Парадная история ГИС.

Историю можно изучать по разному. Возьмем, например, поезд. История поезда может быть изложена путем описания ключевых открытий, обеспечивших его существование и функционирование. Прежде всего это рельсы. «В эпоху ранних цивилизаций (вавилонской и шумерской), хорошо понимали преимущество дорог, мощенных каменными плитами. Но поверхность таких дорог была неровной, поэтому в камне прорезались канавки, направляющие повозки». Канавки превратились в рельсы позже. Вторым принципиальным открытием была паровая машина, которую сконструировал Джеймс Уатт в 1769 году. До этого вагоны тащили лошади. Открытие паровой машины привело к появлению в 1813 году «Пыхтуна Билли» - одного из самых старых в мире паровозов (угольную лопату кочегара от этого паровоза и сейчас можно увидеть в музее). Еще одним ключевым моментом было решение проблемы пробуксовки паровоза по гладким рельсам. Важными вехами можно считать изобретение светофора и развитие мостостроения. Исключительную роль сыграл и Вернер Сименс, построивший в 1879 году первую действующую электрическую железную дорогу. В общем, все мы играли в «Цивилизацию» и знаем, что пока не откроешь колесо и еще пору десятков других технологий, повозка не поедет по рельсам, не превратится в паровоз, не трансформируется в электричку и не эволюционирует в TGV. Увы, все этапы большого пути охватить практически невозможно, иначе пришлось бы начинать с открытия колеса и письменности, позволившей, в частности, впоследствии создавать чертежи и печатать проездные билеты.

Такая же технология, в принципе, применима и к изложению истории ГИС. Какая цепь событий привела к созданию современных геоинформационных систем? Кто и где совершил те или иные ключевые открытия? Правда, охватить необъятное и описать историю ГИС подробно - весьма сложная задача. Хотя бы потому, что факты, очевидцы и результаты исследований часто противоречат друг другу, что оставляет свободу для толкований. Кроме того, ранние годы геоинформационных систем слабо документированы и требуются значительные усилия чтобы понять, что же там происходило на самом деле. Тем не менее историю некоторых открытий проследить можно. Правда, историю придется распараллелить по географическому принципу. Сначала я попытаюсь рассказать, что происходило в США, потом - в Европе. Рассказ о том, как это происходило у нас 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", начатый в 1996, но вскоре, к сожалению, законсервированный. Тем не менее коллектив проекта вытащил на свет немало любопытных фактов, некоторые из которых описаны ниже.

Географические информационные системы

Существует множество определений ГИС. Самая большая из известных мне коллекций определений ГИС на русском языке находится здесь. Правда, отличия между определениями очень невелики и, в целом, ГИС определяется, как 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 наук, также как для бизнес-планирования и геомаркетинга. Общемировой объем продаж в области ГИС оценивается в 2 млрд. долларов в год.

История ГИС

Совсем краткую историю ГИС можно описать несколькими предложениями. Геоинформационные системы - явление относительно новое, хотя пращурами подобных систем являются география и картография, появившиеся сотни лет назад. Первые географические информационные системы были разработаны в 1950х и 60х годах, первоначально в гражданском секторе. В 1970х и 80х годах развилась сильная и активная ГИС индустрия с явным лидерством США. А в 1990 году появились первые исследования по истории ГИС.

Теперь, после краткого введения, можно попытаться углубиться в подробности. Сразу скажу, что объять необъятное - дело трудное. Всегда кого-нибудь забудешь, а он обидится. Все-таки тридцать с хвостиком лет - 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 является одной из организаций, сыгравшей ключевую роль в развитии геоинформационных систем - в конце 60х годов она разработала 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, впервые были присвоены идентификаторы площадям по разные стороны линий. Это было революционное нововведение. Формат GBF-DIME позже трансформировался в TIGER.

История GBF-DIME началась в феврале 1967, когда Бюро переписи США начало «эксперименты 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 часто встречающейся решетчатой системе США, где улицы образуют сетку из стритов и авеню, вводилось ровно 8 раз. По словам Доналда Кука (Donald Cooke), который был программистом Бюро в то время и прославился, в частности, высказываниями на тему «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). Ключевой идеей было перенумеровать узлы (в данном случае - пересечения улиц) и площади (в данном случае - кварталы). Летом 1967 года 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 3 месяца после начала первых опытов по топологии Кук (Cooke) and Максфилд (Maxfield) выступили на конференции с большим докладом.

Карты в формате GBF-DIME в течение 70х годов были созданы для всех городов Соединенных Штатов. Эту технологию и по сей день использует множество современных геоинформационных систем. Выдающееся положение открытия топологии было, как признается всеми, вызвано еще и тем, 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 году в Лабораторию компьютерной графики и пространственного анализа, была той колыбелью, где родились многие идеи, составившие фундамент современных ГИС. Дружная тусовка, существовавшая в этой лаборатории в 60х и 70х годах, дала миру несколько ключевых фигур ГИС индустрии. Эти фигуры, оказавшие огромное влияние на развитие геоинформатики, впервые попробовали вкус ГИС именно в этой лаборатории в ходе работы на весьма известной картографической системой SYMAP, разработка которой была закончена в 1966 году.

