Из книги "Динамика пространства и время".
Наука ХХ века. 1974 год
Методические основания Канадской ГИС (геоинформационной системы), созданной под руководством Р. Томлинсона обобщены в его докторской диссертации
Дидлайн теоретической геоинформатики: работа Томлинсона по созданию Канадской ГИС
Прежде всего нас интересует геоинформатика и динамика её развития во второй половине ХХ века. Особенно в последней трети века, когда наметился переход от математического моделирования физической информации к моделированию кодов информации нейтральной.
Как нетрудно понять уже из названия, геоинформатика есть синтез наук о Земле с информатикой - наукой о производстве, накоплении и распределении информации во времени и пространстве.
Таким образом, геоинформатика изучает как естественное, так и осуществляемое в деятельности людей по преобразованию этно-ландшафта распространение энерго-информации в геопространстве-времени.
При этом, как мы знаем, сам процесс ин-формирования среды, под которым мы, собственно и понимаем информацию, происходит в моментах времени изменения качества геопространства (геоистории, состоящей из геособытий)
И геопространство в этом смысле, согласно нашей модели, есть среда — пространствоподобная структура более или менее активных элементов универсума Земли (среда для активных источников действия, состоящая из пассивных объектов их воздействия)
Таким образом, мы понимаем под «геоинформацией» происходчший во времени процесс качественного изменения геопространства (материальная машина времени-пространства в физическом универсуме Земли), а в расхожем, часто употребляемом смысле под «геопространством» понимают результат этого процесса (материальная метрика времени-пространства)
Итак, это изменение физической матрицы геопространства-времени веществ, которое происходит в физическом универсуме моментов настоящего времени и закрепляется в архетипе веществ (физической матрице как исторической «памяти» о прошлом геопространства)
Это распространение во времени геоистории есть также распространение и в самом геопространстве, а в пространстве, как мы знаем, распространяется энергия.
Таким образом, геоинформация есть, собственно энерго-информация. О двуединстве реальностей жизненного мира Земли, которая есть взаимодействие двух реальностей, о геоинформации мы гипостазируем, что геоинформация веществ в геопространстве, исследованием которой как раз заняты ученые, есть энергоинформация подлинной реальности веществ и движений: физическая энергия универсума — материальная энергия времени (физической матрицы)
Формула же физической матрицы Земли-архетипа веществ есть: физическая энергия пространства в потенциальном виде- материальная информация времени геоистории.
Подоплёка этого явления есть действие информации описательной реальности (энерго-информация и инфо-энергетика тела-сознания человека в небесных зонах тела-сознания человека)
Учебники техногенной науки настаивают на том, что география и геоинфоматика "это две науки, связанные историко-генетическими, функциональными связями, единством подходов и методов исследования".
Но это так, если понимать географию уже не только как науку о топологии и хорологии природных объектов Земли с их экологией природных ресурсов, их размещении в геопространстве-времени физической матрицы (однако, активная фаза настоящего времени есть универсум геопространства) и взаимном влиянии в универсуме геопространства и активно действующей геоистории в истинной реальности, то это значит понимать её как, смежную с геоинформатикой, науку о разнообразной деятельности на Земле человеческой техно-цивилизации, изменяющей природу Земли согласно своим представлениям о мире, человечестве и природе познания людей (человека как личности и общества в целом)
Итак, техноцивилизация не только в прошлом, находясь во власти природы, сформировала свои эколого-этно-экономические и геополитические критерии расселения по биотическому ландшафту Земли рас, этносов и их производственных социумов, и определила виды хозяйственной, этико-эстетической и научно-познавательной деятельности в городах и открытых пространствах производства натурального продукта, согласно реальностям геологической, географической и геобиоцензной, определяющим размещение ресурсов для жизни.
