CC BY
109
Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334 (Онлайн)
Адрес статьи: pnojournal.wordpress.com/archive16/16-06/ Дата публикации: 1.01.2017 № 6 (24). С. 7-16. УДК 001.2: 165: 167: 004.942
С. А. Кудж
О философии геоинформатики
Статья анализирует философию геоинформатики как обобщение и назначение геоинформатики. Геоинформатика рассмотрена как синтетическая наука, которая возникла как синтез других наук. Геоинформатика рассмотрена как инструмент познания, который помогает формировать научную картину мира. Дано сравнение информатики и геоинформатики. Показано сходство и различие между этими науками. Рассмотрены онтологические описания, применяемые в геоинформатике. Рассмотрены специальные виды знания, которые получает геоинформатика. Рассмотрено сравнение синергетики и геоинформатике. Рассмотрено онтологическое описание в геоинформатике.
Ключевые слова: философия, философия информации, философия геоинформатики, геоинформатика, информационный подход, геоинформационный подход, синергетика, онтологии, эпистемология
Perspectives of Science & Education. 2016. 6 (24)
International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334 (Online)
Available: psejournal.wordpress.com/archive16/16-06/ Accepted: 1 December 2016 Published: 1 January 2017 No. 6 (24). pp. 7-16.
S. A. Ku dzh
About Geoinformatics philosophy
The article analyzes the philosophy of Geoinformatics as a generalization and purpose of Geoinformatics. Geoinformatics investigated as a synthetic science, which originated as a synthesis of the other sciences. Geoinformatics is considered as a knowledge tool that helps shape the scientific picture of the world. This article describes the comparison of informatics and geoinformatics. The article shows the similarities and differences between computer science and geoinformatics. This article describes the ontological description applied in geoinformatics. The article describes the special kinds of knowledge that gets geoinformatics. This article describes the comparison of synergy and geoinformatics. This article describes the ontological description in geoinformatics.
Keywords: philosophy, information philosophy, philosophy of geoinformatics, geoinformatics, information approach, geoinformation approach, synergetic, ontology, epistemology
_Введение
Философия всегда выступает как наука, которая может обобщать различные теоретические направления. Философские исследования помогают осуществлять междисциплинарный перенос знаний.Исследование окружающего мира включает в себя изучение смысла, изучение процесса познания и анализ предметности познания. Это возможно осуществить только с использованием философского подхода. Геоинформатика занимает особое место среди различных производных информатик.
Возникнув на базе простых технологических прагматических решений, она с течением времени интегрировала науки о Земле, космические исследования и дистанционное зондирование и развилась до фундаментальной науки. Для этой науки характерно саморазвитие и синергетиче-ские процессы. Неоднозначность возникновения и развития геоинформатики требует ее философского обобщения и рассмотрение философии геоинформатики как некой общей концепции и методологии.
_Эпистемология и геоинформатика
Теоретическое, философское построение картины мира отношения выходит за рамки обыденного жизненного мира человека. Философия решает две задачи: создает собственную картину мира, дистанцируясь от обыденных человеческих представлений; ищет переходы от научной картины мира к миру повседневного бытия человека [1]. Вопрос о том, как относятся эти особые миры, создаваемые теоретическим мышлением, к миру обыденного опыта и здравого смысла, как отличить построения, относящиеся к реальности, от тех, которые вводят в заблуждение, как отличить видимость знания от знания, знание от мнения и является основной проблемой в философском исследовании знания. В философии выработалось особое понимание проблемы знания, оно определяется главной задачей, которую всегда решали философы: понять отношение человека к миру. Мир - это то, что реально, что существует. Знание и есть то, что связывает человека с миром, говорит ему о реальности. Первоначально геоинформатика отражала картину мира как практическое применение неких технических и компьютерных возможностей. Это была прикладная технологическая наука. Но с течением времени она вобрала основы теории математики, логики и философии с тала качественно новой наукой появилась ветвь - общая геоинформатика, в которой теоретической познание мира стало основой. В настоящее время оба направления сосуществуют и помогают друг другу. Как инструмент познания геоинформатика [2] помогает создавать научную картину мира, используя свои методы и подход. Как инструмент познания геоинформатика помогает находить область истинности ряда пространственных законов и закономерностей.
_Антецедентные разработки
Геоинформатика возникла на основе разных источников [3, 4]: науки о Земле; методы автоматизированного проектирования (САПР), теория и методы обработки информации (информатика) и др.
Объективная потребность интеграции геодезических наук о Земле: геодезии, картографии, фотограмметрии, дистанционного зондирования Земли существовал давно. Но не было подходящей основы. Обучение геодезических дисциплин отличалось большим взаимопроникновением. На практике геодезисты часто работают в фотограмметрии, фотограмметристы работают на геодезических работах, занимаются составлением карт и т. д. В соответствии с классификацией ВАК, геоинформатика (25.00.35) относится к направлению «Науки о Земле» (25) служит ответом на необходимость интеграции этих наук в единую систему [5]. Информатика помогла создать основы интеграции этих наук [6]. Информатика внесла методы компьютерной обработки в геодезию,
фотограмметрию и картографию. Методологию электронного картографирования создали методы автоматизированного проектирования. Информатика создала основы интеграции этих наук, однако она не является доминантой в геоинформатике.
