CC BY
85
DOI: 10.1134/S1019331614050049
20. Майоров А.А., Цветков В.Я. Геореференция как применение пространственных отношений в геоинформатике // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2012. № 3. С. 87-89.
21. Forbes A., Janee G. Visually Browsing Georeferenced Digital Libraries // Geoinformatics. 2007.
22. Зайцева О.В. Развитие цифрового моделирования // Славянский форум. 2015. № 3(9). С.105-112.
23. Куприянов А. О. Цифровое моделирование при проектировании и мониторинге трасс // Наука и технологии железных дорог. 2017. № 1(1). С. 70-81.
24. Ознамец В.В. Геодезическое обеспечение транспортной сферы // Славянский форум. 2018. № 2(20). С. 50-56.
25. Дешко И.П. Информационное конструирование: Монография. - М.: МАКС Пресс, 2016. 64 с. ISBN 978 -5-317-05244-7.
26. Дышленко С.Г., Демиденко А.Г., Железняков В. А., Цветков В.Я. Новые возможности ГИС «Панорама» // Кадастр недвижимости. 2010. № 3(20). С. 101-103.
27. Козлов А.В. Многоцелевое управление транспортом мегаполиса // Наука и технологии железных дорог. 2018. № 4(8). С. 40-47.
Сведения об авторах
Ольга Александровна Андреева Зам. гендиректора АО «Транспутьстрой» Россия, Москва
Эл. почта: [email protected]
Сергей Геннадьевич Дышленко канд. техн. наук
Зав. сектором «Прикладных систем», «Отдел математического обеспечения» ФЦН НИИ системных исследований РАН Россия, Москва Эл. почта: [email protected]
Information about authors
O.A. Andreeva deputy general Director JSC Transputstroy Russia, Moscow
Е-mail: [email protected]
S.G. Dyshlenko Ph.D.
Head of Sector "Applied Systems", "Department of
Mathematical Support"
NIISI RAS
Moscow, Russia
Е-mail: [email protected]
УДК 528.9; 004.94 С.Г. Дышленко
ГРНТИ 36.33.85 ФНЦ НИИ системных исследований РАН
РАЗВИТИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА
Статья анализирует развитие геоинформационного пространства. исследованы исследует составляющие геоинформационного пространства. Показана многоаспектность трактовки геоинформационного пространства. Исследованы аспекты интеграции и развития геоинформационного пространства. Статья доказывает, что геоинформационное пространство может быть рассмотрена как сложная организационно техническая система. Описана связь геодезии и геоинформатики при формировании геоинформационного пространства. Статья доказывает, что пространственные отношения и пространственные связи играют главную роль в создании геоинформационного пространства как системы. Геоинформационное пространство помогает получать знания об окружающем мире.
Ключевые слова: пространство, геоинформационное пространство, геодезия, геоинформатика, сложная система.
S.G. Dyshlenko NIISI RAS
THE DEVELOPMENT OF GEOINFORMATION SPACE
The article analyzes the development of geographic information space. The article explores the components of the geographic information space. The multidimensional aspect of geo-information space is shown. The aspects of integration and development of geo-information space are investigated. The article proves that geo-information space can be considered as a complex organizational and technical system. The article describes the relationship between geodesy and geo-informatics in the formation of geo-information space. The article proves that spatial relationships and spatial relationships play a
major role in creating the geographic information space as a system. The article proves that geo-information space helps to gain knowledge about the world around us. Keywords: space, geoinformation space, geodesy, geoinformatics, complex system.
Введение
Современное развитие геоинформационное пространство происходит по ряду причин. Локальная причина - это потребность в пространственной информации для решения народнохозяйственных задач. Это касается многих отраслей. Глобальная причина - познание мира и формирование все более совершенной картины мира. Содержательно геоинформационное пространство можно рассматривать как синтез информационного поля [1, 2, 3, 4] и информационного пространства [5, 6, 7]. В силу этого оно обладает свойствами пространства и свойствами поля. Существуют разные модели описания геоинформационного пространства: геооблочка, инфосфера [8], функциональное пространство, искусственное информационное поле, околоземное космическое пространство и другие. В работе [9] геоинформационное пространство рассматривается как «систематизированные знания» о природных объектах, их пространственном расположении и процессах взаимодействия с обществом. Это коррелирует с понятием информационного пространства [10] как ресурса познания. Без модели информационного пространства невозможно планировать и принимать стратегические и тактические решения. Интеграция геоинформационного пространства в масштабах России сопоставима с освоением космоса [8]. Реальное геоинформационное пространство является интегрированной системой, поскольку интегрирует разные технологии и научные направления.