Но и на стадиях зрелого техногенеза человечество в мировом этно-ландшафте и глобальном ландшафте уже масштабно меняет под свои нужды, понимаемые в русле сформированных наук техногенеза, топологию и хорологию геопространства (сама география может быть рассмотрена в двух научно-философских аспектах, диктующих как объекты исследования, так и средства: топологическая и хорологическая)
Более того, хорологическая география тесно соприкасается с этнологией (а этнология с этнографией)
И вся история мировых этнических цивилизаций Земли состоит в том, что на смену месторазвитию этноса приходит его местАразвитие, затем становится критическим, как только цивилизация, став городской и закрытой, разрушает свою экологическую среду в период локального перенаселения, которое приходится на последнюю фазу социально-технологического общества (такова и древнейшая цивилизация шумеров, развитие которой мы анализировали)
Что же есть в таком случае геоинформатика подлинной реальности веществ и движений, (подоплекой которой является описательная реальность вещей и действий, а более глубокой подоплёкой квалитативного развития является причинная реальность Дао)?
Это наука (связанная далеко не только с географией и геометрией), кодирующая сперва средствами физической информации для компьютерно-сетевого и "облачного" хранения, анализа и переработки в комплексах различных взаимосвязей пакеты физической или нейтральной информации о размещении и взаимодействии на Земле объектов и систем объектов, имеющих энерго-информационное значение для деятельности цивилизации.
Но связь геоинформатики с классической информатикой, наукой о физической информации пространства, имела большое значение лишь в начале зарождения этой типично прикладной науки.
Постепенно характер техноцивилизации, и её знаний, определяющих методы кодирования информации, становится таким, что для основ геоинформатики становится уже необходимой математическая модель кода нейтральной информации (знаковой системы, которая находится в основе как пространство-подобного так и время-подобного кодов)
Мы знаем две такие основы геоинформатики, соответствующие двум фундаментальным мировоззрениям: перманентному и дискретному.
Это: геоматика (математическая наука о геопространственных и в пространствах понимания закономерностях номотетического кодирования знаний человечества о Земле) и геоиконика (наука о идеографическом кодировании этих же знаний)
Во второй половине ХХ века геоинформатика начинается с практического создания геоинформационных систем (ГИС), начиная с задач комплексного (с учетом множества различных факторов) картографирования важнейших для экономики и политики объектов страны, для учета, хранения и анализа различного рода информации о наземных объектах средствами ЭВМ. Причем это включая создание соответствующего программного обеспечения, которому соответствуют специально разрабатываемые методы практического снятия продукта информации с объектов Земли и её кодирования в продукт геоинформатики.
Как это обычно для мировой науки техноцивилизации, основной аппарат для геоматики и геоиконики в форме геометрических и алгебраических средств, дал уже ХIХ технологический век (работы И. Дирихле, Г. Вороного), а также начало ХХ технократического века (работы А. Тиссена) параллельно фазам развития и усложнения абстрактных методов научного анализа геопространства.
"Эпохи ГИС", как правило, отсчитывают десятилетиями, начиная с ГИС "первого поколения" в начале 60-х годов, но точнее учитывать периоды в 6-7 лет, соответствующие фазам техногенеза.
Начало практике и соответствующей теории геоинформационных систем, таким образом, положено в 1963-1964 гг., на второй практической фазе полной машины и состоит в двух событиях, состоявшихся в центрах техносферы Канаде и США:
Английский инженер и ученый Р. Томлинсон, автор книги 1968 года «Мышление о ГИС: планирование географической информационной системы для менеджеров» которого иногда называют "отцом геоинформационных систем" (он же автор самого термина), со своей группой единомышленников создал Канадскую ГИС национального уровня для компьютеризованного учета, хранения данных и анализа их для оценки земель и других важнейших ресурсов природы и хозяйства с целью оптимизации землепользования, упорядочивания планирования и управления комплексами обширных природных ресурсов страны. Как пишет уже о первых ГИС первоисточник:
"Мощное интеллектуальное оружие, обеспечивающее доступ к пространственной информации различных категорий пользователей и разработчиков.
ГИС-технологии получили широкое распространение при поддержке принятия решений в планировании, проектировании и управлении, создании информационно-справочных банков данных, автоматизированном картографировании, составлении земельных кадастров, инженерных изысканиях и проектировании"
В США архитектор Г. Фишер создал в Гарварде Лабораторию компьютерной графики и пространственного анализа, где разрабатывались методы и программное обеспечение для задач геоинформатики.
В 70-е годы было теоретически освоено и практически апробировано множество методов и соответствующих компьютерных программ для многослойного перекодирования различных видов информации об геоинформационных объектах на базисе математически унифицированных технологий, моделирующих знаковые системы по принципу нейтрального кода информации.
