ГИС сегодня: тенденции, обзор

Мировая история развития ГИС

50 — 60 годы ознаменовались исследованием принципиальных возможностей ГИС, в этот период были запущены первые крупные проекты по созданию и внедрению ГИС. Одним из таких значимых проектов являлся проект разработки Географической Информационной Системы Канады (Canada Geographic Information System, CGIS). Эта крупномасштабная ГИС поддерживается и в настоящее время. Отцом «ГИС Канады» считается Роджер Томлинсон (Roger Tomlinson), под руководством которого были разработаны и реализованы многие концептуальные и технологические решения. Первоначальными задачами этой ГИС были классификация и нанесение на карту земельных ресурсов Канады. Интересен тот факт, что выходными данными первой ГИС были не картографические материалы, а обобщенные результаты исследований, представленные в виде таблиц.

Большое влияние на развитие ГИС этого периода оказала Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа (Harvard Laboratory for Computer Graphics & Spatial Analysis) Массачусетского технологического института. Ее основал в середине 60-х годов Говард Фишер (Howard Fisher) с целью разработки программных средств многофункционального компьютерного картографирования, которые стали существенным шагом в совершенствовании ГИС.

В конце 60-х г.г. Бюро переписи США разработало специальный формат GBF-DIME (Geographic Base File, Dual Independent Map Encoding), в котором была реализована схема определения пространственных отношений между объектами, называемая топологией, которая описывает взаимное положение пространственных объектов и их частей. Технология топологических структур данных применима и по сегодняшний день — именно ее использует множество современных ГИС.

Период 70-х — 80-х г.г. ознаменовался запуском крупных геоинформационных проектов, поддерживаемых государством, формированием государственных институтов в области ГИС, а также снижением роли отдельных исследователей ГИС-технологий. К тому времени Национальное Бюро Переписей США (U.S. Census Bureau) разработало комплексный подход к «географии переписей» с использованием ГИС-технологий. В результате 1970 г. стал не просто годом очередной Национальной Переписи США, а годом первой в истории «географически локализованной переписи». Также в этот период был разработан специальный формат представления картографических данных DIME (Dual Independent Map Encoding) и впервые использован топологический подход к организации управления географической информацией.

Начало 80-х г.г. — по настоящее время — это период коммерческого развития ГИС. Развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с СУБД, появление сетевых приложений — все это открыло путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

В начале 80-х г.г. для хранения и работы с атрибутивной информацией в виде таблиц (INFO) был успешно применен формат стандартной реляционной СУБД, а для хранения и работы с графическими объектами в виде дуг (ARC) было разработано специальное программное обеспечение. Таким образом, был создан формат ARC/INFO, в основе которого заложена идея о раздельном внутреннем представлении геометрической (графической) и атрибутивной информации.

Этот же период можно назвать и пользовательским периодом развития ГИС, он начался с повышения конкуренции среди коммерческих производителей геоинформационных технологий и услуг. Конкуренция побуждает производителей ГИС-технологий постоянно совершенствоваться, реализовывать принципиально новые и все более сложные и качественные проекты. Появляются «открытые» программные продукты, пользовательские клубы, конференции. Идет формирование мировой геоинформационной инфраструктуры.

В этот период разработчики и владельцы геоинформационного программного продукта GRASS (Geographic Resources Analysis Support System), созданного американскими военными специалистами (Army Corps of Engineers) для задач планирования природопользования и землеустройства, открыли GRASS для бесплатного пользования. Примеру Army Corps of Engineers последовала корпорация ESRI, Inc., открывшая в 1994 г. для неограниченного бесплатного пользования свой программный продукт ArcView 1 for Windows. Таким образом, пользователи и программисты получили возможность создавать собственные приложения, интегрируя вышеназванные ГИС с другими программными продуктами.

Этот этап также является началом формирования государственных национальных и международных инициатив, а также различных проектов по разработке и внедрению так называемых Инфраструктур Геопространственных Данных (ИГД), включающих разработку новых технологий обработки пространственных данных.

