О развитии геоинформатики и геоматики

Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334

Адрес статьи: pnojournal.wordpress.com/archive15/15-01/ Дата публикации: 1.03.2015 № 1 (13). С. 63-69. УДК 528.8

А.А.Майоров

О развитии геоинформатики и геоматики

В статье дается анализ современного состояния геоинформатики и геоматики как инструмента исследования окружающего мира. Описаны особенности возникновения геоматики и геоинформатики. Показано сходство и различие между ними. Доказано, что по существу эти понятия являются синонимами.

Показано, что геоинформатика является более общей по отношению к геоматике. Отмечено возникновение инженерной геоматики. Показано, что геоинформатика имеет преимущество при глобальном мониторинге и управлении подвижными объектами.

В работе приведена структура геоматики в виде Е-дерева со следующими составляющими: 1) фундаментальная основа - математические основы информатики, математики и кибернетики; 2) методологическая основа - теория предметных областей лингвистики и географии; 3) теория, технологии и методы отображения пространства - компонента, отвечающая за сбор и обработку информации; 4) прикладной компонент инженерного значения, рассматриваемый как приложение геоинформатики; 5) компонента, включающая общепринятые нормы применения и обработки информации из области экономики и права, связанная с коммерческой деятельностью, управлением и использующая все предшествующие компоненты.

Ключевые слова: информация, геоинформатика, геоматика, пространственная информация, пространственные модели, пространственное управление

Perspectives of Science & Education. 2015. 1

International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334

Available: psejournal.wordpress.com/archive15/15-01/ Accepted: 18 December 2014 No. 1 (13). pp. 63-69.

А. a. Maíorov

About development geoinformatics and geomatics

The article analyzes the state of geoinformatics and geomatics as a tool for the study of the world. This article describes the features of occurrence of geomatics and geoinformatics. This article describes the similarities and differences between Geoinformatics and geomatics. It is proved that these concepts are essentially synonymous.

It is shown that Geomatics is more General with respect to the Geomatics. Marked the appearance of Geomatics engineering. It is shown that the Geoinformatics has an advantage in the global monitoring and management of mobile objects.

The paper shows the structure of Geomatics in the form of E-tree with the following components: 1) fundamental basis of mathematical foundations of computer science, mathematics and Cybernetics; 2) methodological basis of the theory of subject areas of linguistics and geography; 3) theory, tech-niques and methods of display space - the component responsible for collecting and processing information; 4) application component engineering values, considered as the application of information technology; 5) component, including generally accepted standards for the use and processing of information from the fields of Economics and law related to commercial activities, running and using all the preceding components.

Keywords: information, geoinformatics, geomatics, spatial information, spatial patterns, spatial management

Введение

'ехнический прогресс существенно увеличил возможности сбора данных и моделирования геотехнических систем, в том числе и масштабе всей Земли. Это привело к экспоненциальному росту данных о Земле и острой необходимости развития новых методов анализа и обработки этих данных. Геоинформатика и геоматика появились как следствие признания научным сообществом растущей потребности в пространственной информации для науки и практики и для нового понимания Земли как сложной системы.

Эволюция геоматики и геоинформатики Термин геоматика исторически появился раньше (введен Pollock и Wright in 1969) с целью объединения геодезии и информатики, включая другие науки о Земле, где доминирующей является направление геодезических работ.

Геоинформатика как наука сформировалась позже, и ее становление связывают с появлением персональных компьютеров [1]. Но она интегрировала науки о Земле на основе САПР и информатики. Доминирующим в ней является выявление пространственных отношений [2], получение геоданных [3] и построение пространственных моделей для использования в разных сферах человеческой деятельности, включая геодезию, картографию, экономику, навигацию, природопользование, образование, управление и т.д. Другими словами, геоинформатика по охвату деятельности оказалась шире геоматики и включала ту первоначальную область исследований, которая была назначением геоматики. Это привело к тому, что эти понятия стали синонимами.