Важной работой в этом смысле стала докторская диссертация Р. Томлинсона текущего года: "Применение электронных вычислительных методов и методов для хранения, компиляции и оценки отображаемых данных", где обобщены технологии, применявшиеся при успешном создании Канадской ГИС.
В 1976 году материалы этой работы будут положены в основу книги Томлинсона и его соавтора Х. Калкинса: "Компьютерная обработка географических данных: проверка отдельных географических информационных систем"("Computer handling of geographical data: an examination of selected geographic information systems")
Однако основополагающие принципы ГИС были разработаны Томлинсоном не в начале 60-х годов, когда он в разговоре с недавно назначенным канадским министром смело взялся в рекордно короткие сроки и дешево решить гигантскую задачу по учету и систематизации величайшего множества материалов о землепользования Канады
К тому времени у Томлинсона уже был вполне успешный опыт компьютерного картографирования с учетом обширного комплекса данных и создания баз данных оцифрованных карт.
Начало проектированию и созданию комплексных и компьютеризованных геоинформационных систем было положено Томлинсоном в конце 50-х годов в Кении.
В своих воспоминаниях создатель первых ГИС описывает эту работу, ставшую классической, и нам крайне важно проанализировать технологии того периода. Ведь именно практические задачи создания бумажной фабрики почти на "голом" пространственном месте восточной-африканской страны вызвали потребность применение нейтрального кода информации.
Это стало необходимым для учета онтологически совершенно разнородных данных при создании абстрактного пространственно-временного, а значит, энерго-информационного "объекта ГИС" в решении задач кодирования ландшафтно-этнической матрицы Земли с целью анализа всей системы данных.
С этой целью необходимо было создавать абстрактные системы координат двух типов:
- растровые для непрерывных данных, свойственных явлениям природы, и
- векторные для данных дискретных, принципиально составных
Р. Томлинсон вспоминает о своей работе тех лет следующее:
"В 1959 году я пошел работать в Spartan Air Services, канадскую компанию по аэросъемке, где занимался фотоинтерпретацией. Компания из Оттавы отправила меня на проект в Кению. В рамках международной программы помощи правительство Канады хотело построить для страны бумажную фабрику.
Наша компания провела аэрофотосъемку и инвентаризацию лесов в Кении, чтобы определить лучшее место для строительства мельницы. Как оказалось, родные деревья не годились для изготовления бумажной массы. Поэтому мы начали собирать информацию, чтобы определить лучшие места для плантаций по производству древесной массы"
Промышленные задачи создания бумажной фабрики и посадки соответствующих плантаций деревьев породили перед будущими авторами первой ГИС следующие геоинформационные задачи, которые необходимо было отобразить в идеографическом виде (а для ЭВМ оцифрованном) комплексно, создавая и особо выделяя для анализа области пересечения знаковых полей, то есть пространственно-временных объектов (расположенных в местах геопространства и действующий каждый в своём ритме природного или цивилизационного циклов деятельности)
Итак, проводилось картографирование и учет хрональных характеристик:
- расположение почв, технологически необходимых деревьям, которые пригодны для производства бумаги
- подробные географические карты, включающие расположение рек и рельеф местности, чтобы исключить из области использования гористые и пустынные районы, а также карты транспортных коммуникации
- места большего или меньшего распределения и периоды осадков, а также соответствующие места и циклы миграции насекомых и также перемещение вслед за влажностью популяций растений, с целью учета тех факторов, которые в большей или меньшей степени могли вредить плантациям
- для учета потенциальной рабочей силы места обитания оседлых племен и пути, а также периоды миграции племен полукочевых
- маршруты и периоды миграции животных, которые могли повредить плантациям деревьев
Когда все эти данные совершенно различного пространственно-временного и когнитивного характера в разрозненном виде были скомпонованы и перенесены на прозрачные кальки, возникла задача их совмещения в единый комплекс путём наложения не всех, но только самых существенных деталей, а таковым принадлежали два области данных: пространственные и хрональные, которые также требовалось объединить едиными причинно-следственными связями.