Коммерческие ГИС мировых производителей

Компания Intergraph (прежнее название компании — MS Computing Inc) была основана в том же 1969 г. и специализировалась на услугах консалтинга. Intergraph консультировала различные государственные учреждения по вопросам использования цифровых компьютерных технологий. Для удовлетворения запросов своих первых клиентов компания предложила технологии, которые позже были применены в графических системах — этот подход нашел отражение в названии компании, сложенном из слов Interactive и Graphics. В настоящее время Intergraph Corporation — всемирно известная организация-разработчик в области таких технологий, как компьютерная графика, геоинформационные системы, аппаратные ускорители компьютерной графики, полноценная среда для проектирования и твердотельного моделирования и многое другое.

Одновременно с ESRI и Intergraph были основаны английская Ferranti и швейцарская Contraves (чуть позже к ним примкнули норвежская Koninglike Wappenfabriek и немецкая Messerschmidt-Boelkow-Bluehm). Ferranti предлагала геоинформационную систему для кадастрового картографирования в конце 70-х годов, но вскоре исчезла с рынка.

Изыскательские компании, например, Wild и Kern (которая позже объединилась с Leica), занялись созданием ГИС под влиянием успешного проекта в Базеле. Компании шли различными путями — одна из них адаптировала американские продукты для европейского рынка, вторая разрабатывала собственный продукт.

Одна из ведущих компаний в сфере разработки ГИС — MapInfo Corporation — была образована в 1986 г. Ее продукция включает настольную ГИС, различные картографические продукты, а также некоторые веб-приложения. Наиболее известным продуктом компании является ГИС MapInfo Proffesional. В Pоссии MаpInfo Proffesional является одной из самых распространенных геоинформационных систем.

Основанная в 1982 г. корпорация Autodesk — крупнейший в мире поставщик программного обеспечения для промышленного и гражданского строительства, машиностроения, рынка средств информации и развлечений — в 1996 г. выпустила программный продукт AutoCAD Map для создания геоинформационных систем. 150 тыс. пользователей AutoCAD, применяющие его в области картографии, заслуживали в тот период особого внимания.

Компания Bentley Systems, Inc. (США) была основана в 1984 г. Ее специализация — комплексные ГИС-САПР-технологии. Первые десять лет существования Bentley была компанией одного продукта MicroStation — профессиональной, высокопроизводительной графической системы для 2D и 3D автоматизированного проектирования. С 1995 г. Bentley начала стремительно расширять сферу интересов и, соответственно, спектр предлагаемых программных продуктов. В настоящее время компания Bentley уделяет особое внимание технологии ГИС.

История ГИС в России

В основном, технологии ГИС применялись в крупных компаниях, ориентированных на предоставление услуг по разработке комплексных IT-проектов. ГИС-технологии встраивались в эти проекты, обеспечивая их целостность. Преимущества работы с ГИС-технологиями также успели оценить пользователи-«энтузиасты» — в первую очередь, это геодезисты и картографы. Не менее важную и значимую роль в популяризации ГИС в России привнесли западные компании, которые в своей производственной деятельности к тому времени уже активно использовали ГИС-технологии. Эти компании присутствовали в нефтегазовом секторе и в секторе телекоммуникационных систем. Кроме того, многие отечественные разработки в области ГИС в этот период находились в стадии интенсивного развития.

И все же, несмотря на это, процесс становления ГИС в России шел достаточно тяжело. Развитию ГИС препятствовало, прежде всего, наше законодательство, запрещающее использование картографических данных в публичном доступе, а также отсутствие программного обеспечения для ГИС. Когда картографическая основа стала более открытой и произошла легализация спутниковой связи, многие государственные и коммерческие организации стали активно разрабатывать ГИС-проекты.