Чтобы избежать дублирования был введен новый термин «инженерная геоматика» (Geomatics Engineering, Geomatic Engineering, Geospatial Engineering). Это направление было связано с работами в первую очередь в области кадастра, землепользования, инженерных изысканий, строительства, муниципального управления. Этот термин можно сравнить с понятием «прикладная геоинформатика» [4]. Можно говорить, что землепользование, кадастр и изыскания — это преимущественно область геоматики, а не геоинформатики.

Одной из особенностей развития геоинформатики является то, что терминологически она тесно связана с науками о Земле, в то время как в аспекте приложения она значительно шире ис-пшьзуется в других областях [5].

С появлением геоинформатики как нового научного направления прошли два десятилетия. Геоинформатика развивалась как наука сбора, обработки, передачи, представления, и применения пространственной информации. Она значительно расширила свое значение в рамках информатизации и информационного общества.

В процессе ржИРтия ЩюбойЧаУШ^уточЯяют-ся ее терминологические понятия, изменяется их объем понятий, появляются новые термины и определения. Все это требует периодического пересмотра старых понятий, их согласования и гармонизации с новыми представлениями и новыми понятиями. Она объединяет значения терминов в областях информационных систем и технологий, картографии, геодезии, телекоммуникационных систем, фотограмметрии, баз данных, дистанционного зондирования с областями их применения. Этот требует периодической анализа и обновления терминологической базы геоинформатики в связи с изменениями старых понятий и добавлением новых [6].

В настоящее время очевидно, что геоинформатика развивается на основе интеграции и является междисциплинарной наукой в области наук о Земле. Геоинформатика связывает комплексные методы обработки информации и в первую очередь социально-экономической с различными областями познания и практического применения. Ее методы могут быть использованы в органах управления и власти, которые работают с пространственной социально-экономической информацией. Геоинформатика используется в менеджменте и маркетинге, в системе образования и использовании природных ресурсов и т.д.

Геоматика включает в себя набор специальных методов, технологий и инструментов для сбора, обработки, управления, анализа и представления. В некоторых странах геоматика понимается как синонимическая к геоинформатике, в других употребляется как подчиненная геоинформатике дисциплина. Причиной этого являются частично различные национальные языковые особенности, но главным, различие в уровне развития наук о Земле. Чем выше уровень наук о Земле, тем выше значение геоинформатики.

Технический комитет международной организации по стандартизации ^О/ТС 211 по геоданным и геоинформации использует эти термины как синонимы. Однако существуют некоторые различия в развитии этих научных направлений.

Геоматика, как и геоинформатика, считается научным направлением, которое в первую очередь занимается исследованием технологий получения и обработкой пространственных данных, включая научные основы и области применения [7]. Как и геоинформатика она може быть рассмотрена как междисциплинарная наука. Геоматика использует методы и подходы наук о Земле для решения специальных задач на основе информационных систем и технологий. Направление исследования геоматики относяГ преимущественно к областям обработки измерений и технологиям обработки информации на основе информационных и телекоммуникационных технологий в «ИЯршаграфии и ЩШеШ.и. В .ШЙ

¡Ойнфориатике и в гШматйке сщщаютчЦифровые карты и цифровые модели [8].

Различие в том, что геоматика занимается преимущественно измерениями, а геоинформа-Кика дополнительно проводит построение информационных пространственных полей [9,10]. Щоинформатика создает различные информационные среды и информационные пространства [11]. Кроме того, в геоинформатике достаточно интенсивно изучают и применяют методы ¡искусственного интеллекта [12, 13]

Основным направлением исследования геоинформатики являются геоинформационные системы и технологии и их приложения. Ряд задач управления использует пространственные дан-ые в различных информационных системах. В частности в OLAP [14]. В этих системах ГИС могут использоваться лишь как вспомогательные подсистемы. Это повышает вес геоматики, как науки ориентированной на любые информационные системы, среди которых ГИС являются равными, а не привилегированными, как в геоинформатике.

