О необходимости учреждения и развития фонда пространственных исторических данных

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, гранты № 17-06-00498А и № 18-05-00864А

Введение

Идея создания репозитория исторических геоданных в той или иной форме высказывается уже несколько лет. Можно говорить о наметившейся готовности сообщества исторических геоинформатиков к кооперации в области хранения и использовании данных. Это хорошо укладывается в рамки повышения интереса к количеству и качеству данных, а также к их представлению и возможностью обмена информацией. Очевидна необходимость повышения эффективности работы исследователей в области исторической геоинформатики, поскольку создатели и исполнители различных проектов, включающие в арсенал для решения исторических задач геоинформационные инструменты, подчас либо дублируют работу друг друга, либо создают несовместимые между собой географические и атрибутивные данные разной степени точности. Количество проводимых исследований с использованием геоинформационных технологий явно начало опережать качество. Обсуждение и последующая реализация идей кооперации в исследовании пространственных закономерностей исторического процесса послужат как повышению эффективности конкретно-исторических исследований, так и, в конечном счете, созданию национальной исторической ГИС. Высказанные нами положения разрабатываются и частично реализуются в ходе работы над проектами РФФИ, указанными в настоящей статье.

Накопленный опыт

Говоря о создании хранилища исторических пространственных данных, следует, на наш взгляд, обратиться к уже имеющемуся в этом плане опыту. Согласно Федеральному закону от 30.12.2015 N 431-ФЗ (ст. 11) фонд пространственных данных федерального уровня (ФФПД) включает ^[1]:

1. Пространственные данные и материалы, полученные в результате выполнения геодезических и картографических работ, организованных федеральным органом исполнительной власти, уполномоченным на оказание государственных услуг в сфере геодезии и картографии, или подведомственным данному органу федеральным государственным учреждением.

2. Сведения о пространственных данных (пространственные метаданные), представленные фондодержателями ведомственных фондов пространственных данных и региональных фондов пространственных данных в соответствии с Федеральным законом.

Ведение федерального фонда пространственных данных осуществляется на основе принципов единства технологии на всей территории Российской Федерации, обеспечения периодичности обновления содержащихся в нем сведений и их достоверности, совместимости пространственных данных со сведениями, содержащимися в других государственных информационных ресурсах.

Включение в ФФПД пространственных данных и материалов, их хранение и предоставление заинтересованным лицам, осуществляется фондодержателем (подведомственным лицом). Фондодержатель также формирует сведения о пространственных данных (пространственные метаданные) в отношении содержащихся в нем пространственных данных и материалов, полученных в результате выполнения геодезических и картографических работ.

Создание и поддержка ФФПД в нашей стране регулируется нормативной правовой базой в области инфраструктуры пространственных данных (ИПД), а также рядом стандартов, предъявляемыми к базовым пространственным данным и метаданным. При этом под инфраструктурой пространственных данных понимается информационно-телекоммуникационная система поддержки метаданных, наборов пространственных данных и геоинформационных услуг, обеспечивающая доступ пользователей к распределенным ресурсам пространственных данных, их распространение и обмен ими, используя Интернет или иную общедоступную глобальную сеть, в целях повышения эффективности их производства и использования ^[2]. ФФПД включает картографические и топографические материалы, геодезические данные и материалы, данные государственных сетей (геодезической, нивелирной, гравиметрической), материалы дистанционного зондирования Земли и др. ^[3].

В исторической среде, а также в цифровой гуманитарной среде известны реализованные проекты и научные исследования в области создания структур с историческими пространственными данными, предназначенными для использования в среде ГИС. Как правило, это зарубежные, в основном европейские, проекты. Один из них был запущен в 2007 г. Я. Грегори и П. Элом в сотрудничестве с AHDS History ^[4].

По мнению авторов проекта ГИС хорошо подходит для отображения данных, но их использование выходит далеко за рамки этого, поскольку позволяет исследователю изучать географические аспекты исторических данных. Несмотря на то, что ГИС зародились в науках о Земле, с 1990-х годов их использование все шире распространяется на исторические исследования. Одним из первоначальных проявлений этого распространения было создание в ряде стран Национальных исторических ГИС, таких как «Историческая ГИС Великобритании», «Национальная историческая ГИС США» и др. Это системы, которые содержат данные об изменяющихся административных границах, связанных с переписью и другими данными, публикуемыми с их использованием. Обычно они охватывают большую часть девятнадцатого и двадцатого веков.