В этно-ландшафтном архетипе геопространства такие структуры пространства-места носят характер распределение энерго-информационных зон.
Для их адекватного кодирования нужен единый комплекс координат, содержащий в себе возможности отображения как перманентных величин, связанных с непрерывностью своего развития во времени, так и составных, которые совмещают в себе места различных пространств, отображающие дискретные циклы своего формирования.
Перед Томлинсоном и его коллегами встала задача послойного и целенаправленного совмещения существенных элементов разнородных карт с хрональными данными впоследствии обобщенная термином "оверлей".
При ручном совмещении калек несущественные места затемняли и они становились непрозрачными, так что на окончательном рисунке отображались только все существенные элементы. Но такая работа оказалась крайне неэффективной.
Как же поступил Томлинсон? Он сообщает в одном из интервью:
"Мы вернулись в офис и начали анализировать все карты, которые мы собрали, собирая различные слои картографических данных, как я уже описывал, и измеряя различные площади поверхности. Этот анализ рук / глаз был трудоемким, и, как оказалось, проводить анализ было дороже, чем первоначально летать по стране и собирать данные. Были бюджетные ограничения, и мой начальник сказал мне найти способ урезать бюджет"
И далее:
"У моей компании были небольшие компьютеры IBM и картографические таблицы, и, поскольку я был окружен лучшими технологиями того времени, я начал задумываться о присвоении значений различным слоям карты и вводе их в компьютер, чтобы позволить машине выполнять сравнения и подготовить результаты.
Мы сориентировали голову плоттера на карту, которую мы создавали с её последовательными слоями данных. Это заняло около недели вечерней работы, и в итоге мы создали, как мне кажется, первую карту, оцифрованную с печатной копии в Канаде"
Так практические задачи создания комплексных идеографических данных в виде, пригодном для компьютерной оцифровки, то есть созданию номотетической метрики, привели к созданию абстрактной системы индексирования данных. Но в описанной работе пространственное размещение элементов было главнейшей задачей, а хрональное совмещение циклов - второстепенной.
Последующие работы Томлинсона изменили эту ситуацию. Уже при анализе природных и цивилизационных ресурсов Канады, циклические особенности ГИС стали ненамного менее существенными, чем геопространственные.
Создание первой компьютеризованной системы компьютерного учета и анализа геоинформационных данных
Первые успехи теории ГИС вдохновили своего автора, но они мало чего стоили без успешной практической реализации. Томлинсон предлагал свои услуги различным фирмам и правительственным организациям. Это не имело успеха, но только до 1962 года, когда случилось решающее событие, о котором Томлинсон вспоминает следующее:
"...случайно я сел рядом с Ли Праттом на самолете в 1962 году. Он только что был назначен федеральным правительством, чтобы возглавить Канадский земельный кадастр. Канадские фермеры были в плохом финансовом положении. Было 600 000 фермеров, и они нуждались в помощи. Площадь пахотных и продуктивных земель Канады составляет около 1 миллиона квадратных миль"
После этого он в ряде вопрос привычно разделяет задачу на несколько проблем, связанных корреляционными связями:
"Итак, первый вопрос был: что мы на самом деле знаем об этой сельскохозяйственной земле? Нам также нужно было знать, может ли земля использоваться для других целей, таких как отдых или плантации? Что перепись говорит о доходах этих фермеров? Как насчет их уровня образования? Можем ли мы выучить себя из этой проблемы? Где мы должны поставить школы?"
И в результате:
"Это был большой шаг для правительства, потому что до этого оно не занималось таким углубленным планированием. Ли указал, что он планирует поместить всю эту информацию на прозрачные листы и наложить их для анализа. Я сказал ему, что могу сделать это с помощью компьютера. Таким образом, мы сделали некоторые оценки, и было решено, что для использования ручного метода потребуется 563 картографа, три года, чтобы выполнить эту работу, и это будет стоить около 8 миллионов долларов.
В дополнение к стоимости, главной проблемой было то, что у правительства было только 50 или 60 квалифицированных техников. Поэтому я составил технические и экономические обоснования, и определил, что мы можем разработать компьютерную систему, которая выполнит эту работу в течение нескольких недель, а не лет, и менее чем за 2 миллиона долларов.