Общим для обеих наук является построение исследований на основе интеграции знаний других дисциплин и разработке теоретических основ для себя на основе релевантных фундаментальных наук. Можно предполагать, что геоинформатика имеет феноменологический аспект научного развития.

Геоинформатика имеет такую же направленность как геоматика, но в технологиях обработки данных доминируют геоинформационные си-

ётежы ичтехнШВгии.

Интересным является определение основ и направлений развития геоматики [7] при сравнении с геоинформатикой [1]. В частности сравнение дерева (структуры) геоинформатики с компонентами геоматики. На рис.1 приведена структура геоматики в виде Е-дерева.

Первую компоненту геоматики составляют математические основы информатики, математики и кибернетики, которые задают теорию и методы структуризации, кодирования и передаче информации. В нашей стране слабо представлен кибернетический аспект применения геоинформатики. В целом этот компонент можно рассматривать как фундаментальную составляющую геоматики [15].

Данный компонент поставлен первым потому, что в условиях информатизации общества и возрастания объемов информации, необходимой при анализе и управлении, геоматика, как и геоинформатика, в равной степени уменьшают информационную нагрузку на лицо принимающее решение.

Вторая компонента геоматики включает теорию предметных областей лингвистики и географии, которые раскрывают принципы моделирования на основе абстракции, методов познания и интерпретации. Эту компоненту можно рассматривать как методологическую основу геоматики. Кроме того, в методологическом аспекте геоинформатика в России представлена значительно шире, что обусловлено высоким уровнем развития картографии, географии, геоморфологии и др.

Геоматика

Математические основы информатики, математики и кибернетики Теория и методы структуризации, кодирования и передача информации

Концепции теоретические основы

Рис.1. Структура геоматики

ТШльКОтреШьеЙКомпОШШтдй^еомаТтхя считают теорию, технологии и методы отображения пространства, заимствованные из геодезии, ВЦрии измерений, фотограмметрии, дистанционного зондирования, картографии. Это касается аппаратуры и процессов сбора информации. Эта компонента отвечает в первую очередь за сбор, во вторую за обработку информации.

К четвертой компоненте геоматики относят знания из областей применения, такие как городское и региональное управление, геомаркетинг, многочисленные инженерные приложения, как, например, маркшейдерское дело, которые формируют специфические требования для описания и анализа пространственной информации, обусловленные решением специальных задач [16]. Этот компонент можно рассматривать как прикладной инженерного значения. Эта компонента рассматривается как приложения геоинформатики и развита на достаточно высоком уровне.

Пятая компонента включает общепринятые нормы применения и обработки информации

из ' области экономики и праSа,^lí>т6рые!тапре— деляют условия применения информационных технологий для решения социальных задач. Эта компонента геоматики связана с коммерческой деятельностью и управлением. Она использует все предшествующие компоненты.

Подводя итог, можно отметить, что первые два компонента определяют теорию и методологию геоматики, остальные три ее прикладную составляющую.

Геоинформатика является наукой, изучающей все аспекты сбора, обработки и представления информации о свойствах объектов, процессов и явлений, происходящих на Земле. Объективная потребность в интеграции наук о Земле: геодезии, фотограмметрии, картографии, дистанционного зондирования Земли — назревала давно. Геоинформатика является интеграцией этих научных направлений (но не наук). Благодаря геоинформатики появилась возможность интеграции наук о Земле в единую систему наук. Эта интегрированная система наук о Земле называется геоинформатика [17].

Рис.2. Геоинформатика и ее взаимосвязь с другими науками

Следует отметить, что наряду с геоинформатикой и геоматикой существует, специаль-Йость «информатика в геодезии», информатика в геологии, информатика в фотограмметрии, Информатика в картографии. Но информатика в геодезии не тождественна геоинформатике, что

подчеркивается номенклатурой специальностей В геоинформатике используют пространственно-временные данные, в которых содержится информация о пространственном положении объектов, их свойствах и времени, для которого эти свойства, имели место. КаШгййЖ!

