Scroll Top

Географические информационные системы

Введение

Под географическими информационными системами (далее — ГИС) часто понимают просто программное обеспечение по сбору, хранению, обработке и отображению пространственных данных. Однако ГИС в «правильном» смысле — это информационная система, моделирующая какую-то реальную территорию с её сложными динамическими процессами. Просто собрав в одну кучу все имеющиеся географические данные на какой-то участок вы не получите ГИС — вы получите кучу данных. А вот когда вы установите связи между разными компонентами системы, проведёте комплексный анализ, который в результате даст вам качественно новые знания — вот тогда можно сказать, что у вас дейстительно есть географическая информационная система. Если уж следовать более строгому академическому определению, то:

Географическая информационная система — это компьютерная технология и методология сбора, хранения, обработки, извлечения и анализа пространственных данных или данных с географической привязкой [1].

Или лучше сказать:

Географическая информационная система — это система программно-аппаратного, информационного, кадрового, организационного и нормативно-правового обеспечения для сбора, хранения, анализа и отображения информации о районах Земли [1].

Сейчас геоинформационные технологии глубоко проникли в жизнь каждого человека: картографические сервисы используются в смартфонах, и ваши координаты постоянно передаются на сервера заинтересованных компаний, чтобы потом извлечь из этого знания, пригодные для таргетированной рекламы или других целей [2]. Вы можете нажать две кнопки на вашем телефоне, и через секунду получаете подробный маршрут, как проехать из точки А в точку Б. И вы даже не задумываетесь, что этот маршрут был построен сложными алгоритмами, работающими на графовой модели дорожной сети. А сама дорожная сеть создана путём полуавтоматизированного дешифрирования снимков со спутников дистанционного зондирования Земли (далее — ДЗЗ).

ГИС-слои
ГИС — это послойный принцип моделирования реальных территорий.

А ведь совсем недавно, лет тридцать назад, использование ГИС могли позволить себе только государственные организации: компьютеры тогда были огромными и дорогостоящими, а программисты и ГИС-специалисты — на вес золота [3] [4] [5]. ГИС, будучи частью большой области информационных технологий, эволюционировали вместе с ней. Изначально ГИС были настольными и работали с файлами. Потом они научились взаимодействовать с реляционными базами данных, и много людей смогли подключаться через сеть к этим базам и работать одновременно с одними и теми же данными. Потом ГИС ушли в веб и обзавелись дружелюбным интерфейсом. Таким образом, теперь вместо тяжёлых настольных приложений, пригодных для работы только очень узкому кругу специалистов, ГИС превратились в удобные веб-сервисы и приложения для смартфонов [6].

Применение ГИС в археологии

Многие люди, которые не знакомы с ГИС, но которым по разным причинам приходится заниматься географическими исследованиями, начинают работать с Google Earth. Это замечательная программа, которая позволяет просмотр космических снимков высокого разрешения в трёхмерной среде, однако она ограничивает возможности исследователя просмотром и не позволяет создавать качественно новые данные. Настоящие ГИС дают вам возможность преобразовывать старые данные в новые, производные от уже существующих. В археологических исследованиях, проектах по поиску скрытых объектов или процессов ландшафта такие ГИС позволяют:

  • Собрать воедино в одной системе координат пространственные данные всех возможных типов:
    • Отсканированные бумажные карты
    • Данные дистанционного зондирования с различных сенсоров
    • Цифровые модели рельефа
    • Координаты объектов из письменных отчётов экспедиций или книг
    • Любая другая цифровая информация, имеющая координатную привязку (даже сообщения из социальных сетей с геотегом могут интегрироваться в ГИС)
  • Создавать аналитические модели, которые ответят на вопрос «А что, если … ?». Например:
    • А что, если мы попробуем найти закономерности в характеристике ландшафта для уже найденных археологических находок, а потом применим полученное знание для поиска новых объектов?
    • А можно ли проверить, видно ли точку А на склоне горы с точки Б на склоне другой горы?
    • А насколько крутой склон в местах, где люди создают поселения?
    • А можно ли количественно оценить пригодность территории для поселения?
    • И многое другое…
  • Создавать новые данные и карты. Например, имея в своём ГИС-проекте мультиспектральный космический снимок, вы можете в полуавтоматическом режиме классифицировать ландшафт на разные типы, и сохранить результат в виде нового слоя. Или же используя взвешенный оверлей-анализ создать карту пригодности территории для хозяйственной деятельности человека.
  • Маскировать неактуальные для исследования территории — это может значительно сократить время работы. Например, вы можете скрыть все территории с высотой более 3000 м над уровнем моря, или же с крутизной склона больше 60°.
  • Создавать профессиональные и готовые для печати в типографии картографические материалы: карты, атласы, плакаты.