Отношение естественного и искусственного в геоинформационном пространстве
Отношение естественного и искусственного в информационном поле геоинформационном пространстве [11] обусловлено тем, что это пространство связано с человеческой деятельностью. Человеческая деятельность, например, в области земных наук, приводит к трансформации земных наук в космическую область. Следует отметить, космическую геодезию [12] и космическую геоинформатику [13, 14]
Отношение естественного и искусственного приводит к тому, что геоинформационное пространство толкуют по разному и вкладывают существенно разные смыслы в это понятие. Одно из толкований геоинформационного пространства в социально экономической сфере [9]. Оно трактуется как область социальных и экономических отношений, связанное с использованием пространственной информации и пространственного управления. В этой трактовке «гео» играет роль привязки к территории, потому что в этой трактовке речь идет о национальном геопространстве. Соответственно, о геоинформатике в этой трактовке ничего не говориться.
В ноосферной трактовке геоинформационное пространство - это пространство существования реальных объектов и явлений в пределах оболочки Земли. В метрической трактовке геоинформационное пространство - это координатное пространство, которое характеризует совокупность пространственных отношений между пространственными объектами, расположенными на конкретной территории или в пространстве.
Геоинформатику иногда трактуют ка картографогеодезическое производство. В этой трактовке геоинформационное пространство можно рассмотреть, как интегрированный производственный комплекс и как сложную организационно техническую систему [15, 16, 17]
В отличие от неограниченных математических пространств геоинформационное пространство замкнуто. В аспекте мирового пространства геоинформационное пространство характеризуется положительной кривизной. Локализация в геоинформационном пространстве определяется геоцентрическими или прямоугольными координатами. Локализация и координатное обеспечение геоинформационного пространства осуществляется методами геодезии и спутниковой навигации, в силу чего геодезия является основой создания и функционирования геоинформационного пространства.
Концептуально геоинформационное пространство задается основами высшей геодезии. Оно развивается методами астрономической геодезии [18, 19] и космической геодезии. Детализируется методами геоинформатики и прикладной геодезии.
Работа с пространственными данными требует задания используемых систем координат и преобразований для связи между разными системами. Координатное обеспечение геоинформационного пространства осуществляется различными методами, один из которых - создание, развитие и сгущение геодезических сетей.
Связующим элементом отношений между объектами исследования в геоинформационном пространстве являются пространственные отношения [20, 21]. Исследование пространственных отношений - это одна из задач геодезии также. Геодезическая информация составляет часть информации, с которой работает геоинформатика и которая функционирует в геоинформационном пространстве. Геоинформатика, в отличие от геодезии исследует разные отношения, экономические, транспортные, ресурсные. Эти отношения существуют между качественно разными объектами и свойствами. Для учёта взаимосвязи между различными объектами и явлениями в масштабе национального геоинформационного пространства необходимо установить и определить некую единую систему отношений, которая задает единую систему для качественно разных отношений. Такая система отношений задаётся в геоинформатике параметром «место» [22], т. е. с помощью координатных систем. К координатам объекта можно привязать все его свойства. В силу этого в геоинформационном пространстве для установления отношений между объектами исследования используют координаты в выбранной заранее системе.
Все существующие координатные системы создают возможность задания определённых отношений между элементами таких систем. Любой объект, попавший в данную систему координат, попадает в систему существующих в ней отношений. В то же время использование разных координатных систем влечёт за собой проблему связи этих координатных систем.