Как считают Я. Грегори и П. Эл, историческая ГИС может также использоваться для структурирования картографических библиотек, как это к примеру было продемонстрировано в работе Дэвида Рамси ^[5], и она чрезвычайно хороша для представления сложной пространственной информации, такой как статистика переписи и др., в интуитивно понятном виде.

Следующий пример, заимствованный из уже достаточно далекого по темпам развития геоинформатики прошлого, довольно близко соответствует содержанию и задачам, которые формулировались коллегами на прошедшим 26 января 2019 г. всероссийском научном семинаре «Геоинформационные системы в исторических исследованиях: интеграционные подходы». Авторы проекта И. Мерзлякова и А. Каримов попытались в начале нынешнего века построить историческую ГИС на основе изменений российского административного деления (конец XVIII - начало XX). По замыслу авторов это должно было обеспечить гибкую основу для организации и сравнения пространственно-привязанных исторических данных для научных исследований ^[6].

Структура исторической ГИС была представлена пространственными данными (картографической основой) Роскартографии. Наборы векторных данных в виде слоев, соответствующих административному делению всех уровней, до уездов включительно, были получены в результате оцифровки специалистами и переведены в современную систему координат, что давало возможность провести сравнительный анализ административного деления на каждом историческом этапе с современным или с любым из предшествующих периодов. В результате проделанной работы авторами были представлены материалы для европейского севера России. Однако дальнейшая судьба этой работы неизвестна.

Заслуживают внимания и такие проекты, как исторический атлас Канады, а также цифровой атлас истории Европы, в котором фактически собран архив оцифрованных карт начиная с XVI века по настоящее время ^[7]. Содержание и интерфейс атласа выполнены таким образом, чтобы пользователю было удобно выполнять загрузку и анализ отображаемых данных. По своей сути, все представляемые материалы сделаны в интерактивной форме, к ним подключена база атрибутов для каждого объекта, элементы тематического содержания подразделяются на современные (например, границы внутреннего деления) и исторические (соответствующие заданному периоду).

Аналогии можно продолжать и дальше. Сегодня в академических структурах и вузах страны накоплен большой опыт использования геоинформационных технологий, создано огромное количество баз и банков пространственных данных, в том числе распределенных данных в составе академических ИПД ^{[8, 9]}. В то же время данные рассредоточены, их использование затруднительно по причинам отсутствия единой технологии доступа к ним, не всегда существует возможность сделать запрос для получения к таким данным либо неясно, куда обращаться для такого запроса.

К созданию системы управления пространственными историческими данными

По нашему мнению, создание единой системы управления пространственными историческими данными позволило бы интегрировать данные и знания о территории, строить и использовать модели природных и социально-экономических явлений и процессов в историческом контексте, анализировать их взаимодействие в системе «общество – природная среда» с помощью методов и технологий ретроспективного моделирования в среде ГИС. Учитывая важность, уникальность и широкий спектра задач, считаем целесообразным создание именно национальной исторической ГИС-платформы. Хотелось бы предложить один из возможных сценариев прохождения этого пути.

Прежде всего необходима разработка теории и методологии исторических реконструкций и историко-географического анализа на основе фонда пространственных исторических данных (ФПИД) и историко-геоинформационной аналитической Web-платформы. При этом могут быть поставлены следующие задачи:

1. Подготовка историографии становления и развития исторической геоинформатики в России и за рубежом, проработка аспектов, связанных с реализацией ГИС-технологий и пространственным моделированием исторических данных, в том числе с использованием потоковых данных, технологий «Big Data» и др.

2. Создание набора базовых карт, характеризующих топографическую основу на базе существующих инфраструктур пространственных данных национального, регионального и локального уровней (РИПД, ЛИПД и др.); изучение образцов, состава и структуры национальной и региональных ИПД стран Евросоюза, США и др.

3. Разработка национального исторического геопортала, отвечающего требованиям актуальности, открытости, доступности, функциональности, востребованности, максимальной наполненности данными. Основная функция геопортала – наглядная демонстрация аналитических и других функциональных возможностей, связанных с активным использованием пространственно-временных данных.

4. Разработка в составе геопортала Web-ГИС-платформы по технологии ASP.NET Core MVC, предусматривающей использование HTTP-сервера и браузера IIS, функционирующего под управлением ОС Windows Server; разработка СУБД для хранения наборов пространственных данных и приложений на базе СУБД MS SQL Server Express.