Советуем ознакомиться с замечательной книгой «Remote Sensing in Archaeology» (Wiseman; El-Baz, 2007) [7], где собраны примеры успешного применения ГИС и ДЗЗ для задач археологии в разных частях земного шара.

Где достать бесплатное геоинформационное ПО?

Не будь в мире программного обеспечения (далее — ПО) с открытым исходным кодом, нам было бы очень сложно заниматься поисками Пайтити, так как иначе пришлось бы платить огромные суммы для доступа к лицензионному профессиональному ПО. К счастью, на сегодняшний день кроме мощных проприетарных программных комплексов для работы с геоданными, существует разнообразие бесплатных ГИС, которые можно использовать в коммерческих целях и дорабатывать под свои нужды. QGIS одна из таких самых известных программ. Мы используем её для нашего проекта вместе с системой управления реляционными базами пространственных данных PostgreSQL (с надстройкой PostGIS), и картографическим сервером GeoServer для передачи геоданных через интернет.  Подробнее про геоинформационную структуру проекта по поиску Пайтити, нашу исследовательскую ГИС, вы можете прочитать в соответствующей статье «Проверяя наши способности».

Ниже перечисляем список основных (по нашему мнению) настольных геоинформационных систем с открытым исходным кодом, которые могут пригодиться вам для собственных археологических исследований.

  • QGIS — свободная кроссплатформенная геоинформационная система, которая разрабатывается международным сообществом. Обладает дружелюбным и понятным интерфейсом и на сегодняшний день является одной из самых популярных открытых ГИС.
  • GRASS GIS — одна из старейших существующих ГИС (с 1982). Это программный комплекс с открытым исходным кодом для обработки пространственной информации и построения геоинформационных систем. Разрабатывается при участии правительства США, научно-исследовательских институтов и компаний. Это ПО нельзя назвать user-fiendly, поэтому новичкам придётся хорошо попотеть, чтобы освоить его.
  • SAGA GIS — поддерживаемая международным сообществом разработчиков, эта ГИС, или лучше сказать «ПО для обработки пространственной информации», больше подходит именно для анализа данных (например, классификация космических снимков, морфометрический анализ моделей рельефа и т.п.).
  • gvSIG — ещё одна свободная ГИС, разрабатываемая в основном испанцами.

Ссылки

  1. ELANGOVAN, K. GIS Fundamentals, Applications and Implementations, 2006. ISBN: 81-89422-16-2, стр.3
  2. COONEY, Michael. Smartphone tracking apps raise security, privacy and legality questions. Network World, 11.05.2016. Доступно по URL https://www.networkworld.com/article/3068627/security/smartphone-tracking-apps-raise-security-privacy-and-legality-questions.html
  3. mbfleming. Data For Decision (part 1 of 3). YouTube, 2007. Доступно по URL https://youtu.be/eAFG6aQTwPk
  4. mbfleming. Data For Decision (part 2 of 3). YouTube, 2007. Доступно по URL https://youtu.be/3kFYsOHgDSo
  5. mbfleming. Data For Decision (part 3 of 3). YouTube, 2007. Доступно по URL https://youtu.be/ryWcq7Dv4jE
  6. PETERS, Dave. The Evolution of GIS Software. Esri Insider, 22.12.2014. Доступно по URL https://blogs.esri.com/esri/esri-insider/2014/12/22/the-evolution-of-gis-software/
  7. WISEMAN, James R.; EL-BAZ, Farouk (Eds). Remote Sensing in Archaeology, 2007. ISBN 978-0-387-44455-0, стр.238-325