_Геоинформатика и информатика
Существует проблема отношений между геоинформатикой и информатикой [7, 8], которая состоит в разных точках зрения на геоинформатику со стороны специалистов в области наук о Земле и со стороны специалистов в области информатики. В образовании геоинформатика готовит специалистов, способных решать проблемы: определения фигуры Земли и небесных тел; измерения пространственных объектов в лито и аквасфере Земли; прикладные геодезические измерения в обеспечение строительства и обороны страны; гравиметрические измерения; построение геодезических сетей; картографирование; дистанционные исследования Земли. Все эти направления, связанные с приставкой «гео», составляют ядро и основной вес геоинформатики [9]. В тоже время специалисты в области информатики не принимают во внимание «гео» и оценивают геоинформатику только как информатику в геодезии. Они видят ядро геоинформатики в обработке информации.
Однако в системе наук, даваемой Высшей аттестационной комиссией (ВАК), геоинформатику (25.00.35) относят только к наукам о Земле. Смежными науками для геоинформатики считают: геодезию (25.00.32), картографию (25.00.33), аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия (25.00.34), землеустройство, кадастр и мониторинг земель (25.00.26), геоэкология (25.00.36), физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов (25.00.23), экономическая, социальная и политическая география (25.00.24). Никаких наук в области информатики смежных с геоинформатикой в этой классификации нет.
И наоборот, науки связанные с обработкой информации с кодом (05), например: системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям) (05.13.01), математическое обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей (05.13.11) и другие не имеют в качестве смежной науки геоинформатику. Однако, диссертационные работы по геоинформатике проверяют среди прочих и члены Экспертных советов по специальностям с кодом (05). Разумеется, существуют и другие Экспертные советы (строительство и архитектура).
На рис.1 дана схема трансформации информатики в разные предметные области. С этих позиций информатика — компьютерный посредник между математикой и логикой с одной стороны и прикладными науками с другой. Ин-
форматика возникла и развивается как наука о компьютерной обработке информации [10]. Не случайно длительный период времени 90-е годы и начало 2000-х годов курс информатики сводился только к программированию. Применение информатики в любой области основано на компьютерной обработке информации этой предметной области.
В результате такой трансформации (рис.1) появляется специфическая информатика в данной предметной области, например: информатика в геодезии, информатика в медицине, информатике в геологии и так далее. Исключение составляет бизнес информатика и биоинформатика. Причем биоинформатика существенно отличается от информатики, поскольку ней исследуют другие
Информатика в геодезии
Геодезия
Логика
I
Транспорт Информатика
транспорта
Информатика (Программирование) Медицина Информатика в медицине
' \
Математика Биология Биоинформатика
' Экономика Бизнес информатика
Рис.1. Трансформация информатики в предметные области
Рис.2. Структура и взаимодействие геоинформатики с другими направлениями
виды некомпьютерной информации, например информация, которую передают друг другу муравьи и пчелы. Модели передачи такой информации выходят в область искусственного интеллекта (мультиагентные системы), а не в область информатики.
При трансформации информатики в специализированные информатики ядро такой специализированной информатики меняется. Главным для нее является не обработка информации как таковая (вес информатики), а решение проблем и задач в своей предметной области.
На этой стадии следует отметить, что геоинформатика как простая трансформанта информатики не входит в схему на рис.1. Каждая специализированная информатика независимо от другой специализированной информатики обрабатывает свои данные. В этом случае имеет место разрозненность.
Данные предметной области преобразуются в модели этой же предметной области. Для обработки эти моделей их преобразуют в компьютерные модели, которые и применяются в информатике. Для информатики все данные равнозначны, поскольку сводятся к компьютерным моделям. В результате обработки получают специализированные наборы данных для каждой предметной области. На рис.2 дана структура геоинформатики.
В отличие от информатики, которая имеет два источника происхождения, геоинформатика имеет больше источников происхождения (рис.2). Основой интеграции геоинформатики явились технологии САПР как системы обработки стратифицированной информации. При этом обработка была распространена на науки о Земле. Таким образом, появилась возможность интеграции наук о Земле в единую систему. Эта интегрированная система наук о Земле называется геоинформатика [3].
Одним из отличий геоинформатики от информатики является интегрированная система данных, которая называется геоданные (рис.2). Геоданные не только включают данные разных предметных областей, но делают их комплементарными [11]. Геоданные это жесткое требование к данным, применяемым в геоинформатике.
