Развитие информационной технологии геохронологического трекинга для исторических исследований в ГИС

1. ВВЕДЕНИЕ

Геоинформационные системы (ГИС) сегодня прочно заняли свою нишу в парке программно-технологических средств, используемых исторической наукой. В ^[1] дан обобщенный и достаточно полный анализ методологических основ применения ГИС в исторических исследованиях. Показано, что помимо широких возможностей по наглядному представлению результатов исторических исследований ГИС выступают самостоятельными средствами обобщения и научной обработки исторической информации. Однако, анализ указанных основ в своей программно-технологической части опирался на понимание возможностей ГИС, прежде всего исходя из представления о функциональности универсальных, т.н. коробочных версий программных продуктов типа MapInfo и ArcView, разработанных исследовательским центром Environment System Research Institute (ESRI), USA. Не умоляя научно-методических выводов о путях и методах применения ГИС в исторических исследованиях в части развития методологии истории, как науки, из ^[1], необходимо констатировать, что достижения современной геоинформатики значительно расширяют технологические возможности применения ГИС в исторических исследованиях.

За последнее десятилетие развитие геоинформационных технологий в целом охарактеризовалось следующими программно-технологическими тенденциями, определившими глобальное направление развития указанных программно-информационных систем ^[2]:

1. Доминирующий переход к построению ГИС по клиент-серверной архитектуре, в сочетании с использованием распределенных информационных ресурсов. Таковыми ресурсами могут выступать как цифровые наборы картографических данных (например, картографический набор данных OpenStreetMap на http://www.openstreetmap.org ), так и пространственно-координированные данные любой информационной парадигмы, имеющие географическую привязку (например, данные о движении самолетов гражданской авиации в реальном масштабе времени с сетевого сервиса на https://www.flightradar24.com или историко-биографические данные о перемещениях военнослужащих Советской Армии в годы Великой Отечественной Войны 1941-1945 гг. с ресурса https://pamyat-naroda.ru );

2. Качественный переход в развитии структур данных, используемых в ГИС, от последовательного усложнения процедур и механизмов типизации к широкому применению методологии и программных механизмов онтологического подхода. Вопросы применения онтологий в ГИС широко описаны в ^[3,4].

В своей совокупности реализация указанных программно-технологических тенденций позволяет пользователю-историку в ходе проведения исследований не ограничиваться функциональностью готовой (пакетной) ГИС, а создавать для себя свои, узкопрофессиональные программные инструменты, автоматизированные узкоспециальные процедуры и отдельные функции на базе «начальной палитры» функциональных модулей. Иными словами, они значительно расширяют прикладные возможности продвинутого исследователя-историка за счет предоставления ему возможности самостоятельно синтезировать необходимые программно-информационные инструменты исследования, автоматизировать свои специализированные методики. При этом ГИС, построенная на современных технологических основах, является не просто информационной системой, обеспечивающей сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных), а программно-информационной системой моделирования прикладных процессов в предметной области исторического исследования.

Полноценное развитие указанных тенденций в современных условиях привело к качественному технологическому скачку в применении ГИС для исторических исследований. Он выражается в том, что теперь не исследователь-историк должен пытаться использовать типовой функционал универсальной ГИС, определяемый, как правило, задачами геодезии, картографии и геоинформатики при решении своих предметных задач, а современная ГИС должна представлять исследователю соответствующую гамму модульных средств синтеза моделей для решения исследовательских задач в его предметной области. По существу, это означает создание технологической базы для широкой автоматизации в ГИС специфических геопространственных задач, характерных для методов исторических исследований, для научно-методических средств исторической науки, связанных с географической привязкой.

Одним из примеров такой автоматизации является информационная технология геохронологического трекинга, представленная и описанная в ^[5]. Адаптация программных решений, реализующих геохронологический трекинг, к выше представленным тенденциям, а также описание новых возможностей данной технологии в свете такой адаптации есть предмет рассмотрения данной статьи.