Различают геодезические, астрономические и географические координатные системы [23], которые задают геоинформационное пространство. Во всех трёх системах используются понятия широты и долготы. Геодезическая система координат, связанная с фигурой Земли и соотнесением объектов на её поверхности в единую систему, использует модели поверхности Земли для определения широты и долготы. Отсюда следует, что широта при таком подходе связана с формой поверхности Земли. Поскольку за модель выбирают эллипсоид, кривизна поверхности которого переменна, то широта на такой поверхности будет отличаться от широты, определённой для модели с постоянной кривизной в виде сфероида.
Астрономический подход связан с определением положения объекта на поверхности Земли по звёздному небу или с моделью сферы. Сфера, которую используют в астрономических и географических координатах, имеет постоянную кривизну. Отсюда различие в определении астрономической широты как угла между центром сферы или направлением отвесной линии к центру Земли безотносительно к кривизне поверхности.
В геоинформационном пространстве используют разные геодезические системы координат. Можно отметит: геоцентрические, топоцентрические, полярные геодезические, эклиптические и др. Если в качестве аспекта анализа выбрать начала координат, то можно говорить о геоцентрической, квазигеоцентрической и топоцентрической системах координат
Геоцентрические системы координат используются в первую очередь для навигации при движении объектов в околоземном пространстве, когда форма Земли (или другой планеты) не играет существенной роли. Теория геоцентрических координатных систем может быть использована при создании координатных систем для любых объектов Солнечной системы или объектов других галактик.
Основой измерений в геоинформационном пространстве являются геодезические измерения и другие пространственные измерения (фотограмметрические, радиолокационные). Геодезические измерения - это измерения, проводимые с помощью геодезических приборов, по специальным технологиям и методам. Пространственная информация, полученная с их помощью, называется исходной или первичной. Например, это могут быть угловые измерения с двух точек базиса на точки пространственного объекта. Поэтому первичная информация часто требует первичной обработки и унификации информации в некий стандарт. В процессе первичных измерений определяются или измеряются метрические величины, подлежащие в последующем использованию или хранению.
Единство измерений является важным условием, которое обеспечивает единство отношений координатного и геоинформационного пространства. Оно создает возможность использования измерений для анализа и решения практических задач [24]. Единство геоинформационного пространства обеспечивает дополнительную возможность информационного поиска в геоинформационном пространстве. Такая процедура реализована во многих ГИС.
Информационный поиск (Information Retrieval, IR) - одна из технологий сбора информации, необходимая для информационного обеспечения в управлении или для поддержки принятия решений. Формально информационный поиск применяется для удовлетворения информационной потребности, продиктованной необходимостью решения задачи. Чаще всего его применяют с использованием специализированных информационно-поисковых систем (ИПС). Информационный поиск - это поиск неструктурированной информации, единицей представления которой является документ произвольных форматов; процесс отыскания необходимой информации (знаний или данных) в некотором информационном множестве в соответствии с заданным критерием поиска. Предметом поиска является информационная потребность пользователя, неформально выраженная в поисковом запросе. Информационный поиск обычно выполняют в пространстве параметров или в семантическом пространстве.
Пространственный информационный поиск - это поиск в геоинформационном пространстве, заданном пространственными отношениями. Информационная потребность в поиске пространственной информации связана с решением специальных задач строительства, кадастра, транспорта, для поддержания жизнедеятельности и развития социальной среды
Объёмы коллекций данных в современном геоинформационном пространстве настолько велики, что человеку не по силам проанализировать их с использованием только своих интеллектуальных способностей. Это иногда обозначают как проблема больших данных [25]. Отсюда возникает задача выделения полезной информации из всей собранной в геоинформационном пространстве. Одним из методов решения этой проблемы является технология добычи данных (Data Mining) [26] - обнаружение в первичных данных скрытых и практически полезных знаний, необходимых для принятия решений в различных сферах человеческой деятельности; один из шагов извлечения знаний (Knowledge Discovery in Databases). Информация, найденная в процессе применения методов Data Mining, должна подвергаться анализу и фильтрации.
Алгоритмы, используемые в Data Mining, требуют большого количества вычислений. Раньше это являлось сдерживающим фактором широкого практического применения Data Mining, однако сегодняшний рост производительности вычислений смягчил остроту этой проблемы. Теперь за приемлемое время можно провести информационный анализ миллионов фраз.