Геоданные преобразуются в цифровые модели и тематические модели предметной области. При обработке геоданные преобразуют в геоинформационные модели. В результате комплексной обработки получают специализированные комплексные наборы данных как описание для каждой предметной области.
Отличие схемы на рис.2 от схемы на рис.1 в том, что в схеме рис.2 наборы любой предметной области унифицированы и стандартизованы. Это позволяет легко связывать наборы одной предметной области с наборами другой предметной области, поскольку имеют единые форматы и стандарты обмена. Таким образом,
применение информатики создает разрозненные наборы данных (рис.1). Применение геоинформатики создает комплементарные наборы данные, доступные для обмена и комплексного анализа, включая системный анализ данных. Это подчеркивает интеграционную сущность геоинформатики как науки и ее значение для других наук. С другой стороны интеграция других наук в геоинформатике требует обобщения и естественным образом ставит задачу философского обобщения.
_Геоинформатика и знания
Одной из задач геоинформатики является получение новых знаний [12]. Работы в области пространственных знаний, которые велись первоначально в области искусственного интеллекта
[13], стали интегрироваться с геоинформатикой
[14]. В геоинформатике пошли дальше и сформировали новый вид знания геознание [15-18].
Геоинформатика, как всякая друга наука сталкивается с проблемой неявного знания. В основном это внеличностное неявное знание, обусловленное отсутствием теории и причин объяснения того или иного пространственного явления. Например, наличие двух устойчивых колец космического мусора на околоземных орбитах пока не имеет научного обоснования и может быть отнесено к неявному знанию
При любом исследовании неявное знание проявляется как фрагментарное знание и по мере накопления знаний переходит в разряд целостного явного знания [19]. В настоящее время, в дополнении к пространственному знанию [20] и геознанию, формируется новый вид знания космическое знание [21].
В ходе развития и исследования в геоинформатике сформировался свой собственный геоинформационных подход [21, 22] как научный метод исследования. Вместе с информационным подходом геоинформационный подход служит основой научного анализа пространственной информации. Таким образом, геоинформатика как инструмент познание, имеет свой метод исследования, позволяет получать новое знание и позволяет получать специальные виды знания пространственное знание и геознание.
Онтологические описания
Онтология это не тезаурус и не модель предметной области. Но она, с одной стороны, является основой структуры модели предметной области, а с другой, выступает в качестве основы семантической структуры проблемно-ориентированного тезауруса. Онтологии связывают два важных аспекта [23].
Во-первых, они определяют семантику информации, что дает возможность обработки этой информации методами информатики и гео-
информатики. Во-вторых, онтологии определяют семантику реального мира и на этой основе позволяют связывать информацию, представленную для обработки, с информацией, с информацией удобной для восприятия человеком.
Назначение онтологий, как и геоинформатики, - интеграция информации, поэтому сами онтологии тоже могут подвергаться интеграции. Процесс интеграции онтологий может быть либо восходящим, либо нисходящим. Однако восходящий подход чрезвычайно трудоемок, и пока не существует средств, которые позволили бы создать полную систему знаний («Модель Мира»). Поэтому применяется, в основном, нисходящий подход к интеграции частных онтологий, ориентированных на конкретные практические задачи.
Онтологии делятся на: онтологии представления, общие онтологии, промежуточные онтологии, онтологии верхнего уровня, онтологии предметной области, онтологии задач (и онтологии- приложения. В геоинформатике эти понятия конкретизированы [23] и заменены на другие, которые являются синонимами, но лучше отражают сущность пространственных онтологий. Они представлены на рис.3.
Концептуальные онтологии определяют концептуализацию, которая лежит в основе формализма представления знаний. Аспектные онтологии включают фундаментальные аспекты концептуализации, например, такие категории как «род», «целое», «причина».
Онтологии отношений и понятий содержат общие понятия и отношения, характерные для конкретной предметной области, они могут играть роль интерфейса между различными подобластями предметной области. Семантические онтологии уровня являются конкретным выражением понятий общих и промежуточных онтологий.
Онтологии предметной области содержат понятия определенной области знаний. Онтологии
Концептуальные
Аспектные
Отношений и понятий
Семантические
Предметной области Задач
Приложений
Рис.3. Виды онтологий в геоинформатике
задач описывают определенные задачи области знаний или деятельности, релевантной рассматриваемой области. Онтологии-приложения являются специализацией онтологий предметных областей и задач.
Описание онтологии в терминологии словаря обычно представляется в форме, предлагаемой теорией логики первого порядка, где слова из словаря выступают в качестве унарных или бинарных имен предикатов, называемых соответственно понятиями и отношениями. В самом простом случае онтология описывает иерархию связанных понятий, в более сложных случаях - добавляются подходящие аксиомы, выражающие связи между понятиями и ограничивающие их интерпретацию.