5. Разработка приложений для Web-ГИС с целью реализации аналитических возможностей системы по временным интервалам – историческим периодам, например:

– анализ структуры и занятости населения: вычисление общих показатели и по категориям/профессиональному составу;

– анализ степени развитости инфраструктуры и ее влияния на экономику в региональном разрезе;

– анализ экономического развития регионов страны (уровни: регионы, губернии, уезды) и определение тесноты связи с природно-ресурсным потенциалом и наличием инфраструктуры;

– построение моделей пространственной корреляции для изучения параметрической и множественной корреляции между наборами статистических показателей (факторов);

– анализ экологического состояния (антропогенной нагрузки) для густо заселенных территорий;

– анализ состава, структуры и динамики населения;

– анализ миграционного движения;

– анализ статистических данных в абсолютном (картодиаграммы) и в относительном (картограммы, количественный фон) выражении;

– анализ политических предпочтений: ссылки и репрессии, тайные кружки и сообщества и т.д.;

– войны первой половины XIX века;

– анализ результатов внедрения реформ XIX века;

– русские географические открытия и их влияние на развитие страны и др.

6. Разработка баз метаданных по блокам:

– страновой блок (национальный уровень) включает данные по регионам, экономическим районам, губерниям.

– региональный блок (региональный уровень) включает данные по округам, уездам и др.

– локальный блок (местный уровень) включает данные по приходам, районам, муниципалитетам и др. территориальным образованиям.

Рис.1. Визуализационные возможности геопорталов в структуре зарубежных инфраструктурах пространственных данных ^{[10, 11]}

При разработке системы необходимо обратить большое внимание на визуализационные возможности (см. рис.1), оснастить геопортал современными мультмедиа-средствами с поддержкой всех известных форматов. Особое внимание необходимо уделить средствам картографической визуализации в режимах 2D и 3D. Необходимо проработать возможность интерактивного представления и демонстрации процессов динамики (4D-моделирование).

По аналогии с ИПД следует проработать и внедрить следующие компоненты пространственных исторических данных ^{[11, 12 и др.]}:

1) нормативную правовую базу;

2) стандарты обмена данными;

3) определить перечень базовых пространственных данных;

4) решить вопросы, определяющие способы управления метаданными;

5) разработать геопортал как инструмент поиска, обмена, наполнения и анализа пространственных исторических данных и знаний.

При этом представляется необходимым проработка следующих проблемных вопросов:

ПРОБЛЕМЫ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

Предварительные итоги и заключение

Одним из краеугольных камней при обсуждении проблемы разработки фонда (репозитория) пространственных исторических данных стал вопрос о разработке цифровой исторической основы, причем для территории России в целом. Мы полагаем, что современную цифровую картографическую основу (прежде всего, векторную) в диапазоне 1: 200 000 – 1: 1 000 000 можно запросить и использовать в дальнейшем из ФФПД (см. выше) или региональных. При необходимости можно сделать уточняющий запрос и получить эти данные через портал ФФПД. Такую основу можно использовать для любых исторических ГИС, где необходимо сопоставление и сравнительный анализ с современными данными.

Что касается основы XIX в. и более ранних периодов, ее реконструкцией следует заниматься по мере необходимости с учетом индивидуальных потребностей каждого конкретного исследования. Однако разработать такую основу в виде единого покрытия для всей нашей страны в ее прежних границах и при этом в рамках одного проекта – задача неподъемная, да и проблему картографической обеспеченности она полностью не решит, поскольку в таком случае нужно разрабатывать ее для разных масштабов. А это увеличивает объем работы в геометрической прогрессии.

Думается, что идея разработки исторического геопортала должна состоять не только в удобстве навигации по ФИПД, но и в возможности выполнения аналитических операций. Для этого предлагается создать Web-ГИС платформу с реализацией простейших, а возможно и более сложных функций информационно-картографического моделирования и картографирования с визуализацией в виде 2Д- и 3Д-моделей. Отображение результатов исследований или запросов к системе в трехмерном пространстве следует учесть и заложить в программу разработки Web-ГИС платформы и функциональный блок геопортала.

ФИПД с геопорталом возможно встроить в национальную инфраструктуру пространственных данных, т.к. по сути, речь идет о разработке национального исторического геопортала. Между тем, вопрос этот не является принципиальным и его может решить группа экспертов, участвующих в исследовательском проекте.