Парадная история ГИС

Ольга Блинкова

Историю можно изучать по-разному. Возьмем, например, поезд. Его история может быть изложена путем описания множества открытий и изобретений. Люди придумали рельсы, паровую машину, светофоры, построили мосты и т. д. В общем, все мы играли в "Цивилизацию" и знаем – пока не изобретешь колесо и не предложишь еще пару десятков технологий, повозка не поедет по рельсам, не превратится в паровоз, не трансформируется в электричку и не эволюционирует в TGV.

То же и с историей ГИС. Длинная цепь событий привела к созданию современных геоинформационных систем. Описать историю ГИС подробно – весьма сложная задача. Хотя бы потому, что факты, очевидцы и результаты исследований часто противоречат друг другу. Кроме того, ранние годы геоинформационных систем слабо документированы и требуются значительные усилия, чтобы понять, как все происходило на самом деле. Тем не менее историю некоторых открытий проследить можно. Правда, ее придется распараллелить по географическому принципу. Сначала я попытаюсь рассказать, что происходило в США, потом – в Европе. Рассказ о становлении ГИС в России нуждается в дополнительной проработке, поэтому о России – позже.

Одним из самых простых решений, дающих любопытные результаты, является опрос ключевых фигур этой индустрии, имена которых известны подавляющему большинству людей ГИС-сообщества. Эту задачу решал коллектив проекта "The GIS History Project" (http://www.geog.buffalo.edu/ncgia/gishist/), начатого в 1996 г., но вскоре, к сожалению, законсервированного. Тем не менее было выявлено немало любопытных фактов, некоторые из них описаны ниже.

Термины и определения

Существует множество определений ГИС. Самая большая из известных мне коллекций определений ГИС на русском языке находится по адресу: http://cnit.pgu.serpukhov.su/WIN/opred.htm. Правда, различия между определениями очень невелики и чаще всего под ГИС понимается система сбора, хранения, анализа и представления координатно-привязанной информации.

Геоинформационные системы могут включать природную, биологическую, культурную, демографическую или экономическую информацию и, следовательно, быть инструментами естественнонаучных, социальных, медицинских и инженерных дисциплин, а также бизнес-планирования и геомаркетинга. Общемировой объем продаж в области ГИС оценивается в 2 млрд. долл. в год.

История ГИС

Совсем кратко историю ГИС можно описать несколькими предложениями. Геоинформационные системы – явление относительно новое, хотя пращурами подобных систем были география и картография, появившиеся сотни лет назад. Первые географические информационные системы разработаны в 50–60-х годах, первоначально в гражданском секторе. В 70–80-х годах развилась сильная и активная ГИС-индустрия с явным лидерством США. А в 1990 г. были опубликованы первые работы по истории ГИС.

Теперь, после краткого введения, можно попытаться углубиться в подробности. Сразу скажу, что объять необъятное – дело трудное. Всегда кого-нибудь или что-нибудь забудешь. Все-таки почти полвека – немалый период, поэтому если я не упомянула исторические факты, вам известные, не обессудьте, а просто напишите мне письмо.

История 1. Топология. Бюро переписи США

Бюро переписи США – одна из организаций, сыгравших ключевую роль в развитии геоинформационных систем, – в конце 60-х годов оно разработало формат GBF-DIME (Geographic Base File, Dual Independent Map Encoding). В этом формате впервые была реализована схема определения пространственных отношений между объектами, называемая топологией, которая описывает, как линейные объекты на карте соединены между собой, какие площадные объекты граничат друг с другом, а какие объекты состоят из смежных элементов. Впервые были пронумерованы узловые точки, присвоены идентификаторы площадям по разные стороны линий. Это стало революционным нововведением. Формат GBF-DIME позже трансформировался в TIGER.

Одна из первых карт, полученных системой SYMAP

История GBF-DIME началась в феврале 1967 г., когда Бюро переписи США занялось экспериментами по компьютерному картографированию. Программисты Бюро боролись с неэффективностью и избыточностью при конвертировании напечатанных на бумаге карт в карты цифровые. Проблема была в том, что в те времена каждое пересечение улиц (в городах США часто встречается решетчатая система, когда улицы образуют сетку из стритов и авеню), вводилось ровно восемь раз. По словам Доналда Кука (Donald Cooke), который был программистом Бюро в то время и прославился, в частности, высказываниями типа "бумажные карты приводят к пожарам, но хорошо выполняют декоративные функции", проблема была преодолена благодаря принципам картографической топологии, предложенной математиком Бюро Джеймсом Корбеттом (James Corbett).