Онтологии предметной области могут образовывать концептуальные связи с несколькими проблемными областями. Одно и то же множество объектов с одним и тем же набором свойств может использоваться в различных проблемных областях. Для каждой проблемной области характерна определенная модель поведения объектов предметной области.
Знания предметной области вместе с моделью, описывающей их поведение в рамках определенных в онтологии задач функций, образуют частную модель проблемной области. Программная реализация данной модели является онтологией-приложением. Онтологию-приложение можно рассматривать как усеченную онтологию проблемной области применительно к включенным в онтологию-приложение задачам. Модели предметной и проблемной областей тесно связаны с интенсиональным и экстенсиональным частями представлениями знаний.
В экстенсиональную часть входят конкретные факты, касающиеся предметной области. Экстенсиональные представления описывают конкретные объекты из предметной области, конкретные события, происходящие в ней, или конкретные явления и процессы.
В интенсиональную часть входят схемы используемых для описания связей и отношений между фактами или данными. Интенсиональные представления фиксируют те закономерности и связи, которым описываемые компоненты предметной области должны удвлетворять в рамках данной проблемной области. Интенсиональные представления знаний в искусственном интеллекте рассматриваются как знания проблемной области.
Онтологии являются обязательным средством описания знаний и пространственных знаний в геоинформатике. Онтологии отражаются как концептуализация мира в понятиях словаря для объектов, их качественных характеристик, отличительных особенностей для данной предметной области. Они задают понятия, определенные в словаре и обосновывают принятую в данной предметной области терминологию.
Почти все программные среды, ориентированные на создание онтологий, основаны на объектно-ориентированной модели, которая может иметь несколько видов отображения понятий и связей между ними. Онтологии в геоинформатике включают иерархию отношений и понятий.
_Геоинформатика и синергетика
Особенность геоинформатики как комплексной науки подчеркивается при сравнении ее с синергетикой [23-25]. Исследование самоорганизации дает основание определить синергетику как науку о самоорганизации. Этот же аспект позволяет рассматривать синергетику как науку, изучающую вопросы порядка и хаоса.
Подобной синергетике геоинформатика формировалась на основе интеграции наук [3]. Основными объектами технологического изучения геоинформатики являются природные и социально-экономические явления, происходящие на земной поверхности, подземной поверхностью и в околоземном космическом пространстве. Основными объектами теоретического изучения геоинформатики являются проблемы получения знаний, открытые неравновесные системы и закрытые системы. Объектами изучения синергетики являются только открытые системы в неравновесном состоянии. Основным методом исследования этих явлений в геоинформатике являются системный анализ, философский анализ, геоинформационный подход и информационный подхода [26].
Синергетика является чисто теоретической наукой, а геоинформатика технологической и теоретической. В теоретическом плане объекты исследования этих наук - общие. Анализ интегрированной системы должен иметь более высокий уровень обобщения по сравнению с методами анализа частей интегрированной совокупности. Такой подход дает синергетика и это позволяет применять ее методы для анализа геоинформатики.
Синергетика дает обобщенные решения, а геоинформатика дает обобщенные решения только на фундаментальном уровне исследований и конкретные решения на прикладном уровне. Поэтому достаточно много параллелей существует между фундаментальной (общей) геоинформатикой и синергетикой.
Современному этапу научных исследований свойственна опора на технологии не в меньшей степени, чем в теории. Это обусловлено ростом информационных объемов, что отчасти создало проблему «больших данных». Информационные объемы исследуемых комплексов таковы, что исключают возможность непосредственного анализа их человеком.
В качестве первичных средств анализа таких информационных наборов применяют технологические информационные средства, а не непо-
средственно человеческий интеллект. Этот подход затрудняет непосредственное применение формальных моделей, применяемых в классических теоретических исследованиях. При анализе информационно перегруженных наборов данных необходимо применение различных видов обобщений и анализа, один из вариантов которого дает синергетика. В частности, принцип синергетики - самоорганизация, или коэволюция, имеет прямое отношение и иллюстрируется на примере развития методов обработки геоданных.
На первых этапах исследования окружающего мира и получения данных характерным было получение и накопление геоданных. Это находило отражение в дифференциации технологий и средств получения геоданных в картографии, фотограмметрии, геодезии, дистанционном зондировании.
На последующих этапах появилась необходимость не только хранения , но и комплексной обработки данных, то есть возникла потребность интеграции как технологий, так и данных. Возникла задача комплементарности различных видов информации применяемой в ГИС. Кроме того, возникла потребность использования других информационных источников, получаемых вне методов геоинформатики.
Решение этих задач стало возможным только на основе внутренней и внешней интеграции геоданных [27]. Внутренняя интеграция основана на согласовании и оптимизации (коэволюции) форм и структур данных. Внешняя интеграция основана на коэволюции методов получения и обработки геоданных с использованием других технологий и систем, например глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Обобщенными целями исследования в отмеченных направлениях являются сбор, анализ и обобщение, представление, передача результатов исследований. При сборе первичной информации в геоинформатике делается акцент на обобщение данных и их унификацию. В синергетике при сборе акцент также делается на обобщение данных и методов и исключение специфики предметной области.