геоинформатика является более фундаменталь-рой. 'ЭтЬ определяет наличие трех областей гео-рнформатики и соответственно трех ее частей.

Геоинф&рматйкащеЯится на фуйдаментаЖнущ [15] или общую, прикладную (рис.3) и специальную.

Геоинформатика

Общая геоинформатика

Прикладная геоинформатика

Специальная геоинформатика

Рис.3. Основная структура геоинформатики

Специальная геоинформатика связана с вопросами качества, сервиса, стандартизации [18], защиты информации, авторского права, интеллектуального капитала, телекоммуникациями, кодированием сертификацией и всем, что связано с качеством обработки передачи информации независимо от предметной области.

Геоматику и геоинформатику можно рассматривать как инструмент анализа глобальных процессов, происходящих в рамках человеческой цивилизации.

Говоря об особенностях сбора информации, отмечается, что геоматика (как и геоинформатика) должна использовать так называемые методы добычи данных. Она должна шире применять математическую обработку для использования данных из первичных и вторичные источников.

Основой информационных процессов в гео-матике являются модели данных, которые отображают пространственные объекты на основе процедур абстракции. Характерным для многих специалистов в области геоматики и геоинформатики является нечеткое различие между информацией (как совокупностью сведений) и информационными моделями (как ресурсом производства).

В геоматике (как и геоинформатике) структурно разделяют "геометрию" и "семантику" геообъектов и на основе классификации и атрибутивного описания. Несколько слов о терминах. В геоматике устойчиво используются такие понятия как геоданные, координатная геоме-¡Грия (применительно к ГИС).

В геоматике рассматриваются вопросы качества данных, источников данных, моделирования данных и др. Все это рассматривается

и в геоинформатике В целом следует считать развитие геоматики способствующим развитию геоинформатики. Как инструменты исследования акваторий геоматика и геоинформатика не равнозначны. Геоматика — наземная наука и решает вопросы, связанные с поверхностью, то есть прибрежными областями.

Геоинформатика имеет глобальный охват. Она широко применяется при управлении пространственными в области транспорта и широко применяется в военной области для управления не только космическими, но и военно-морскими силами. Геоинформатика имеет в отличие от геоматики занимается изучением околоземного пространства [19].

Околоземное космическое пространство характеризуется существенной отдаленностью от земной поверхности. Соответственно, космические средства должны работать на таких дальностях, которые в наземных условиях не встречаются. В то же время околоземное космическое пространство (ОКП) создает возможности для высокой обзорности (наблюдаемости), которая для наземных систем (воздушные методы наблюдения) немыслима и невозможна. Космический снимок может содержать обзорную информацию равную тысяче снимков полученных при аэрофотосъемке.

Данное свойство околоземного космического пространства позволяет осуществлять глобальное наблюдение за всеми районами земной поверхности, воздушным и водным пространством, практически в реальном масштабе времени, что дает возможность мгновенно реагировать на любое изменение обстановки и принимать управ-аяяющие решения [20].

Заключение

Несмотря на сходство, существуют и различия в областях применения геоинформатики и рТеоматики. В последние годы геоматику, особенно за рубежом, связывают с землепользованием и кадастром. В России такого разделения нет. Геоинформатика активно используется в кадастре и в землепользовании. Геоматика как

учебная дисциплина в вузах практически не преподается. Геоинформатика преподается как учебная дисциплина и существует специальность высшей квалификации: 25.00.35 — геоинформатика, по которой защищают диссертации на степень кандидата и доктора наук. В России оба научных направления сосуществуют и способствуют взаимному развитию.

ЛИТЕРАТУРА

1. Майоров А.А. Современное состояние геоинформатики // Инженерные изыскания. 2012. № 7. С. 12-15.

2. Майоров А.А., Цветков В.Я. Геореференция как применение пространственных отношений в геоинформатике // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2012. № 3. С.87-89.

3. Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоданные как системный информационный ресурс // Вестник российской академии наук. 2014. Т. 84. № 9. С. 826-829.

4. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н. и др. Прикладная геоинформатика. М.: МаксПресс, 2005. 360 с.