Особый вклад в развитие геоинформатики России внесла ГИС-Ассоциация. Она была образована в 1995 г. как негосударственная и некоммерческая общественная организация, объединяющая в своих рядах специалистов высших учебных заведений, научно-исследовательских, производственных, инженерных, проектно-конструкторских, информационных и других организаций, занятых в области разработки и применения геоинформационных технологий на территории бывшего СССР. Предложенная ею идея создания Российской инфраструктуры пространственных данных (РИПД РФ) была поддержана в 2004 г. Правительством РФ — проект включили в Федеральную целевую программу "Электронная Россия (2002 — 2010 годы)". В 2006 г. была выполнена НИОКР по разработке проекта Концепции формирования инфраструктуры пространственных данных как элемента общегосударственных информационных ресурсов. Тем самым, сделан значимый шаг в области ГИС-технологий. В конце августа 2006 г. проект Концепции был одобрен Правительством РФ.

Концепция предусматривает переход к полностью цифровым технологиям получения и использования пространственных данных. Согласно Концепции, в стране должна быть создана иерархическая территориально-распределенная система сбора, обработки, хранения и предоставления базовых пространственных данных и метаданных, включающая в свой состав подсистемы уровней государственной власти и местного самоуправления. Помимо всего прочего, эта система должна предоставлять пользователям удаленный доступ к цифровым базам пространственных данных и метаданным.

В настоящее время на территории РФ успешно создаются и развиваются крупные региональные геоинформационные системы. Это, например, такие системы, как:

• Региональная инфраструктура на территорию Калужской области (2004 — 2011);
• Геоинформационная система Санкт-Петербурга;
• Региональная геоинформационная система Московской области (РГИС МО);
• ГИС органов исполнительной власти Нижегородской области;
• ГИС в территориальном планировании Ростовской области;
• Геоинформационная система города Астаны;
• Единое геоинформационное пространство г. Москвы
• и многие другие.

ГИС сегодня

Существует мнение, что более 60% информации, содержащейся в корпоративных базах данных, имеют пространственный (географический) компонент. Также существует мнение о том, что человек в своей деятельности использует более 70 % информации, имеющей пространственную привязку. Использование геоинформационных систем становится неотъемлемой частью профессиональной деятельности многих предприятий и ведомств. Скорость и простота отображения данных, возможность формирования многогранных запросов, доступ к внешним базам данных и одновременно создание и ведение внутренних баз данных, возможность интеграции с различными корпоративными информационными системами — это далеко не полный список преимуществ, которые получает пользователь, работающий с ГИС.

Из отраслей, активно внедряющих ГИС, можно выделить такие отрасли, как, например, сектор административно-территориального управления, а также телекоммуникационный и нефтегазовый секторы. ГИС по-прежнему востребованы в транспортном и дорожном хозяйстве, в сфере инженерных коммуникаций, сельском и лесном хозяйстве. Силовые ведомства, государственный сектор, здравоохранение, банковская сфера, градостроительный и земельный кадастр используют ГИС в качестве инструмента для управления и правильного принятия решений. Историко-культурное направление, недвижимость, реклама, экология и природопользование также не обошли ГИС вниманием.

В целом, мне кажется, что сразу перечислить все те области, где ГИС имеет огромное значение, просто невозможно — ГИС применяется буквально везде и всюду.

Геоинформационные системы для различных областей оперируют такими важными понятиями, как:

• определение точного пространственного местоположения объектов,
• отображение совокупности разнообразной информации для принятия взвешенного решения,
• планирование ремонтных и восстановительных работ,
• мониторинг экологической ситуации и природных ресурсов,
• планирование развития социальной инфраструктуры.

Все эти задачи решаются в классических ГИС — отраслевых, муниципальных, прикладных или специализирующихся по определенной проблеме.

Рис.1 — Примеры классических ГИС

Тенденции развития ГИС

Итак, в настоящее время ГИС-технологии применяют практически во всех сферах человеческой деятельности. При этом наибольшее распространение получили классические двухмерные геоинформационные системы. Однако с развитием технологий трехмерного моделирования и возможностей компьютерной техники все очевиднее становится ряд недостатков двухмерных геоинформационных систем (ГИС):

• отсутствие возможности визуализации проектируемых объектов в трехмерном ландшафте;
• отсутствие возможности пространственного анализа объектов с различных точек обзора с учетом их атрибутивных характеристик;
• проблемы с поиском объектов и переключением от одного объекта к другому при пересечении объектов, расположении их друг над другом и пр.;
• трудоемкий процесс представления в удобном виде нескольких альтернативных вариантов планирования территории, сложность их корректирования.

