Картографический Web-ресурс «Транссибирская магистраль»: источники и технология разработки

Исследование проводится в рамках научного проекта «Роль Транссибирской магистрали в развитии инфраструктуры, экономики и социально-демографического потенциала восточных районов позднеимперской России», поддержанного в 2021 г. Русским географическим обществом (РГО).

Введение

Транссибирская магистраль всегда, начиная со времени своего строительства, играла огромную роль в экономике и инфраструктуре страны. История ее строительства и многолетнего функционирования является неотъемлемой частью истории России и вызывает огромный интерес и в настоящее время ^[1]. Описанию истории строительства Великого сибирского пути и его ответвлений – Байкало-Амурской магистрали (БАМ), Китайско-Восточной железной дороги (КВЖД), Кругобайкальской железной дороги (КБЖД) и т. д. посвящено большое количество научных исторических работ и электронных ресурсов (см., например, ^[2]), освещение которых не входит в задачи настоящей статьи.

Объектом нашего интереса являются картографические источники, которые могут быть использованы для представления истории строительства Транссиба. Между тем, среди большого многообразия фондов и хранилищ, в особенности архивных картографических источников (проект архивных карт и информационных ресурсов по архивным крупномасштабным многолистным картам ^[3], раздел по историческим ГИС в Российском государственном архиве древних актов ^[4]; Национальный атлас России, раздел «История» – Российская Империя в начале XX века ^[5] и др.), трудно отыскать источник, в достаточной степени описывающий этапы строительства Великого сибирского пути с картографическим представлением в информационной среде, тем более в ГИС.

Указанные обстоятельства делают необходимым разработку соответствующего ресурса с использованием современного Web-ГИС инструментария, что обеспечивает решение нескольких задач:

1. Аккумулирование картографических и иных данных на основе единой системы управления ресурсами.

2. Возможность работы с проектом одновременно несколькими пользователями.

3. Возможность внесения как картографических, так и описательных архивных данных и сведений, включая фотоматериалы, схемы, чертежи и рукописи.

4. Возможность дальнейшего встраивания данного картографического ресурса в сайт проекта (находится в разработке).

5. Возможность поиска и свободного доступа к метаданным растровых и векторных моделей и др.

Используемые методы и материалы

В качестве основы создания такого ресурса, ввиду открытости исходного кода и удобного функционала, мы считаем целесообразным использование российской онлайн-платформы NextGIS Web ^[6]. Согласно терминологии разработчиков, Веб ГИС – это система, предназначенная для хранения пространственных данных и управления ими через веб-интерфейс или API. Она сочетает два вида технологий:

– технологию цифровой картографии или web-картографии;

– инновационную технологию интеграции и публикации пространственных (в том числе исторических) данных и карт в сети Интернет.

По существу, Web-ГИС система – это геоинформационная система, работающая в сети, с помощью которой обычные пользователи могут просматривать, редактировать и анализировать пространственно-координированные данные с помощью обычных веб-браузеров. Основными задачами веб-картографии являются облегчение работы с пространственной информацией в сети, поиск необходимых данных, визуализация актуальных данных с результатами запросов и др.

В отношении поставленных в проекте задач мы рассматриваем данную технологию финальной части исследований как инструмент представления, аккумулирования и визуализации источниковой (в том числе картографической) информации, собранной и обработанной в ходе реализуемого проекта (рис. 1).

Рис. 1. Технологическая схема создания и использования исторической web-ГИС на платформе NextGIS Web

Подготовительный этап включает работу с историческими картами и современными пространственными данными. Так, например, при анализе доступных картографических источников наиболее ценными и пригодными к использованию оказались следующие (рис. 2).