5. Цветков В.Я. Основы геоинформационного моделирования // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 1999. № 4. С.147-157.

6. Савиных В.П. О терминологии в области геодезии // Науки о Земле. 2012. №4. С. 34-36.

7. Lexikon der Kartographie und Geomatik: in zwei Banden. Heidelberg; Spekrum Akademisher verlag. Berlin / Bd1/ A bis Karti/. 2001. 453 s.

8. Цветков В.Я. Цифровые карты и цифровые модели // Геодезия и аэрофотосъемка. 2000. № 2. С. 147-155.

9. Майоров А.А., Матерухин А.В. Геоинформационный подход к задаче разработки инструментальных средств массовой оценки недвижимости // Геодезия и аэрофотосъемка. 2011. № 5. С. 92-98.

10. Tsvetkov V.Ya. Information field. Life Science Journal. 2014. 11(5). рр.551-554.

11. Савиных В.П. Система получения координатно-временной информации для решения задач мониторинга // Науки о Земле. 2012. № 3. С. 5-10.

12. Савиных В.П., Цветков В.Я. Развитие методов искусственного интеллекта в геоинформатике // Транспорт Российской Федерации. 2010. № 5. С.41-43.

13. Цветков В.Я. Геореференция как инструмент анализа и получения знаний // Науки о Земле. 2011. № 2. С. 63-65.

14. Поляков А.А., Цветков В.Я. Прикладная информатика: Учебно-методическое пособие: В 2-х частях: Часть.1 / Под общ.ред. А.Н. Тихонова. М.: МАКС Пресс. 2008. 788 с.

15. Бородко А.В., Бугаевский Л.М., Верещака Т.В., Запрягаева Л.А., Иванова Л.Г., Книжников Ю.Ф., Савиных В.П., Спиридонов А.И., Филатов В.Н., Цветков В.Я. Геодезия, картография, геоинформатика, кадастр. / энциклопедия. В 2 томах / под редакцией А. В. Бородко, В. П. Савиных. Москва, 2008. Том I. А-М. 496 с.

16. Цветков В.Я. Задачи геомаркетинга // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2000. № 5. С.146-154.

17. Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоинформатика как система наук // Геодезия и картография. 2013. № 4. С. 52-57.

18. Цветков В.Я. Стандартизация информационных программных средств и программных продуктов. М.: МГУГиК, 2000. 116 с.

19. I.V. Barmin, V.P. Kulagin, V.P. Savinykh, V.Ya. Tsvetkov. Near_Earth Space as an Object of Global Monitoring // Solar System Research, 2014, Vol. 48, No. 7, pp. 531-535.

20. Цветков В.Я. Применение геоинформационных технологий для поддержки принятия решений // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2001. № 4. С. 128-138.

REFERENCES

1. Maiorov A.A. The current state of Geoinformatics. Inzhenernye izyskaniia - Engineering surveys, 2012, no. 7, pp. 1215 (in Russian).

2. Maiorov A.A., Tsvetkov V.Ia. Georeference as the use of spatial relations in Geoinformatics. Geodeziia i aerofotos'emka - Geodesy and aerial photography, 2012, no. 3, pp. 87-89 (in Russian).

3. Savinykh V.P., Tsvetkov V.Ia. Geodata system as an information resource. Vestnik rossiiskoi akademii nauk - Herald of the Russian Academy of Sciences, 2014, V. 84, no. 9, pp. 826-829 (in Rus-sian).

4. Ivannikov A.D., Kulagin V.P., Tikhonov A.N. i dr. Prikladnaia geoinformatika [Applied Geoinformatics]. Moscow, MaksPress Publ., 2005. 360 p.

5. Tsvetkov V.Ia. Basis of geoinformation modeling. Geodeziia i aerofotos'emka - Geodesy and aerial photography, 1999, no. 4, pp.147-157 (in Russian).

6. Savinykh V.P. About terminology in the field of geodesy. Nauki o Zemle - Earth Science, 2012, no. 4, pp. 34-36 (in Russian).