Эти и многие другие недостатки влекут за собой реальные потери времени и денег в процессе разработки и согласования проектов. Переход к трехмерному представлению объектов на местности открывает новые возможности и позволяет решить такие задачи, как:

• создание трехмерных визуализаций ландшафта территории, градостроительного окружения и инфраструктуры в масштабах сотен километров;
• всестороннее представление проекта, включая возможность подготовки нескольких вариантов проекта и его фотореалистичной визуализации в 3D (особенно это важно в случае, когда проект демонстрируется неподготовленной аудитории);
• планирование развития территорий, эскизная проработка различных вариантов развития территории в режиме реального времени;
• проведение ландшафтного анализа, оценки высотных характеристик объектов и взаимодействия объектов друг с другом и с окружающей средой;
• анализ пространственных данных в объеме и представление результатов анализа в удобном для восприятия виде;
• создание качественных презентационных материалов и видеороликов;
• и др.

Таким образом, будучи применимы в самых различных сферах деятельности человека, включая все преимущества классических ГИС, но решая более сложные и новые задачи, трехмерные ГИС (3D) становятся намного более эффективными. Поэтому на сегодняшний день одной из основных тенденций мирового рынка в области проектирования является переход от двухмерного проектирования к трехмерному моделированию, а также внедрение современных трехмерных геоинформационных систем и их выход на первый план.

В стране пионерами в разработке региональных 3D ГИС стали Ульяновская и Кировская области, а также Республика Татарстан. И таких регионов становится все больше и больше. Много разработок ГИС промышленного и гражданского назначения выполняется для различных коммерческих структур. Прежде всего, это нефтегазовый сектор, энергетика и объекты городского хозяйствования.

Рис. 2 — Примеры 3D ГИС

Заключение

Об авторе

Затем была работа в компании ЗАО «Русская промышленная Компания» — дистрибутор Autodesk. Сначала работа была связана с продажами программного обеспечения всех направлений Autodesk (машиностроение, архитектура, строительство, визуализация, анимация, картография и ГИС). Но скоро стало ясно, что проданный продукт часто остается коробкой, которой никто не пользуется. И тогда главной задачей стало не просто продать программу, но научить заказчика грамотно и эффективно ее использовать. Спустя год — возглавила направление «Геоинформационные системы».

В 2003 поступило предложение от заказчика ЗАО «Газпромстройинжиниринг» ОАО «Газпром» возглавить отдел оперативного генплана. Отдел создавался с целью разработки и внедрения геоинформационной системы мониторинга объектов строительства. За основу была взята платформа Autodesk и SQL Server. На создание и отладку системы ушло 2 года.

А к 2005 появилось решение объединить в одной компании высококвалифицированных специалистов, способных выполнять сложные геоинформационные проекты. Такой компанией стала «Real Geo Project». За годы работы компании были выполнены сложные и интересные проекты. Среди них: ГИС Историко — Культурный Опорный План (ИКОП) для Департамента по культурному наследию, внедрена ГИС — Единое Геоинформационное Пространство (ЕГИП) ОАО «Ритэк», Лукойл,...

Дальнейшее развитие геоинформационных проектов потребовало слияния ЗАО «Real Geo Project» с группой компаний Неолант, в которой возглавила ГИС департамент. При этом основные усилия направлялись не только на продажу программного обеспечения таких производителей как Autodesk, ESRI, Bentley, Intergraph, MapInfo, Oracle, но и на разработку геоинформационных систем на этих платформах.

Сегодня, оставив за собой сопровождение некоторых ключевых проектов, Г.Емельянова свое основное внимание переориентировала на экспертную работу с целью расширения компетенции в области информационных технологий. В совокупности с получаемыми знаниями в иностранных языках, планируемое в ближайшее время возвращение в бизнес информационных технологий должно быть очень эффективным.