Рис. 2. Характеристика основных картографических источников, отражающих состояние Транссибирской магистрали (Великого сибирского пути)

Источники: Транссибирская магистраль: web-энциклопедия: раздел «Исторические карты». – Режим доступа [URL]: https://transsib.ru/history.htm –Дата обращения: 11 сентября 2021

Транссиб: история строительства // Инновационный дайджест. – Режим доступа [URL]: http://www.rzd-expo.ru/history/transsib_history_of_creation/ – Дата обращения 11 сентября 2021

Примечание: место издания (издательство) по приведенным источникам не установлены

ГИС-проект представлен набором векторных и растровых данных, трансформированных для работы в современной системе координат на основе датума (эллипсоида) WGS-84. К ним относятся, прежде всего, исторические карты и схемы, космические снимки в виде мозаик и фрагментов изображений, полученных через доступные геосервисы (Google, Yandex, Bing), а также цифровые слои, сгенерированные и отредактированные на основе оцифровки исторических и современных карт разных масштабов.

На рис. 3 представлен фрагмент ГИС-проекта с визуализацией Транссиба, включающего наборы слоев, подготовленных в ходе его выполнения:

· современное положение магистрали (соответствует оцифровке в масштабе 1: 2500 000 на период 2000-х годов);

· Транссибирская магистраль с основными и дополнительными ветками (ответвлениями), идущими от основной магистрали, соединяющими крупные и мелкие сортировочные узлы и станции (соответствует данным на основе OSM с оцифровкой в масштабе 1:1000000 – 1:200 000);

· участки БАМа и станции;

· участок «Владивосток-Первая Речка» (информация предоставлена Т. Я. Валетовым ^[1]);

· участок «Владивосток-Омск» (информация предоставлена Т. Я. Валетовым ^[1]) с промежуточными станциями;

· Кругобайкальская железная дорога (КБЖД);

· Китайско-Восточная железная дорога (КВЖД);

· слои крупных и мелких населенных пунктов;

· исторические слои Российской Империи с делением на уезды, губернии и регионы – XIX в. (составлены авторами);

· наборы исторических карт XIX века (см. рис. 2);

· элементы современной цифровой топоосновы, космические снимки и др.

Рис. 3. Фрагмент настольной исторической ГИС «Транссибирская магистраль»

Примечание: на рисунке показаны наборы пространственных исторических данных: участки магистрали, современные населенные пункты (города) – показаны пунсонами, железнодорожные станции – обозначены треугольниками, в проекте присутствуют цифровые модели рельефа, деление на уезды и губернии и др. дополнительная информация.

Следующий этап работы включал создание группы основных и дочерних ресурсов непосредственно в среде WEB-ГИС, настройку доступа к пространственным данным картографического сервера и загрузку самих данных (рис. 4).

Рис. 4. Группа ресурсов в облачном хранилище исторической WEB-ГИС «Транссиб»

Группа ресурсов включает: цифровые пространственные данные в виде векторных слоев, соответствующих разным этапам строительства и ввода в эксплуатацию Великого сибирского пути; раздел «История в картах» (наборы наиболее интересных картографических материалов и исторических карт); станции и населенные пункты, а также цифровые модели местности и 3D-модели.

Заключительной частью создания web-ресурса являлось администрирование и запуск интерактивной карты (см. рис. 1, 4). Здесь следует отметить, что система запущена в тестовом режиме. Глубокий анализ источников показал возможность и целесообразность внесения в базу данных разрабатываемой системы архивных материалов (фотографии, карты, схемы и другие документы), что представляет важную визуализационную часть ретроспективного анализа.

Рис. 5. Пример визуализации данных на интерактивной карте исторической web-ГИС «Транссиб»

Характеристика основных этапов строительства Великого сибирского пути (Транссиба).

Официальной датой начала строительства самой длинной в мире железной дороги стало 31 мая 1891 года, когда наследник престола цесаревич Николай Александрович торжественно заложил первый камень новой дороги во Владивостоке. Проект предполагал строительство не единой ветки сразу, а ведения железной дороги навстречу (на соединение), из Владивостока с одной стороны и из Челябинска – с другой. Параллельно должны были возводиться и участки дороги в европейской части России, а также ответвлений к городам по пути следования ^[7].