Обработка и анализ в синергетике осуществляется на уровне структур и обобщенных моделей, в геоинформатике на уровне данных и структур. Синергетика изучает объекты, взаимодействующие с открытой средой. Геоинформатика также изучают подобные объекты.
В синергетике различаются процессы организации и самоорганизации. Они характеризуются возрастанием порядка вследствие протекания процессов, в том числе противоположных установлению термодинамического равновесия. Геоинформатика также исследуют подобные процессы, происходящие в масштабах глобального уровня, в частности при исследовании Земли из космоса и исследование глобальных процессов
в атмосфере. Одним из результатов процессов самоорганизации, изучаемых синергетикой, является: возникновение, взаимодействие или содействие.
Примерами этих процессов в геоинформатике являются соответственно: результат оверлейных операций, выявление причинно-следственных связей глобальных явлений, комплексный анализ явлений по данным, получаемым в разных спектральных и частотных диапазонах.
Направленность процессов самоорганизации, изучаемых синергетикой геоинформатикой, обусловлена внутренними свойствами объектов, их индивидуальным и коллективным поведением, а также воздействием внешней среды, в которой объекты исследования находятся. Поведение объектов, изучаемых синергетикой, геоинформатикой, характеризуется спонтанностью, то есть оно не является строго детерминированным.
Процессы самоорганизации, происходящие в среде или в системе "объект-среда", имеют противоположную направленность. Одни из них характеризуют "прогресс", другие "регресс". Эти процессы также изучаются как в синергетике, так и в геоинформатике.
Общей проблемой в геоинформатике является проблема редукции большого числа измеряемых или наблюдаемых данных проблема больших данных. Эта же проблема но в меньшей степени существует и в синергетике.
Она решается с помощью когнитивного анализа, сжатия информации, применения методов статистической обработки, применения методов нечетких множеств, направленных на обобщение, фильтрацию данных и получение обобщенных оценок. Сжатие информации осуществляется различными способами. Это классическая импульсно кодовая модуляция по К.Э. Шеннона, и различные методы сжатие изображений.
Вместо отдельных наблюдаемых множеств данных синергетика и геоинформатика рассматривают обобщенные показатели и коллективные эффекты, производимые ансамблем подсистем. В обеих науках система и ее подсистемы характеризуются набором входных-выходных данных, наборами состояний и наборами параметров состояний.
Однако синергетика подходит к решению проблемы сжатия информации иначе, чем геоинформатика. Вместо большого числа факторов, от которых зависят различные состояния системы, синергетика рассматривает немногочисленные параметры порядка системы. Другими словами, вместо рассмотрения вектора с большим числом параметров синергетика рассматривает немногочисленные факторы (параметры порядка системы), которые существенно влияют на этот вектор. Эти параметры порядка системы определяют состояние системы и тенденцию его изменения.
Переход от компонент вектора состояния си-
стемы к меньшему числу параметров упорядоченного состояния системы определяет один из принципов синергетики - принцип подчинения.
Редукционистский подход сопряжен с необходимостью обработки больших объемов информации. Он решается с помощью специальных методов, одним из распространенных среди которых является многофакторный анализ. Наиболее широко методы сжатия данных используются в технологиях автоматизированной обработки изображений, среди которых следует выделить: иерархическую классификацию, кластерный анализ, дискриминантный анализ, дисперсионный анализ, факторный анализ, регрессионный анализ, многомерное шкалирование и др.
Прикладной аспект редукции данных и моделей решается в геоинформатике и на операционном уровне и не имеет аналога в синергетике. В то же время синергетический подход к сжатию информации применим, но практически не используется в геоинформатике при анализе постановки задачи и эффективности целей исследований. В неявной форме он присутствует в большинстве диссертационных работ.
Синергетика, геоинформатика рассматривают внешнюю среду как гетерогенную систему. Гетерогенность обусловлена большим числом непредсказуемых факторов. Эти факторы в совокупности создают комплексное воздействие на объекты.
Геоинформатика и синергетика исследуют условия равновесия системы во внешней среде. Это приводит к необходимости исследования структур, что осуществляется методами системного и дихотомического анализа. Одним из известных подходов к исследованию структур в неравновесных средах является теория нелинейных колебаний и волн, основоположником которой считается Л. И. Мандельштам [28]. Она позволяет рассматривает общую теорию структур в неравновесных средах как естественное развитие и обобщение на распределенные системы идей и подхода классической теории нелинейных колебаний.