Мы разработали Канадскую географическую информационную систему, первую в мире компьютеризированную ГИС. И географическая информационная система (термин, который я придумал для этого процесса), выдержала испытания практикой очень хорошо на протяжении многих лет"
Обращаясь к работе Томлинсона текущего 1974 года, отметим основные концепции, положенные автором в основу Канадской ГИС с учётом её особенностей в геопространстве-времени, и обобщенные им в принципы унифицированного информационного кода, способного отобразить как пространственные соотношения между отдельными абстрактными элементами, так и тесно связанную с ними хрональную динамику.
Какова должна быть "геоинформационная описательная реальность", чтобы с помощью адекватной кодовой системы отображать те структуры геопространства-времени, которые в ГИС и подлежат учету, систематизации и хранению с возможностью дальнейшего анализа по различным параметрам, связанным с критериями особенностей формирования в универсуме этой структуры геопространства-времени этно-ландшафтного архетипа физической матрицы Земли?
Мы знаем, что пространство есть вещь от времени своего формирования.
Пространство-время есть в таком случае архетипы структуры веществ (физическая идеографическая матрица подлинной реальности) или вещей (номотетическая физическая метрика описательной реальности), депонированных в архетипах соответствующих реальностей.
И если речь идет о вещах тела-сознания эволюционирующего человечества, то и содержание системных вещей формируется в едином эмоционально-чувственном опыте, предусматривающем единый "календарь" означивания морально-нравственных событий (по шкале добра и зла) совместной жизни некой группы, коллективное мировоззрение которой в эволюции культурогенеза и порождает понятийность системы вещей - знаний на рациональном базисе информации, распространяемой в историческом времени эволюции человека и человечества. Однако рациональную форму-идею инфо-энергетической вещи второго рода - смыслоносной означивает её энергетическое содержание, значимость которого есть доминанта либо бытия, жизни (созидания в вещах добра) либо небытия, смерти (в разрушающих вещах зла)
Но что же такое геопространство-время ландшафтно-климатического-биотического архетипа Земли, включающего экологические системы водных бассейнов и геобиоценозы суши еще до того, как хозяйствующий в своей "малой родине" этнос при рекапитуляции архетипа в универсум моментов настоящего превратит его действием интеграционной материальной машины времени-пространства в активное и формообразующее геопространство этно-ландшафта?
Прежде всего это моменты кардинального изменения качества жизненного мира Земли: бытие к жизни есть акт творения Бога, он же момент квалитативной эволюции, и в циклах бытия такие момент сменяются инволюционными периодами разрушения, бытия к смерти (отмирание энтропического продукта эволюции)
А в промежуточные периоды квантитативных эволюций это система вещей-веществ, возникающая во времени соответствующих событий, и воплощенная в структуре физических веществ-вещей.
В системе геопространства-времени, составляющей ландшафтно-климатический архетип Земли, закодированы меры материальной метрики геопространства-времени, то есть времени линейно-циклического (линейная составляющая есть квалитативные моменты качественного времени эволюции, а меры циклической динамики пространства есть квантитативные интервалы)
Хозяйствование этноса на стадии местОразвития подчиняется природным условием ареалов обитания, но затем в городской цивилизации на стадии развития промышленности в закрытых от регулирующего воздействия природы пространствах городов и появления самостоятельных систем обеспечения городского типа этнос начинает преображать свой ландшафтно-климатический архетип в процессах мастАразвития.
А это значит, что люди превращают системы вещей описательной реальности своего представления о жизни в формы вещества подлинной реальности, то есть понятии о мере и красоте, о добре и целесообразности, вреде и пользе, всё этико-эстетическое содержание как этнической культуры потребления так и социальных культур производства.
Кодовым базисом формирования вещей и веществ заложен в энерго-информационную структуру этно-ландшафта Земли в универсуме с наложенной на него матрицей действий этносов, их производственных социумов и затем техногенной цивилизации в целом.
Важно при этом заметить, каков должен быть идеографический и номотетический базис ГИС для того чтобы средствами компьютерного моделирования адекватно, а это значит: согласно потребностям анализа для создания систем жизнеобеспечения цивилизации, отобразить важнейшие элементы энерго-информационной структуры описываемого участка Земли, то есть страны, разделенной, как правило, на зоны компактного этнического в открытых пространствах добывания натурального продукта или урбанически-промышленного (социального) проживания людей.