В 1892 году была предложена очередность проходки трассы, поделенной на шесть участков. Первый этап – проектирование и строительство Западно-Сибирского участка от Челябинска до Оби (1418 км), Средне-Сибирского от Оби до Иркутска (1871 км), а также Южно-Уссурийского от Владивостока до ст. Графской (408 км). Второй этап включал в себя дорогу от ст. Мысовой на восточном берегу Байкала до Сретенска на р. Шилке (1104 км) и Северно-Уссурийский участок от Графской до Хабаровска (361 км). И в последнюю очередь, как самая труднопроходимая, Кругобайкальская дорога от ст. Байкал в истоке Ангары до Мысовой (261 км) и не менее сложная Амурская дорога от Сретенска до Хабаровска (2130 км) ^[8].

Началось строительство Великого Сибирского пути на восток от Челябинска и уже через два года первый поезд был в Омске, еще через год – на станции Кривощеково перед Обью (будущий Новосибирск), почти одновременно, благодаря тому, что от Оби до Красноярска работы велись сразу на четырех участках, встречали первый поезд в Красноярске, а в 1898 году, на два года раньше первоначально обозначенного срока, – в Иркутске. В конце 1898 г. рельсы дотянули до Байкала. Однако, перед Кругобайкальской дорогой произошла остановка на целых шесть лет. 16 (29) октября 1905 г. в постоянную эксплуатацию, наконец, была введена знаменитая Кругобайкальская дорога (КБЖД, см. рис. 6A) ^[9].

Важным историческим объектом является первый (восточно-сибирский) участок «Владивосток-Первая Речка» (рис. 6Б). Дело в том, что часто упускается из вида строительство и запуск депо, но это является историческим свидетельством готовности железной дороги к использованию. Особенно в начальный период эксплуатации дорога нуждалась в частом ремонте. Это относится и к железнодорожным составам. Первоначально для обслуживания Транссиба предполагалось использованием депо во Владивостоке, однако рост перевозок потребовал развития дороги и ее хозяйственной части. Ремонтную базу перенесли на соседнюю станцию Первая Речка, в 1909 г. здесь начало работу паровозное депо. Позже, в 1930-е годы, развернулось масштабное техническое перевооружение. Если до этого нужно было поддерживать в работоспособном состоянии лишь часть паровозов – локомотивы из Первой Речки также ремонтировали в Уссурийске, то теперь депо должно было готовить к работе весь имевшийся парк. А он увеличился за счёт техники с Китайско-Восточной железной дороги, большинство которой нуждалось в капитальном и восстановительном ремонте.

А Б

Рис. 6. Транссибирская магистраль: А – Кругобайкальская железная дорога – КБЖД; Б – ветка восточной части Транссиба «Владивосток – Первая Речка» (фрагмент ГИС-проекта)

Впоследствии перевозки за несколько лет работы Транссиба возросли настолько, что дорога перестала справляться с ними. Срочно потребовались вторые пути и перевод дороги из временного состояния в постоянное. При П.А. Столыпине запустили сквозной ход магистрали, как и проектировалось с самого начала, на российскую территорию. Укладка пути на Амурской дороге, на самом последнем прогоне русского Транссиба, была закончена в 1915 году. Начальник строительства самого восточного, окончательного участка Амурской дороги, А.В. Ливеровский забил последний, серебряный костыль.

Все описанные выше события являются важными вехами в истории строительства и эксплуатации Транссиба. При этом характерной особенностью создаваемого авторами технологии и web-ресурса по тематике проекта, является возможность проследить на интерактивной карте все рассмотренные выше этапы строительства, посмотреть в базе данных архивные документы с привязкой к интерактивной карте.

Одновременно с работой над web-ресурсом ведется параллельная работа c настольными ГИС, посвященными Транссибу. Это дает возможность аккумулирования и верификации разновременных и разнотипных источников, их объединения и соотнесения с использованием оверлейных функций. В ходе сравнительного анализа картографических источников выявлены существенные разночтения в точности и достоверности анализируемых материалов.