Синергетика и геоинформатика используют структурный подход, суть которого согласно Н. Бурбаки [29], заключается в структуризации или детализации как средства уменьшения неоднородности. Это возможно при формализованной информации, В настоящее время для уменьшения неоднородности слабо формализованной и слабо структурированной информации широко применяют когнитивный подход
Синергетика и геоинформатика изучают процессы самоорганизации в разной степени. Обе используют кибернетический подход, который сыграл важную роль в понимании многих существенных особенностей процессов самоорганизации. Синергетический подход учитывает физические основы спонтанного формирования структур, а абстрактный кибернетический аб-
страгируется от конкретных материальных форм. Он, тем не менее, используется в геоинформатике при анализе задач управления, решаемых с помощью геоинформационных систем.
Структура и хаос по разному исследуются геоинформатикой и синергетикой. Геоинформационный подход к этим феноменам основан на том, что в большой степени хаос, это информационная неопределенность о порядке исследуемых объектов. Отсюда геоинформационные исследования направлены на трансформацию явных знаний из неявных и на нахождение «порядка» в развитии процессов и явлений.
Синергетика исследует закономерности и процессы самоорганизации. С этой позиции понятие структуры в синергетике рассматривается как основа самоорганизации, т.е. способность системы сохранять тождество самой себе при различных внешних и внутренних воздействиях.
Синергетический подход отвергает порядок как нечто стационарное. Синергетический подход рассматривает порядок как развивающийся процесс. Эта точка зрения позволяет сгладить противоречия в понимании порядка и хаоса. Си-нергетический подход дает различные модели порядка и анализ характеристики фаз единого образования порядка. В данном аспекте синер-гетический подход дополняет исследования геоинформатики.
Следует подчеркнуть, что в геоинформатике исследуются состояния объектов и явлений по измеренным параметрам и информационно определенным параметрам. В них исследуется связь состояний, поиск латентных и коррелятивных переменных и проводится коррелятивный анализ. При исследовании пространственных явлений часто концептуально ставится поиск гармоничного равновесного состоянии как целе-образующая функция.
Геоинформатика и синергетика изучают некую специфическую характеристику описания фигур и линий - так называемую фрактальную размерность. Мандельброт [30] обратил внимание на то, что довольно широко распространенное мнение о том, будто размерность является внутренней характеристикой тела, поверхности, тела или кривой неверно (в действительности, размерность объекта зависит от наблюдателя, точнее от связи объекта с внешним миром).
Рассматриваем клубок ниток. Если велико расстояние от наблюдателя до клубка, он видит точку, лишенную какой бы то ни было внутренней структуры, т. е. геометрический объект с евклидовой размерностью 0. Приближение клубка позволяет видеть его как плоский круг, т. е. как геометрический объект размерности 2. Еще большее приближение клубку к наблюдателю позволяет видеть его в виде сферы, т.е. объектом размерности 3. При этом отдельные нити неразличимы. Дальнейшее приближение к клубку позволяет увидеть его реальную структуру, т.е. то,
что он состоит из нитей и его евклидова размерность равна 1.
Но если размерность зависит от конкретных условий, то ее можно выбирать по-разному. Мандельброт предложил использовать в качестве меры нерегулярности (изрезанности, извилистости и т. п.) определение размерности, предложенное Безиковичем и Хаусдорфом. Фракталь - это геометрический объект с дробной размерностью Безиковича-Хаусдорфа.
Размерность Безиковича-Хаусдорфа всегда не меньше евклидовой и совпадает с последней для регулярных геометрических объектов (для кривых, поверхностей и тел, изучаемых в современном учебнике евклидовой геометрии). Разность между размерностью Безиковича-Хаусдор-фа и евклидовой - избыток размерности - может служить мерой отличия геометрических образов от регулярных. Например, плоская траектория броуновской частицы имеет размерность но Без-иковичу-Хаусдорфу больше 1, но меньше 2: эта траектория уже не обычная гладкая кривая, но еще не плоская фигура.
О степени упорядоченности или неупорядоченности (хаотичности) движения можно судить и по тому, насколько равномерно размазан спектр, нет ли в нем заметно выраженных максимумов и минимумов. Эта характеристика лежит в основе так называемой топологической энтропии, служащей, как и ее статистический прототип, мерой хаотичности движений.
В геоинформатике теория фракталей или фракталов широко используется при построении картографических поверхностей и при анализе изображений, т.е. носит прикладной характер. В синергетике этот подход применяется как средство анализа обобщения, т.е. на уровне методологии и теории.
Многуровневость исследований. Г. Хакен предлагает классификацию уровней описания системы, содержащую три уровня: микроскопический, мезоскопический и макроскопический [31]. Эти уровни исследования окружающих объектов присутствуют в геоинформатике и дистанционном зондировании, но имеют иной смысл.
В синергетике уровни рассматриваются в основном по отношению к пространству параметров абстрактной системы, в геоинформатике и дистанционном зондировании уровни исследования имеют физическую интерпретацию.