Таким образом была открыта схема кодирования, известная позже как DIME (Dual Independent Map Encoding). Основная идея заключалась в том, чтобы перенумеровать узлы (в данном случае – пересечения улиц) и площади (кварталы). Летом 1967 г. нововведения показали свою эффективность на практике – они резко повысили эффективность оцифровки и обнаружения ошибок и стали основой для картографирования результатов переписи. События развивались стремительно – через три месяца после начала первых опытов по топологии Кук и Максфилд (Maxfield) выступили на конференции с большим докладом.

В течение 70-х годов карты в формате GBF-DIME были созданы для всех городов США. Эту технологию и по сей день использует множество современных геоинформационных систем. По общему мнению, открытие из области топологии было признано так быстро еще и потому, что авторы сделали доклад в нужное время и в нужном месте.

История 2. Тусовки и организации. Лаборатория компьютерной графики Гарварда

Лаборатория компьютерной графики Гарварда, переименованная в 1968 г. в Лабораторию компьютерной графики и пространственного анализа, стала колыбелью многих идей, составивших фундамент современных ГИС. Дружная тусовка, существовавшая здесь в 60–70-х годах, дала миру несколько известных фигур ГИС-индустрии. Они оказали огромное влияние на развитие геоинформатики, а вкус к этой работе они впервые ощутили именно в этой лаборатории, в период создания известной картографической системы SYMAP, которая увидела свет в 1966 г.

История 3. Финансовая эффективность. Земельная информационная система штата Миннесота

Результат 35 летнего развития: земельная информационная система штата Миннесота сегодня работает через Интернет

Земельная информационная система вышеупомянутого штата была заложена в середине 60-х годов ХХ века как совместный проект Центра городских и региональных проблем штата Миннесота, Университета штата Миннесота и Агентства планирования этого же штата.

В то неспокойное время во многих штатах начиналась разработка земельных ГИС, что связано с извечным и неизбывным стремлением американцев собирать налоги. Вообще, именно налоги, а вернее, нежелание одних их платить и мечта других собрать их как можно больше играли (и играют) важную роль в истории Соединенных Штатов. ГИС не остались в стороне от этой проблемы.

Но геоинформационная система штата Миннесота отличалась некоторыми особенностями, а главное – впервые дело было доведено до конца и показало свою эффективность. Система была растровой, с крупным зерном растра (чуть больше 0,16 кв. км), и тем не менее оказалась очень эффективной.

История 4. Военные применения. Нерегулярная триангуляционная сеть

Нерегулярная триангуляционная сеть представляет рельеф некоторой территории в виде набора прилегающих друг к другу треугольников. Эта технология была одновременно открыта несколькими исследователями в разных частях мира. Один из них – Томас Пьюкер (Thomas Peucker) – довольно хорошо известен в географических кругах России. Можно, например, прочитать его статью "Влияние различных математических подходов на изображение рельефа дна океанов" в третьем томе книги "Картография", изданной в 1988 г. издательством "Прогресс".

Цифровые модели рельефа в виде нерегулярной триангуляционной сети, строились в Simon Fraser University, выполнявшем заказ отдела военно-морских исследований US Defense Department. Основная задача проекта – решение проблемы совпадения реального гипсометрического профиля некоторой территории (другими словами, профиля высот) с моделью, заложенной в компьютер. Другими словами, это была военная задача точного наведения ракет на цель.

Кроме названных, известны следующие открыватели нерегулярной триангуляционной сети: консультационная фирма из Огайо W.E. Gates and Associates, геолог Кристофер Голд и Университет провинции Альберта (Канада). Еще один первооткрыватель находится в Европе, но история не сохранила для нас его имени. Споры о том, независимо ли все они проводили свои исследования или друг у друга списали, не утихают. Я все же считаю, что ученые действовали независимо, – у меня есть подозрение (возможно, не совсем обоснованное), что при некотором напряжении интеллектуальных способностей многие могли бы предложить такую же схему.

Этот подход впоследствии диффундировал во многие коммерческие ГИС.

История 5. Разработчики коммерческих ГИС. ESRI и Intergraph

Эти две компании являются разработчиками самых популярных в США и в мире геоинформационных систем – вдвоем они производят ровно половину ГИС, используемых в США.

История ESRI. Компания ESRI (www.esri.com), была основана в 1969 г. Джеком и Лаурой Данжермонд (Jack и Laura Dangermond) в качестве консультативной группы. Бизнес начался с $1100 их личных сбережений и управлялся из Редланда (шт. Калифорния), города, в котором вырос Джек.