Этим базисом является понятие пространственного объекта как вещи при том, что совокупность таких вещей выстраивается в систему согласно тем параметрам, которые согласно логике эволюции Земли, биоэволюции и затем уже эволюции человечества выстраиваются как раз на стыке между динамикой систем.
Таким образом, чтобы ГИС стала универсальной и подходила для разнообразных потребностей цивилизационного анализа, чтобы она могла анализировать данные по любым аналитическим запросам, использующим пространственные критерии размера, расстояния и/или соотношения между размерами и состояниями объектов, такой системе необходимо понятие абстрактного пространственного объекта, представляющего собой систему вещей, выстроенных по логике эволюционного процесса.
Эта логика обретает большой смысл для практики в тех случаях, когда эволюционна и адекватна задачам цивилизации сама логика человека, использующего ГИС для аналитической, планирующей, управляющей деятельности людей, желающих распоряжаться природными и человеческими ресурсами свой страны или отдельной отрасли хозяйствования и сооружения других систем жизнеобеспечения.
Проект Канадской ГИС построен на знаковом коде абстрактного объекта, включая координатные сетки как растрового, так и векторного характера.
Это позволяет использовать центроиды (центры усредненного значения контура дискретных элементы, эквивалентные в физике центру масс) в структуре пикселей координатной "сетки" как системные координаты отдельных объектов. Такие объекты пользователь может создавать своими запросами к ГИС, используя различные критерии.
В любом случае анализ системы вещей такой ГИС содержит в себе скрытую логику процесса, код статики отображает код динамики, а значит, эволюционные изменения, от простых к сложным, но при том всегда системных.
Ведь любые более или менее адекватные истинной реальности системы вещей и системы систем, которые человек по своему запросу строит на основе ГИС, являются следом эволюционных процессов определённой сложности, которые находятся между собой в строго определенных экологических, этико-эстетических, экономических и общеэтнических (а значит и морально-нравственных) соотношениях.
Рассмотрим простейшую иерархию уровней эволюции ландшафтного энерго-информационного архетипа, который в деятельности этносов становился этно-ландшафтным, порождая в эволюционных процессах различных уровней и хрональных масштабов структуру геопространства-времени, включающего в себя ресурсы природы и цивилизации (человек строит свой мир таким, каким он его воспринимает, понимает и знает)
- уровень географических объектов четырёх элементов Земли, формирующих её ландшафт, рельеф и климат
- уровень биологических объектов, также формирующих ландшафт, рельеф и климат
- уровень человеческой цивилизации, хозяйствования этносов, их социумов и государств, формирующих ландшафт, рельеф, биос и климат
С точки зрения динамики единого кода управления это контейнерное пространство-время с осным хроносом, причем его контейнеры возникали последовательно в ходе эволюции Земли и этногенезиса человечества, то есть возникновения городов первого и второго типа, склонного к локальному перенаселению (где тело-сознание жителей вмещает физическую матрицу веществ)
Подобные контуры образуют "матрёшечное пространство" взаимных вместимостей, которому соответствует и структура вмещаемых контейнеров физической метрики описательной реальности.
Таким образом, линейно-циклический хронос времени-пространства истинной реальности помимо линейной составляющей, которая свойственна квалитативной эволюции, содержит циклические составляющие с осным хроносом (где бОльший момент динамики пространства вмещает в себя сумму меньших согласно иерархии «матрёшечного пространства»)
Между тем, в эпистемах познания техноцивилизации по мере приближения к финалу в социально-технологическом обществе все кардинальнее разделяется на альтерверс, где мера вещей соблюдена, и растущий мультиверс ложных вещей зла, заряженных негативной энергией.
Квантитативный анализ структуры вещей эпистемических знаний о геопространстве, чему и служат ГИС, требует унитарной основы. Таковой и является понятие абстрактного объекта любой размерности вплоть до трехмерного. Этот анализ хорошо "работает" когда речь идет о процессах квантитативных (циклических), но не может учитывать динамику квалитативного линейного времени эволюции на Земле.