Так, например, сравнительный анализ нескольких веток (ГИС-слоев), показывающих участок Кругобайкальской железной дороги (рис. 6А), позволил выявить несоответствия открытых и доступных картографических источников с пространственными данными (прежде всего, электронными картами и космическими снимками), используемыми авторами проекта. На картах мелкого и обзорного масштабов (1:10 000 000 – 1: 1 000 000) магистраль сильно генерализована, при этом присутствуют искажения рельефа, фактически он сдвинут. Таким образом, при использовании мелкомасштабных тематических карт (заимствованных, например, из атласов) можно говорить лишь о схематичном изображении участков Транссиба, хотя в плане соотнесения местности и ландшафту достоверность вполне соблюдена. Однако о точности соответствия реальным координатам и степени кривизны самих участков говорить нельзя. Отсюда можно сделать вывод о том, что использование разномасштабных карт при оцифровке отдельных веток магистрали недопустимо, приоритет следует делать на технологии оцифровки и геометрической/топологической коррекции путей на основе баз геопространственных данных (карты и снимки Bing, OSM, Yandex и др.) либо с использованием топографических карт масштаба 1:500 000 – 1:50 000.

Разработка ГИС-проектов и аккумулирование разновременных пространственно-временных данных позволили сделать вывод о том, что существенных изменений на отдельных участках железной дороги с начала строительства до запуска ее в полную эксплуатацию не происходило. Наиболее существенные различия выявлены на участках «Сохондо-Чита», в районе поселка Свободный, «Хабаровск-Вяземский», а также в районе г. Уссурийска. Эти изменения были вызваны в основном достройкой дополнительных веток или запасных путей, а также заменой старых путей и прокладкой новых практически в тех же местах либо недалеко от них.

Заключение

Проведенный анализ картографических источников и исторических геоинформационных систем, доступных для пользователей в сети Интернет по тематике Великого сибирского пути (Транссиба), свидетельствует об недостатке обобщённых и систематизированных данных. Тем более нет ни одного информационно-картографического ресурса или онлайн-ГИС по данной проблематике.

Технология разработки web-ГИС ресурса, апробированная авторами проекта, обладает рядом возможностей:

– поддержка загрузки и визуализации данных в виде слоёв растрового и векторного формата;

– удобство редактирования данных через протоколы обмена (импорта-экспорта) в режиме обычной настольной ГИС;

– возможности ввода и редактирования новых атрибутов, геокодирование новых данных; публикация старых карт без математической основы (или имеющих неточную основу) через алгоритмы математической обработки;

– возможность добавления в облачную базу фотографий и др. архивных документов.

Разработка и запуск web-ГИС «Транссибирская магистраль» дает целый ряд новых возможностей для пользователей, в том числе:

– наличие обобщенной информационно-картографической базы данных по истории строительства и эксплуатации Транссиба;

– предоставление возможности работы с материалами проекта одновременно нескольким пользователям (это позволяет дополнять и обновлять базу пространственных исторических данных разными участниками проекта независимо друг от друга);

– предоставление доступа к атрибутивным таблицам для внесения как картографических, так и описательных архивных материалов – схем, фото- и видеоматериалов, рукописей, газетных статей и т. п.;

– создание 3D-моделей отдельных участков магистрали;

– интеграция данного картографического ресурса в сайт проекта (находится в разработке);

– возможность поиска необходимой информации в ГИС по метаданным.

В настоящее время в МГУ имени М.В.Ломоносова и Алтайском государственном университете ведется доработка настольных ГИС (ввод данных, верификация, редактирование геометрии и атрибутов), а также наполнение контентом основного web-ресурса (исторической web-ГИС «Транссиб»). До конца текущего года планируется запуск сайта, посвященного тематике рассмотренного проекта, одним из разделов которого станет описанный авторами данной статьи web-продукт:

Адрес ресурса: https://transsib.nextgis.com/resource/1/display?panel=layers