На микроскопическом уровне рассматрива -ется динамика отдельных элементов --- атомов, молекул и т.п., описываемая с помощью величин, характеризующих эти элементы, например, положений и скоростей атомов.
На мезоскопическом уровне рассматриваются ансамбли элементов, вводятся усредненные величины, характеризующие эти ансамбли, например, концентрация, плотность, температура и т.д., неприменимые на микроскопическом описании.
Наконец, на макроскопическом уровне рассматриваются пространственно-временные структуры, образуемые ансамблями. Макроскопическому уровню соответствует введение зависимости переменных мезоскопического уровня от положения в пространстве и от времени. Макроструктуры можно характеризовать такими величинами как, например, длина волны, период, амплитуда. По Хакену, специфичным для синергетики является описание динамики макроуровней [31].
Эти определения уровней исследования не полностью совпадают с уровнями исследования в геоинформатике. Понятие микроуровня в геоинформатике и дистанционном зондировании такое же, как и в синергетике. Но геоинформатика не проводит исследования на микроуровнях. В то же время в дистанционном зондирование исследование комических излучений относится к микроуровню.
Мезоскопический уровень также совпадает аналогичным понятием в синергетике. Геоинформатика и дистанционное зондирование проводит исследования на этом уровне.
Понятие макроуровня в геоинформатике связано с понятием макромира и отличается от аналогичного понятия в синергетике. Макромир в геоинформатике это звездные системы, галактики, вселенная. Эта область не исследуется методами фундаментальной геоинформатики, но исследуется методами прикладной геоинформатики и в дистанционном зондировании на уровне сбора данных. Однако понятие макроуровня в синергетике соответствует мезоскопическому уровню геоинформатики и является объектом исследования фундаментальной геоинформатики.
Кроме того, следует отметить, что объектом изучения синергетики является переход между отмеченными уровнями, в то время как геоинформатика и дистанционное зондирование исследуют объекты и явления одного уровня. Поэтому следует констатировать, что исследования синергетики и геоинформатики дополняют друг друга в этом аспекте. Мало того синергетический аспект многоуровневости полезно применять в геоинформатике для повышения полноты исследований.
Пространственно-временной анализ целостности, проводимый в синергетике, весьма эффективен при анализе моделей в геоинформатике.
Объект, являющийся элементом целостной системы, в синергетике может обладать тремя группами признаков. Первая группа включает целостные признаки класса. Вторая группа признаков включает отношения определяющие зависимости или связи частей и элементов целого. Третью группу образуют признаки, описывающие объекта или систему как часть более крупной системы. В теории систем эти группы зада-
ются триадой
Подсистема^ система^ надсистема.
В геоинформатике аналогичная первая группа включает атрибуты и признаки пространственных объектов, классифицированные по известным классам объектов в рамках единой системы классификации. Вторая группа описывает связи и пространственные отношения. Эти связи и отношения отражаются теоретико-множественными и топологическими свойствами пространственных объектов и систем.
Третью группу в геоинформатике образуют процессы информационного взаимодействия, параметры информационной ситуации и информационной позиции. В этом аспекте методологии синергетика и геоинформатика -близки.
Анализ процесса. В синергетике процесс задается в виде последовательности временных состояний системы. В геоинформатике понятие процесса аналогичное, но в дополнении в геоинформатике исследуют так называемые темпоральные явления и темпоральные логики.
Одним из главных факторов сравнения состояний объектов во времени является их пространственная локализация и временная изменчивость
В синергетике свойство пространственного соотнесения объектов служит основой образования целостного единства из многообразия В геоинформатике соотнесение пространственных объектов основано на использовании единой координатной системы и связи между разными системами координат.
Состояния, рассматриваемые как элементы процесса, обладают процессуальными или пре-скриптивными признаками. Процессуальные признаки состояний указывают на принадлежность данному процессу и определяются заданием начального состояния процесса. В геоинформатике все полностью аналогично.
Заключение
Геоинформатика как система наук требует обобщения и философского анализа. Это создает необходимость анализа философии информатики как ее методологии и осмысления в системе наук и построения картины мира. Как наука об организации систем геоинформатика (фундаментальная) имеет много общего с синергетикой. Концепции синергетики полностью соответствуют концепциям фундаментальной геоинформатики. Это дает основание применять методы синергетики для анализа эффективности геоинформационных моделей и систем на концептуальном уровне и уровне информационных конструкций, что повысит надежность и качество геоинформационных исследований и геоинформационных решений. Онтологические описания в геоинформатике имеют свою специфику, что обусловлено теорией и технологией этой науки.
Методы искусственного интеллекта естественным образом оказались связанными с методами геоинформатики в части исследования пространственного знания. Системы управления, оказались зависимыми от пространственной инфор-
мации и методов геоинформатики. В настоящее время геоинформатика одна из немногих наук, которая охватывает познание микромира и макромира от кадастрового участка до космических объектов.
ЛИТЕРАТУРА
3.