2. РЕАЛИЗАЦИЯ ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКОГО ТРЕКИНГА НА БАЗЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ АРХИТЕКТУРЫ И ОНТОЛОГИЙ

Информационная технология геохронологического трекинга есть совокупность методов, моделей, приемов, методик и способов сбора, передачи, обработки, отображения и выдачи потребителю информации об обобщении геохронологических треков исторических личностей. В свою очередь, как показано в ^[5], построение геохронологического трека исторической личности (индивида) или исторического объекта на основании геопространственной интерпретации его биографической информации есть интеграция хронологических и географических данных в виде графа, соединяющего географические точки нахождения исторической личности. При этом вершины такого графа имеют строгую историко-географическую привязку, а дуги носят условно-логический характер. Иными словами, информационная технология геохронологического трекинга есть совокупность процессов накопления и интеграции данных о географическом перемещении исторических личностей за установленный период времени с представлением результатов в виде обобщающего графа в ГИС.

Для формирования геохронологических треков, их анализа и объединения в рамках технологии трекинга применяется специальная ГИС геохронологического трекинга, использующая распределенные информационные ресурсы. Архитектура данной ГИС представлена на рисунке 1.

Пользователь взаимодействует с программной системой через Web-интерфейс. Данный интерфейс позволяет управлять системой с различных устройств ввода информации. Он обеспечивает ввод, редактирование и отображение данных, предоставляемых другими компонентами системы.

Для построения геохронологического трека используются различные наборы данных, таких как:

- набор данных и компонент мест дислокации воинских частей;

- набор данных и компонент воинских частей;

- набор данных и компонент индивидов;

- наборы и компонент доступа к картографическим данным.

Проверка корректности введенных данных осуществляется компонентом проверки корректности данных. Если обнаружен факт некорректности введенных данных, то пользователь получает сообщение с предложением корректировки этих данных.

Основная часть ГИС геохронологического трекинга - компонент формирования геохронологического трека.

Он позволяет:

- проводить формирование геохронологических треков для различных временных интервалов (месяцев, лет, веков);

- настраивать отображение геохронологических треков (цвет, фактура, направление и толщина линий и т.д.);

- редактировать геохронологические треки для более наглядного их отображения.

Компонент объединения треков индивидов обеспечивает логико-математическое и визуальное представление обобщающего графа на статистически значимой выборке индивидуальных треков за исследуемый исторический (временной) интервал. Он является интегрирующим звеном при работе описанной программной системы, а соответственно и центральным логическим элементом описываемой информационной технологии.

Реализация архитектуры представленной ГИС геохронологического трекинга тесно увязана с онтологическим подходом к структурированию и типизации данных, как в локальной системе, так и в рамках глобальной сети Интернет. Именно применение такого современного аппарата типизации данных позволяет добиться эффективной работы с данными практически из любых удаленных источников формализованной информации в глобальных сетях.

Рисунок 1. – Архитектура ГИС геохронологического трекинга при использовании распределенных информационных ресурсов

3. ВОЗМОЖНОСТИ ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКОГО ТРЕКИНГА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Прикладная информационная технология геохронологического трекинга реализует следующий алгоритм действий по работе с массивами биографических данных исторических личностей и географической информацией о событиях, связанных с этими личностями (Приводится на примере данных исследования политики в области распределения военных кадров):

1.Изначально историк-исследователь осуществляет архивный отбор послужных списков исторических личностей (в рамках рассматриваемого примера - офицеров), формируя тем самым инфологическую базу проводимого исследования. При этом данные, получаемые из указанных послужных списков, приводятся к единому, предметно-обусловленному формату представления исходной информации. Это позволяет добиться первичной «стандартизации» в представлении исходной информации из разрозненных документов, которые в разные исторические периоды имели различные процедуры и виды оформления, уровни достоверности и полноты. Пример такого формата, а так же существо формирования инфологической базы показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. - Представление биографической информации в исходном формате

2. Для формирования отдельной базы данных по населённым пунктам, в которых расквартировывались воинские части, в отдельном модальном окне пользовательского интерфейса осуществляется ввод географических координат (широты и долготы географического места) населенных пунктов размещения (расквартирования, постоя и пр.) воинских частей. Правила и информационно-технологические особенности определения населенных пунктов размещения воинских частей и их точных координат с точностью до десятых долей градусов описаны в работе ^[5]. Географической точкой расположения населенного пункта принимается широта и долгота расположения главпочтамта (почтовой станции, отделения почты) в этом населенном пункте. Существо процесса формирования базы данных по местам дислокации воинских частей можно понять из рисунка 3.