7. Lexikon der Kartographie und Geomatik: in zwei Banden. Heidelberg; Spekrum Akademisher verlag. Berlin / Bd1/ A bis Karti/. 2001. 453 s.

8. Tsvetkov V.Ia. Digital maps and digital models. Geodeziia i aerofotos'emka - Geodesy and aerial photography, 2000J no. 2, pp. 147-155 (in Russian).

9. Maiorov A.A., Materukhin A.V. GIS approach to the task of developing the tools of mass real estate valuation. Geodeziia i aerofotos'emka - Geodesy and aerial photography, 2011, no. 5, pp. 92-98 (in Russian).

10. Tsvetkov V.Ya. Information field. Life Science Journal, 2014, 11(5), pp. 551-554.

11. Savinykh V.P. System receiving the coordinate and time data for monitoring objectives. Nauki o Zemle - Earth Science, 2012, no. 3, pp. 5-10 (in Russian).

12. Savinykh V.P., Tsvetkov V.Ia. Development of artificial intelligence methods in Geoinformatics. Transport Rossiiskoi Federatsii - Transport of the Russian Federation, 2010, no. 5, pp. 41-43 (in Russian).

13. Tsvetkov V.Ia. Georeference as a tool of analysis and knowledge. Nauki o Zemle - Earth Science, 2011, no. 2, pp. 63-65 (in Russian).

14. Poliakov A.A., Tsvetkov V.Ia. Prikladnaia informatika: Uchebno-metodicheskoe posobie: V 2-kh chastiakh: Chast',1 / Pod obshch.red. A.N. Tikhonova [Applied computer science: textbook: In 2 parts: Part.1 / Under the General editorship of A. N. Tikhonov]. Moscow, MAKS Press Publ., 2008. 788 p.

15. Borodko A.V., Bugaevskii L.M., Vereshchaka T.V., Zapriagaeva L.A., Ivanova L.G., Knizhnikov Iu.F., Savinykh V.P., Spiridonov A.I., Filatov V.N., Tsvetkov V.Ia. Geodeziia, kartografiia, geoin-formatika, kadastr. / entsiklopediia. V Щ tomakh/pod redaktsiei A. К Borodko, V P. Savinykh [Geodesy, cartography, Geoinformatics, inventory. / encyclopedia.

16.

17.

18.

19.

20.

In / Tolumifr edited by APH Barbdka, H. P. Savinykh]. Mciîiw.^OOS. V. I. A-M PubMf6 p.

TsvetkOV V.Ia. T^ks11 oPgeomarketing. GèOdeziia i aerafvW%"emka - Geodesy and aerial photography, 2000,' no. 5,

pp.146-154 (in Russian).

Savinykh V.P., Tsvetkov V.Ia. Geoinformatics as a system Sciences. Geodeziia i kartografiia - Geodesy and cartography, 2013, no. 4,pp. 52-57 (in Russian).

Tsvetkov V.Ia. Standartizatsiia informatsionnykh programmnykh sredstv i programmnykh produktov [Standardization of information software and software products]. Moscow, I

I.V. Barmin, V.P. Kulagin, V.P. Savinykh, V.Ya. Tsvetkov. Near_Earth Space as an Object of Global Monitoring. Solar System Research, 2014, Vol. 48, no. 7, pp. 531-535.

Tsvetkov V.Ia. Application of GIS technologies for decision support. Geodeziia i aerofotos"emka - Geodesy and aerial photography, 2O01, no. 4, pp. 128-138 (in Russian).

информация об авторе

Майоров Андрей Александрович

(Россия, Москва) Доктор технических наук, профессор, ректор Московский государственный университет геодезии и картографии E-mail: nirmiigaik@yndex.ru

Information about the author

Maiorov Andrei Aleksandrovich

(Russia, Moscow) Doctor of Technical Sciences, Professor, Rector Moscow State University of Geodesy and Cartography E-mail: nirmiigaik@yndex.ru