздействия антропогенной деятельности на окружающую среду. Многочисленные связи различных уровней между биотическими и эдафичес-кими факторами среды требовали экосистемного подхода к интерпретации процессов, происходящих в природе и обществе. Стали появляться модели управления качеством окружающей среды, построенные на основах системной динамики — как методе анализа динамического поведения сложных систем. Системнодинамические имитационные модели используются для упорядочивания знаний и понимания поведения исследуемой системы и происходящих в ней процессов. Это позволяет находить такие стратегические решения, которые способны изменить и направить поведение системы в желаемом направлении, реализовать ментальные модели, производить обмен знаниями и т. п. [44, 54, 68].

На основе таких принципов были разработаны многие известные модели в области изучения окружающей среды [34, 45, 66, 78, 57, 58].

Конечно, реализация таких проектов требовала применения сложной вычислительной техники. Бурное развитие, особенно за последние 15 — 20 лет, компьютерной техники, превратившейся в мощную индустрию, помогло поднять многие научно-практические разработки на новый уровень. Наряду с технико-конструкторскими решениями появилось большое количество разнообразных программных продуктов. Так, появились компьютерные средства обработки пространственных изображений, составления карт, хранения и использования информации, моделирования и т. п.

Упростилась обработка данных дистанционного зондирования.

Таким образом, все указанные средства и методы аккумулировались в новом научном направлении — геоинформатике. В ее задачи входят научные, технологические разработки и производственная деятельность. Геоинформатика занимается научным обоснованием, проектированием, созданием, эксплуатацией и использованием географических информационных систем, разработкой соответствующих технологий и приложений для практических и научных целей [39].