История 3. Финансовая эффективность. Земельная информационная система штата Миннесота

Земельная информационная система вышеупомянутого штата была заложена в середине 60х годов нашего века как совместный проект Центра городских и региональных проблем штата Миннесота (Minnesota Center for Urban and Regional Affairs - CURA), университетом штата Миннесота и Агентством планирования этого же штата (Minnesota State Planning Agency).

В то неспокойное время многие штаты начинали разработку земельных ГИС, что связано с извечным и неизбывным стремлением американцев собирать налоги. Вообще, именно налоги, а вернее, нежелание одних их платить с одной стороны и желание из собрать с другой, играло (и играет) важную роль в истории Соединенных Штатов. ГИС не осталось в стороне от этого процесса. А все, что финансово выгодно, имеет право на существование. Особенно в США.

Но ГИС штата Миннесота отличалась некоторыми особенностями. Во первых, впервые дело было доведено до конца и показало свою эффективность. Система была растровой, с большим зерном растра (чуть больше 0,16 кв.км). Тем не менее, система оказалась крайне 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 исследовательскими группами в разных частях мира. Наиболее известно открытие, сделанное Томасом Пьюкером (Thomas Peucker), который 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 издательством «Прогресс».

Второй организацией, строившей цифровые модели рельефа в виде нерегулярной триангуляционной сети, был Simon Fraser University (SFU), выполнявший заказ отдела военно-морских исследований US Defense Department. Основной задачей проекта было решение проблемы совпадения реального гипсометрического профиля некоторой территории (другими словами, профиля высот) некоторой территории с моделью, заложенной в компьютер. Другими словами, это было военной задачей 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 (Christopher Gold) и Университет провинции Альберта (Канада). Еще один первооткрыватель находится в Европе, но история не сохранила для нас его имя. Споры о том, изобрели ли все они независимо или друг у друга списали, не утихают. Я все же считаю, что открыватели действовали независимо - у меня есть подозрение (возможно, не совсем обоснованное), что при некотором напряжении интеллектуальных способностей вы предложили бы такую же схему.

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 - так, вдвоем они производят ровно половину ГИС, используемых в США. Компании были основаны в одном и том же 1969 году, но имеют различные истории.

История ESRI

Как следует из официальной истории, которую можно прочитать здесь, компания ESRI была основана в 1969 году Джеком и Лаурой Данжермонд (Jack и Laura Dangermond) в качестве консультативной группы. Бизнес начался с $1100 их личных сбережений и управлялся из Редланда, Калифорния - городе, в котором вырос Джек.

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

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

Первый коммерческий продукт ESRI - ARC/INFO - появился в 1981 году. В том же году была проведена первая пользовательская конференция ESRI, на которую собрались 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 году, что и ESRI и тоже занималась консалтингом. Называлась она тогда M&S Computing Inc. Компания консультировала государственные агентства в использовании цифровых компьютерных технологий. Что интересно, пять отцов-основателей компании ранее работали в IBM в Хантсвилле и разрабатывали системы наведения ракеты «Сатурн». Для того, чтобы удовлетворить запросы своих первых пользователей, компания начала разрабатывать технологии, которые позже были использованы в графических системах - этот подход нашел отражение в названии компании, которое состоит из слов Interactive и Graphics.

Первая коммерческая продажа компании M&S Computing была сделана администрации округа Нэшвилл в 1974 году. Система называлась Interactive Graphics Design System и использовалась для картографирования. В 1980 году 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 в целом. Тем не менее, Европа также внесла в процесс весомую лепту. Ситуация с компьютерных картографированием в Европе имела определенные отличия, которые привели к тому, что Европа в деле разработки ГИС шла своим собственным путем.

Дело в том, что практически каждая из европейских стран имеет свое собственное национальное картографическое агентство. Таким образом, всего около 30 организаций производят в Европе карты масштаба 1: 25000 и выше, в то время как в США таких организаций всего две - гражданская US Geological Survey и военная Defense Mapping Agency. Более того, национальные картографические агентства европейских стран имели больше обязанностей и занимались то кадастрами, то земельными информационными системами - то есть 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 рано начали работать с ГИС, не оказались столь же 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 70х годов, но вскоре исчезла с рынка. Почему она прекратила разработки? Люди, которые знают ответы на эти вопросы, все еще здравствуют, 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), начали работать над ГИС под влиянием успешного проекта в Базеле. Компании шли различными путями - одна из них занималась адаптацией американских продуктов для европейского рынка, вторая вела разработки своего собственного продукта. Siemens, Laser-Scan (недавно отметивший тридцатилетие) и компания Smallworld являются европейскими компаниями, основанными в ранние годы существования ГИС и до сих пор функционирующими. Правда, не каждый сразу вспомнит, какие именно ГИС разрабатывает каждая из этих компаний.

Существует мнение, что многие различия в европейской и американской историях ГИС вызваны, во-первых, отличиями в системе образования, а во-вторых тем, что в создание ГИС по разную сторону Атлантики были вовлечены люди разных профессий. В Европе (особенно в Германии) это были геодезисты. В США - географы. Программисты играли большую роль на обоих континентах. Еще одним из факторов является 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 достаточное количество информации.

Источник: gisnews.icc.ru