Рисунок 3. - Модальное окно базы данных по местам дислокации воинских частей

При этом производится автоматическое нанесение вводимых географических точек в геоинформационное приложение программной реализации, что обеспечивается через соответствующий сервис, который все данные получает через Internet. Он предоставляет картографические данные как в виде наборов растровых тайлов, так и в виде наборов атрибутов конкретных картографических объектов. В данном случае основной картографический набор данных это OpenStreetMap (http://www.openstreetmap.org).

3. Аналогично через соответствующее модальное окно формируется база данных наименований воинских частей, которые обрабатываются в процессе трекинга, т.е. в процессе построения и обобщения индивидуальных треков исторических личностей. Соответственно информационно-технологические особенности внесения в базу данных наименований воинских частей представлены в ^[5]. Указанное формирование носит вид внесения записей в эту базу, что показано на Рисунке 4.

Рисунок 4. - Модальное окно базы данных наименований воинских частей

Определение значения поля «Дислокация» в указанной базе данных производится только посредством выбора варианта из выпадающего меню, согласно базы данных по местам дислокации воинских частей.

4. Ввод информации в вышеуказанные базы данных обеспечивает формирование в специализированном интерфейсе моделей т.н. индивидуальных послужных карточек «Геохронологический трек индивида». Процесс такого формирования сводится к последовательному заполнению соответствующих форм, что показано на Рисунке 5.

В ходе формирования индивидуальных послужных карточек «Геохронологический трек индивида» принято, что послужной список военнослужащих является непрерывным во времени: т.е. дата назначения к следующему месту службы рассматривается как дата завершения службы на предыдущем месте. Очевидно, что аналогичными являются рассуждения для пересыльных карт заключенных и других категорий исторических личностей, чьи биографические данные являются исходной информацией для исследований с использованием научно-методического инструментария геохронологического трекинга. (Принципы определения таковых категорий приведены в работе ^[5]). Соответственно, обобщение и визуальное представление совокупности индивидуальных послужных карточек на базе ГИС-интерфейса представляет собой существо работы программного средства, автоматизирующего процесс геохронологического трекинга.

Рисунок 5. - Формирование индивидуальных послужных карточек индивидов

5. На завершающем этапе производится инициация построения и обобщения треков индивидов на географической карте. Результатом реализации функциональности программного средства «Геохронологический трекинг» является географическая карта, на которой наносится граф обобщающий геохронологические треки индивидов, карточки которых занесены в базу данных. Пример такой реализации показан на Рисунке 6.

Рисунок 6. – Пример реализации геохронологического трекинга в ГИС

Вершинами такого графа являются места дислокации воинских частей, а дугами – направленные линии характеризующие количество назначений-перемещений за рассматриваемый период. Пользователь имеет возможность получить числовые параметры, определяющие характеристики каждой дуги графа, обобщающего геохронологические треки индивидов, в выпадающее окно путем инициации этих дуг курсором.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование информационной технологии геохронологического трекинга в процессе исторических исследований открывает принципиально новые возможности применения апробированных аналитических методов в сфере гуманитарного знания. Это прежде всего применение прикладных методов математической теории графов, аппарата фракталов, методов современной математической топологии и пр. Так, в частности, применение метода определения подграфа изоморфного к заданному (теорема об изоморфности графов из теории графов) применительно к графу геохронологического трекинга позволит проследить закономерности в особенностях исследуемой кадровой, конфессиональной и пр. политики для соответствующего исторического периода. Аналогичные интерпретации применения прикладных количественно-топологических методов на базе геохронологического трекинга в ГИС можно привести для самых различных вариантов задач и их формализованных постановок, примеры которых приведены в ^[6,7].

Научно-методическая и программно-технологическая проработка обобщающего перечня и детальных вариантов решения указанных задач составляет существо дальнейших работ и исследований по информационной технологии геохронологического трекинга в ГИС. Вместе с тем, уже сегодня можно констатировать широкую перспективу и прикладную применимость этой информационной технологии.

Поддержка исследований. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект №16-07-00127).