Основные этапы развития геоинформатики и ГИС

Геоинформатика появилась как инициативное направление в области наук о Земле, вслед за растущим признанием, что Земля функционирует как сложная система и что существующих теоретических и практических методов ее исследования недостаточно для решения многих трудных проблем, связанных с этой системой. Их успешное решение требовало комплексного и инновационного подхода к анализу, моделированию, формированию и обработке обширных и разнообразных наборов данных. Главными предпосылками реализации такого подхода и формирования науки геоинформатики стали с одной стороны широкое распространение компьютеров и совершенствование средств их графической периферии, а с другой – накопление обширных аэрокосмических, картографических, статистических и других материалов; потребность упорядочения получаемой на их основе информации в базах данных для разнообразных целей; обеспечение сохранности и доступности этих материалов для широкого круга пользователей; возможность оперативной визуализации данных и результатов анализа и моделирования; необходимость оперативных принятий решений.

Начальный этап становления автоматизации обработки пространственной информации относится к 50-60-м гг. прошлого века (становления компьютерных технологий) и связан с развитием теории пространственных процессов в экономической и социальной географии, осознанием экологических проблем, а также с началом исследований в области компьютерной картографии. В этот период и до начала 80-х годов решающее влияние на развитие ГИС оказывала Гарвардская лаборатория машинной графики и пространственного анализа. В институте географии Вашингтонского университета В. Тоблером (Tobler W.) были разработаны компьютерные алгоритмы для картографических проекций.

Первые ГИС появились в Швеции в середине 60-х г., в разработке которых принимали участие географы Университета Лунда (О. Саломонссон., Т. Германсен др.). Эти ГИС существенно отличались от современных узостью задач: пространственный аспект данных в них был ограниченным, они работали, в основном с земельно-учетной документацией.

Наиболее значимым достижением этого периода стало создание в 1963—1971 гг. Канадской ГИС (CGIS) под руководством Роджера Томлинсона (называемого "отцом ГИС"). CGIS считается первой ГИС и до сих пор остается одной из крупнейших. Это региональная ГИС национального уровня, созданная для анализа данных инвентаризации земель Канады в целях рационализации землепользования в крупных сельских районах страны, получения статистических оценок, создания карт систематизации земель по различным признакам, в том числе пригодности для разного использования (масштаб исследований 1:50 000). Ее становление внесло существенный вклад в развитие концептуальных и технических аспектов ГИС. В ней впервые данные инвентаризации формировались на основе цифрования карт с помощью специально созданного экспериментального сканера.

В институте исследования систем окружающей среды (ESRI), который был основан Джеком Данжермондом в 1969 г., шло постепенное развитие моделей пространственных данных (растровых и векторных систем) на базе теоретических идей и методов, разработанных в Гарвардской лаборатории и других организациях. В конце 60-х гг. разработана система GRID — первый опыт растровых ГИС, в котором вывод результатов в виде растровых карт осуществлялся на построчно-печатающее устройство (АЦПУ), но карты имели низкое разрешение и плохое качество. Однако в этой разработке уже были реализованы идеи наложения слоев (оверлея).

70-е – 80-е гг. XX в. ознаменованы развитием фундаментальных принципов ГИС: сформулированы понятия пространственного объекта и его описания позиционными и атрибутивными характеристиками; разработаны технология цифрования карт как основного источника данных в ГИС и операции манипулирования пространственными данными. Быстрый прогресс геоинформационных и картографических технологий связан с развитием в США деятельности Геологической службы и Бюро переписей. В конце 70-х годов под эгидой Международного географического союза выполнена инвентаризация прикладных ГИС и программных средств; выпущен уникальный трехтомник "Программное обеспечение обработки пространственных данных" [D.Marbl, Computer software, 1981].

В начале 80-х гг. появилось программное средство ГИС – система ARC/INFO, в которой реализованы идеи Канадской ГИС о разделении информации – пространственной и атрибутивной составляющих данных, осуществлено соединение стандартной реляционной системы управления табличными базами данных (INFO) со специализированной программой ARC манипулирования объектами, хранящимися в виде набора дуг. Это первый ГИС- и картографический пакет, использующий преимущества персональных компьютеров (ПК).

Бурное развитие ПК, значительное увеличение их оперативной и дисковой памяти и повышение качества графических устройств ввода-вывода картографической информации стали основной причиной прогресса в области геоинформатики конца 80-х – начала 90-х гг. Появились доступные программные средства мирового уровня. Крупные фирмы-производители программных средств ГИС – ESRI Inc., ERDAS Inc., Intergraph Corp., MapInfo Corp. (все США) разработали программные продукты профессионального уровня, допускающие их многовариантное использование (ArcGIS, Erdas Imagine, GeoMedia, MapInfo). Значительный вклад в развитие методов пространственного анализа и моделирования внесли Питер Берроу (Burrough P.A.), Майкл Гудчайлд (Goodchild M.F.), Кристофер Б. Джонс (Jones C.), Майкл ДеМерс (М. De Mers) и др.

Появились и первые российские программные средства ГИС. Среди них самыми известными являются GeoDraw и ГеоГраф Центра геоинформационных исследований Института географии РАН, а также ГИС «Панорама» (КБ «Панорама»), Photomod (ЗАО «Ракурс»).

Исследования в области геоинформатики проводили Институт географии РАН и ее Дальневосточный научный центр, Московский (кафедра картографии и геоинформатики), Казанский, Тобольский, Тартуский и Харьковский университеты, а также специально созданные центры (Госгисцентр, ЦГИ ИГРАН, ИРЦГТ СО РАН), а также ГИС-ассоциация. Осуществлялись исследования в областях теории пространственного анализа и моделирования, (А.М. Берлянт, В. Т. Жуков, А.С. Мартыненко, С. Н. Сербенюк, А.В. Скворцов, Ю. Г. Симонов, B. C Тикунов, И. Г. Черванев, В. А. Червяков и др.), теоретического обоснования и разработки геоинформационных систем (Н. Л. Беручишвили, И. В. Гармиз, В. П. Каракин, Ю.К. Королев, А. В. Кошкарев, В. Г. Линник, И. К. Лурье, A. M. Трофимов и др.). Среди первых ГИС были геоинформационная система Марткопского физико-географического стационара Тбилисского университета (1986) и ГИС учебно-научного стационара МГУ имени М.В. Ломоносова – «Сатино» (1995).

Новое тысячелетие определяют: доступность ГИС для массового пользователя в разных сферах деятельности, развитие сетевых технологий и использование Интернета, формирование инфраструктур пространственных данных (ИПД), «интеллектуализация» ГИС и интеллектуальный анализ данных (data mining), создание мобильных ГИС, обеспечивающих непосредственно в полевых условиях сбор и обновление данных для ГИС в реальном времени.Перспективы развития геоинформатики и ГИС связаны с созданием и применением экспертных систем и баз знаний, отражающих специальные знания географов.