Методами Data Mining решаются такие задачи, как классификация — отнесение объектов (наблюдений, событий) к одному из заранее известных классов; кластеризация — группировка объектов (наблюдений, событий) на основе данных (свойств), описывающих сущность объектов. Объекты внутри кластера должны быть похожими друг на друга и отличаться от объектов, вошедших в другие кластеры. Чем больше похожи объекты внутри кластера и чем больше отличий между кластерами, тем точнее кластеризация; регрессионный анализ, в том числе задачи прогнозирования - установление зависимости непрерывных выходных от входных переменных; ассоциация - выявление закономерностей между связанными событиями.
Последовательные шаблоны - установление закономерностей между связанными во времени событиями, т. е. обнаружение зависимости, проявляющейся в том, что если произойдёт событие X, то спустя заданное время случится событие Y; анализ отклонений (GAP-анализ) - выявление наиболее нехарактерных ситуаций в поведении объектов.
В геоинформационном пространстве существует и развивается бизнес геодезия [27]. Проблемы бизнес-геодезии формулируются по-разному, но часть из них сводится к решению той или иной задачи Data Mining. Например, оценка рисков - это решение задачи регрессии или классификации. Сегментация рынка - это кластеризация, а стимулирование спроса - это ассоциативные правила.
Задачи Data Mining являются составными частями большинства реальных задач в сфере бизнеса. Для их решения используются различные методы и алгоритмы технологии Data Mining, развившиеся на основе разных направлений статистики, теории информации, теории баз данных. Поэтому большинство алгоритмов и методов Data Mining разработаны на основе различных методов, использующихся в этих дисциплинах. Например, процедура кластеризации k-means была заимствована из статистики. Большую популярность получили следующие методы Data Mining:
ГЛОНАСС GPS
X * Л
f t * . / DpÖtPäljHUX \
„ |[]|][т<|ГЙ
L I V
A
• (wmiee . k ill M < i:a'I. м
i ß A
II.NimhH мни* .IT)"ими.iL
Jl /'¿СI Я^ИитшанИЧИК!»(Ч™*1* '12 /40 на 'iffarttjijtbciviujW
Рис.2. Структурная схема ГЛОНАСС GPS
нейронные сети, деревья решений, алгоритмы кластеризации (в том числе и масштабируемые), алгоритмы обнаружения ассоциативных связей между событиями и т.д.
Навигационное обеспечение геоинформационного пространства осуществляется различными методами космической и спутниковой геодезии [7]. Базой является система ГЛО-НАСС/GPS (рис.2).
Наполнение содержания геоинформационного пространства осуществляется методами геодезии, фотограмметрии и методами дистанционного зондирования Земли из космоса. Широко применяется аэрофотосъемка, съемка с малых воздушных носителей, включая съемку с БПЛА [29] (рис.3).
С помощью геоинформационного пространства рассматриваются вопросы и исследуются объекты и явления на земной поверхности, включая атмосферу, процессы и явления земной коры и мантии Земли.
Контроль основы геоинформационного пространства осуществляется методами гравиметрии и методами высшей геодезии. Основой являются теории и методы определения внешнего поля потенциала и силы тяжести Земли по измерениям на земной поверхности и по астрономо-геодезическим данным. Одно из основных геодезических приложений гравиметрии - построение моделей геоида
Основное содержание гравиметрии в геодезии -теории и методы определения внешнего поля потенциала и силы тяжести Земли по измерениям на земной поверхности и по астрономо-геодези-ческим данным. Гравиметрия в геодезическом контексте включает в себя теорию нивелирных высот и обработку астрономо-геодезических сетей. Одно из основных геодезических приложений гравиметрии — построение моделей геоида. Точное знание геоида необходимо, в частности, в навигации - для пересчёта геодезических (эллипсоидальных) высот, непосредственно измеряемых GPS-приёмниками, в высоты над уровнем моря, а также в физической океанологии - для определения высот морской поверхности
Комплексное развитие территорий [30] (рис.4) геоинформационного пространства осуществляется методами региональной и пространственной экономики [31]. Основой пространственной экономики является геоинформатика, кадастр, менеджмент недвижимости.
КОМПЛЕКСНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ТЕРРИТОРИЙ
Рис.3. Методы сбора информации в геоинформационном пространстве
Земельное праве, юриспруденция
Градостроительное проектирование
Кадастр недвижимости
Экономика, управление территориями и недвижимым имуществом
Архитектура
Рис.4. Комплексное развитие территорий в геоинформационном пространстве
Поддержка и развитие инфраструктуры геоинформационного пространства осуществляется методами прикладной геодезии. Она включает также развитие инженерных сетей:
электроснабжение; газоснабжение; водоснабжение; водоотведение хозяйственно-бытовое; ливневое водоотведение; телекоммуникации. Развитие инфраструктуры геоинформационного пространства включает развитие инженерных сетей: электроснабжение; газоснабжение; водоснабжение; водоотведение хозяйственно-бытовое; ливневое водоотведение; телекоммуникации.
Учет земельных ресурсов геоинформационного пространства осуществляется методами органами управления и методами кадастра и прикладной геодезии. Он осуществляется всеми органами управления от внутрихозяйственных органов до органов местного самоуправления. Специальные органы управления осуществляют учет всех категорий земель, включая распределение их по формам и видам собственности и основным категориям землепользователей.
Моделирование в геоинформационном пространстве осуществляется на базе ГИС и геоинформационных технологий. Для решения практических задач в области экологии широко применяют методы геостатистики [32]. Для решения задач в области инженерных изысканий широко применяют методы цифрового и пространственного моделирования. Для решения задач в области транспорта применяют методы трехмерного моделирования и методы интеллектуального анализа. Для решения задач в области дорожного строительства применяют методы GPS приемников и моделирования. для мониторинга осадок и деформаций сооружений применяют методы геодезического мониторинга и обработки результатов измерений. Для мониторинга территорий применяют дистанционное зондирования и легкие летательные аппараты. Для мониторинга особо важных сооружений применяют фотограмметрические методов контроля. Для мониторинга строительных и архитектурных объектов применяют наземное лазерное сканирование.
Заключение
Геоинформационное пространство является важным информационным комплексом, включающим информационное поля и важнейшие пространственные связи и отношения об объектах пространства. Оно служит инструментом управления в государственном масштабе и системой знаний в процессе построения картины мира. Инфраструктура пространственных данных важнейшая и необходимая компонента геоинформационного пространства. Как система знаний геоинформационное пространство формирует пространственные знания, геознания и способствует формированию нового типа знаний космических знаний [33]. Геоинформационное пространство создает условия для качественно новой геоинформатики - космической геоинформатики.
Литература
1. Охотников А.Л. Информационный морфизм в информационном поле // Перспективы науки и образования. 2017. № 4(28). С. 7-11.
2. Кудж С.А. Информационное поле: Монография. - М.: МАКС Пресс, 2017. 97 с. ISBN 978-5-317-05530-1
3. Цветков В.Я. Естественное и искусственное информационное поле // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 5-2. С. 178-180.
4. Кудж С.А. Отношения в информационном поле // Перспективы науки и образования. 2017. № 2(26). С. 17-22.
5. Ожерельева Т.А. Об отношении понятий информационное пространство, информационное поле, информационная среда и семантическое окружение // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 10. С. 21-24.
6. Цветков В.Я. Информационное поле и информационное пространство // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 1(часть 3). С. 455-456.
7. Tsvetkov V.Ya. Information Space, Information Field, Information Environment // European Researcher. Series A. 2014. Vol. (80). N. 8-1., P. 1416-1422.
8. Иванников А.Д., Тихонов А.Н., Соловьев И.В., Цветков В.Я. Инфосфера и инфология. -М: ТОРУС ПРЕСС, 2013. 176 с.
9. Лебедев В.В. Геоинформационное пространство России // Вестник Российской Академии Наук. 2005. Т. 75. № 3. С. 195-204.
10. Цветков В.Я. Информационное пространство как ресурс познания // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 3-2. С. 207-212.
11. Ознамец В.В. Отношения естественного и искусственного в информационном поле // Перспективы науки и образования. 2018. № 1(31). С. 16-122.