Джек и Лаура Данжермонд только что основали ESRI. 1969 год.

В 70-х годах ESRI фокусировалась на развитии фундаментальных идей ГИС и их применении в реальных проектах. Таких, например, как разработка плана перестройки Балтимора или помощь компании Mobil Oil в выборе участка в городе Рестоне.

Во второе десятилетие своего существования ESRI решила начать выпуск собственных продуктов и инструментов. Данжермонд понял, что появился спрос на коммерческие ГИС, которые могут использовать другие фирмы для реализации своих проектов. Сказано – сделано. Компания наняла нескольких программистов, и они засели за работу.

Первый коммерческий продукт ESRI – ARC/INFO – вышел в 1981 г. В том же году была проведена первая пользовательская конференция ESRI, на которую собралось 18 человек. По мере появления новых операционных систем и нового аппаратного обеспечения ARC/INFO оперативно переходила на новые платформы. Поставки последней версии системы – ARC/INFO 8 – начались несколько месяцев назад.

История Intergraph. Компания Intergraph была основана в том же 1969 г. и поначалу занималась консалтингом. Называлась она тогда M&S Computing Inc. Компания консультировала государственные учреждения в использовании цифровых компьютерных технологий. Что интересно, пять отцов-основателей компании ранее работали в IBM в Хантсвилле и создавали системы наведения ракеты "Сатурн". Для удовлетворения запросов своих первых клиентов компания предложила технологии, которые позже были использованы в графических системах – этот подход нашел отражение в названии компании, сложенном из слов Interactive и Graphics.

Первая коммерческая система для картографирования Interactive Graphics Design System и компании M&S Computing была продана администрации округа Нэшвилл в 1974 г. В 1980 г. компания сменила имя.

Все эти истории касались США. Теперь пересечем Атлантику.

История ГИС в Европе

В целом достижения США затмевают достижения Европы, да и всего остального мира. Тем не менее Европа также внесла в процесс весомую лепту. Ситуация с компьютерным картографированием в Европе имела определенные отличия, которые привели к тому, что Европа в процессе разработки ГИС шла своим путем.

Дело в том, что практически каждая из европейских стран имеет собственное национальное картографическое агентство. Таким образом, около 30 организаций производят в Европе карты масштаба 1:25 000 и выше, в то время как в США таких организаций всего две – гражданская US Geological Survey и военная Defense Mapping Agency. Кроме того, национальные картографические агентства европейских стран имели больше обязанностей и занимались и кадастрами, и земельными информационными системами – т. е. делали ту часть работы, которую в США производили университеты или частные кампании.

Некоторые из европейских агентств начали эксперименты с компьютеризированными базами данных кадастра (например, в Швеции и Австрии) очень рано. Довольно успешно осваивали новые технологии Ordnance Survey в Англии, IGN во Франции и национальное картографическое агентство Германии. Были и другие первопроходцы. Увы, бурный расцвет так и не наступил.

Европейские ГИС-компании

К сожалению, европейские компании, которые работали с ГИС, оказались не столь успешными, как их американские собратья. Так, примерно 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. Почему она прекратила разработки? Люди, знающие ответы на эти вопросы, еще живы, но до них трудно добраться.

Многое можно почерпнуть из сборников докладов на ранних ГИС-конференциях. Изыскательские компании, например Wild и Kern (которая позже объединилась с Leica), занялись ГИС под влиянием успешного проекта в Базеле. Компании шли различными путями – одна из них адаптировала американские продукты для европейского рынка, вторая разрабатывала собственный продукт. Siemens, Laser-Scan (недавно отметившая тридцатилетие) и Smallworld – европейские компании, основанные в годы возникновения ГИС и до сих пор функционирующие. Правда, не сразу вспомнишь, какие именно ГИС предложила каждая из них.

Существует мнение, что многие различия между в европейской и американской историями ГИС вызваны, во-первых, разницей в системе образования, а во-вторых, тем, что в создание ГИС по разные стороны Атлантики оказались вовлечены люди различных профессий. В Европе (особенно в Германии) это были в основном геодезисты, в США – географы. Программисты играли большую роль на обоих континентах. Кроме того, на развитие ГИС повлиял старый добрый европейский консерватизм. Тем не менее обмен идеями между Европой и Америкой шел очень эффективно.

О том, как это происходило в России, я расскажу позже, если мне удастся собрать достаточно информации.

С Ольгой Блинковой можно связаться по адресу: blinkova@yahoo.com.