4.
5.
6.
7.
8.
10. 11. 12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20. 21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
Лекторский В.А., Кудж С.А., Никитина Е.А. Эпистемология, наука, жизненный мир человека // Вестник МГТУ МИРЭА «MSTU MIREA HERALD» 2014 - № 2 (3) - с.1-12.
Кудж С.А. Исследование окружающего мира методами геоинформатики // Вестник МГТУ МИРЭА «MSTU MIREA HERALD» 2013 - № 1 (1) - с.95-102.
Савиных В. П., Цветков В. Я. Геоинформатика как система наук // Геодезия и картография. - 2013. - №4. - с.52-57. Майоров А.А. Современное состояние геоинформатики // Инженерные изыскания.- 2012. - № 7. - С. 12-15 Савиных В.П. Геоинформатика в системе наук // Образовательные ресурсы и технологии. - 2016. - №4 (16). - с.116-113. Кудж С.А. О философии информации // Перспективы науки и образования- 2013. -№6. - с9 -13. Майоров А.А. О связи информатики и геоинформатики // Науки о Земле" № 1-2013 - с.4-13.
Майоров А.А., Цветков В.Я. Геоинформатика как важнейшее направление развития информатики // Информационные технологии. - 2013. - № 11. - с.2-7.
Савиных В.П. Интеграция учебных дисциплин на основе геоинформатики // Дистанционное и виртуальное обучение. -2013. - №6. -с.5-10.
Кудж С.А., Цветков В.Я. Особенности развития направлений информатики // Перспективы науки и образования- 2013. - №6. - с14-19.
Цветков В.Я. Комплементарность информационных ресурсов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2016. - №2. - с.182-185
Hill Linda. Georeferencing: The Geographic Associations of Information - MIT Press Cambridge, Massachusetts, London, England- 2009, - 272р.
Benjamin Kuipers. Modeling Spatial Knowledge (1978) // Cognitive Science - №2. - р. 129-153
Савиных В.П., Цветков В.Я. Развитие методов искусственного интеллекта в геоинформатике // Транспорт Российской Федерации. - 2010. -№ 5. - с.41-43
Кулагин В. П., Цветков В. Я. Геознание: представление и лингвистические аспекты // Информационные технологии. -2013. - №12. - с.2-9.
Савиных В.П. Геознание. - М.: МАКС Пресс, 2016. - 132с.
Ожерельева Т.А. Геознания. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2016. - №5. (часть 4) - с.669-669.
Майоров А.А. Геознание как новая форма знания // Перспективы науки и образования. - 2016. -№4. - с.23-31.
Сигов А. С., Цветков В.Я. Неявное знание: оппозиционный логический анализ и типологизация // Вестник Российской
Академии Наук, 2015, том 85, № 9, - с.800-804.
Цветков В.Я. Пространственные знания // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. -
2013. - №7. - с.43-47.
V. P. Savinych. On the Relation of the Concepts of Space Knowledge, Knowledge, Knowledge of the Spatial // Russian Journal of Astrophysical Research. Series A. Vol. 2, Is. 1, pp. 23-32, 2016.
Rozenberg I.N., Tsvetkov V.Ya. The Geoinformation approach // Eurupean Journal of Natural History. - 2009. - №5. - p.102 -103. Kudzh S. A., Tsvetkov V. Yа. Geoinformatics Ontologies // European Researcher, 2013, Vol.(62), № 11-1 , p.2566- 2572 Кудж С.А. Синергетика пространственной информации // Перспективы науки и образования- 2014. - №5. - с.14-20 Савиных В.П., Цветков В.Я. Синергетика и геоинформатика // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2005.- №4. - с. 112 -118
Савиных В.П., Цветков В.Я. Синергетический аспект геоинформатики и технологий дистанционного зондирования // Исследование Земли из космоса.. - 2002 - №5. - с. 71-78
Коваленко Н.И. Информационный подход при построении картины мира // Перспективы науки и образования. - 2015. -№6. - с.7-11.
Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоданные как системный информационный ресурс // Вестник Российской Академии Наук,
2014, том 84, № 9, с. 826-829
Мандельштам Л. И. Лекции по колебаниям - М.: Изд-во АН СССР. - 1955. Бурбаки Н. Общая топология. Основные структуры. - Рипол Классик, 2013. Mandelbrot B. B. The fractal geometry of nature. - Macmillan, 1983.
Хакен Г. Основные понятия синергетики //Синергетическая парадигма. - 2000. - С. 28-55.
Информация об авторе Кудж Станислав Алексеевич
(Россия, Москва) Профессор, доктор технических наук, ректор. Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики E-mail: [email protected]
Information about the author
Kudzh Stanislav Alekseevich
(Russia, Moscow) Professor, Doctor of Technical Sciences. Rector. Moscow State Technical University of Radio Engineering, Electronics and Automation E-mail: [email protected]