12. Глушков В.В., Насретдинов К.К., Шаравин А.А. Космическая геодезия: методы и перспективы развития. - М.: Институт политического и военного анализа, 2002. 448 с.
13. Савиных В.П. Развитие космической геоинформатики // Славянский форум. 2016. №
2(12). С. 223-230.
14. Савиных В.П. О космической и земной геоинформатике // Перспективы науки и образования. 2015. № 5. С. 21-26.
15. Корнаков А.Н. Модель сложной организационно-технической системы // Перспективы науки и образования. 2015. № 2. С. 44-50.
16. Тихонов А.Н., Иванников А.Д., Соловьёв И.В., Цветков В.Я. Основы управления сложной организационно-технической системой. Информационный аспект. - М.: МАКС Пресс, 2010. 228 с.
17. Буравцев А.В. Функционирование сложной организационно-технической системы в транспортной сфере // Наука и технологии железных дорог. 2017. № 3(3). С. 48-58.
18. Абалакин В.К., КраснорыловИ.И., ПлаховЮ.Ю. Геодезическая астрономия и астрометрия: справочное пособие. - М.: Картцентр-Геодезиздат, 1996.
19. Славейко Господинов, Северина Джордова. Геодезическая астрономия. - Военно гео-графична служба (Болгария), 2011. 264 с.
20. Цветков В.Я. О пространственных и экономических отношениях // Международный журнал экспериментального образования. 2013. № 3. С. 115-117.
21. Бахарева Н.А. Пространственные отношения в экологических исследованиях // Перспективы науки и образования. 2016. № 3. С. 16-19.
22. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии - М.: Финансы и статистика, 1998.-288с
23. Геодезия, картография, геоинформатика, кадастр: Энциклопедия. В 2-х т. / Под ред. А.В. Бородко, В.П. Савиных. - М.: ООО «Геодезкартиздат», 2008. Т. I. 496 с.
24. Новиков Е.А. Как обеспечить единство измерений? //Журнал аналитической химии. 2012. Т. 67. № 12. С. 1091-1097.
25. Павлов А.И. Большие данные в фотограмметрии и геодезии // Образовательные ресурсы и технологии. 2015. № 4(12). С. 96-100.
26. Koh H.C. et al. Data mining applications in healthcare //Journal of healthcare information management. 2011. V. 19. N. 2. Р. 65.
27. Ознамец В.В., Цветков В.Я. Бизнес геодезия: Монография. - М.: МАКС Пресс, 2018. 112 с. ISBN 978-5-317-05825-8.
28. Герасимов А.П. Спутниковые геодезические сети. - М.: Проспект, 2012. 176 с.
29. Ознамец В.В. Геомониторинг на транспорте с использованием БПЛА // Наука и технологии железных дорог. 2018. № 1(5). С. 43-53.
30. Ознамец В.В. Проблемы устойчивого развития территорий // Государственный советник. 2018. № 2. С. 11-19.
17. Ознамец В.В. Геодезическое информационное обеспечение устойчивого развития территорий. - М.: МАКС Пресс, 2018. 134 с.
31. Романов И.А. Состояние пространственной экономики // Славянский форум. 2013. № 1(3). С. 110-115.
32. Lado L.R., Hengl T., Reuter H.I. Heavy metals in European soils: a geostatistical analysis of the FOREGS Geochemical database // Geoderma. 2008. V. 148. N. 2. P. 189-199.
33. V.P. Savinych. On the Relation of the Concepts of Space Knowledge, Knowledge, Knowledge of the Spatial // Russian Journal of Astrophysical Research. Series A. 2016. Vol. 2. Is. 1. Р. 23-32.
Сведения об авторе
Сергей Геннадьевич Дышленко канд. техн. наук
Зав. сектором «Прикладных систем», «Отдел математического обеспечения» ФЦН НИИ системных исследований РАН Россия, Москва Эл. почта: [email protected]
Information about author
S.G. Dyshlenko Ph.D.
Head of Sector "Applied Systems", "Department of
Mathematical Support"
NIISI RAS
Moscow, Russia
E-mail: [email protected]
