Умная карта: информация плюс коммуникация

Карта, в классическом понимании, — это всегда источник информации о местности. Поэтому практически все свойства карты определяются набором данных, то есть информацией, которую на ней хотят отобразить. Если вам нужно знать, как проехать из города А в город Б, вам будет ни к чему информация о видовом разнообразии флоры и фауны в округе. Вас интересуют только варианты проезда. Поэтому на такой карте дорожная сеть, населенные пункты будут показаны наиболее подробно, а всё остальное — с отбором. Отбор и генерализация — это один из фундаментальных методов картографии, правильное применение которого позволяет систематизировать пространственную информацию так, чтобы она отвечала главным требованиям, предъявляемым к любой карте: точность, полнота, достоверность и наглядность.

Более того, избирательный подход к данным и к способам их представления позволяет организовать пространственные данные на карте в особую визуализированную систему, где картографируемые объекты оказываются между собой в некоторых пространственно-логических связях, доступных для анализа. То есть, мы знаем, что из А в B можно попасть через С и через D, при этом через С длина пути на 45 км больше, однако класс дороги выше, поэтому этот путь быстрее на 8 минут. В этом примере длину пути мы рассчитали, исходя из масштаба карты, а время в пути, исходя из того, что знали скорость движения по различным классам дорог.

Таким образом, карта — это канал информации, передающий её от составителя к пользователю. Таким каналом могла бы служить и таблица со всеми возможными связями и путями между А,B,C,D; или какой-либо граф, отображающий эти связи. Но карта - наилучший вариант передачи пространственной информации.

Составитель (исходные данные) карта (канал информации) Пользователь (анализ)

Рис.1. Карта — канал информации

Однако классические карты ограниченны способом представления и не способны удовлетворить все запросы пользователя. Аналоговый способ не предполагает высокой детализации информации, и поэтому в нашем примере, пользователь самостоятельно рассчитывал время в пути, исходя из данных, взятых из других источников (не с карты). Зачастую, такая аналитика требует особых навыков и знаний, а также отдельных трудозатрат, поэтому, естественно, что в эпоху информационных технологий, аналитические задачи всё чаще стали автоматизировать.

В самом деле, в 2018 году никто уже не будет корпеть с карандашом в зубах над картой, рассчитывая маршрут в другой город. За него это сделает навигатор, когда водитель уже сядет в автомобиль и будет готов ехать. Используя картографическую информацию о дорогах, актуальную информацию о пробках, компьютер на сервере самостоятельно рассчитает варианты пути, и представит в удобном, интерактивном виде человеку.

Такие интерактивные карты или картографические мультимедиа приложения, самостоятельно анализирующие данные, являются неотъемлемой частью большого кластера программных продуктов, которые называют геоинформационными системами (ГИС).

Вообще, ГИС — это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных). ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и иных) [1].

Таким образом, если карта – односторонний и ограниченный канал информации, то ГИС расширяют возможности, канал становится гибко настраиваемым и двусторонним. Первое свойство проявляется в интерактивности — пользователь сам настраивает нужный масштаб, отображаемые слои карты и т.д. Здесь всё ограничено лишь функционалом той или иной ГИС. С этим свойством знакомы все, кто хотя бы раз пользовался такими картографическими мультимедиа приложениями типа Яндекс.Карты, 2Gis и т.п. Гораздо более важно и характерно для ГИС, в отличие от аналоговых карт, второе свойство, охарактеризованное нами как «двусторонний канал». Под этим мы понимаем возможность делать запросы, автоматизировать расчеты и производить моделирование.

| Пользователь (анализ)

Составитель (исходные данные) карта £как двусторонний канал информации)

Рис.2. Карта как двусторонний канал информации

Например, в ГИС «Панорама», пользователь имеет возможность смоделировать затопление, указав участок водотока и уровень подъема воды в метрах.

Затопление местности

Рис.3. Моделирование затопления местности в ГИС «Панорама»

Это довольно примитивный пример, потому как в современном мире область применения ГИС выходит далеко за рамки таких простых расчетов. Сейчас это и создание и ведение земельного кадастра [2], и транспортное дело [3], и лесное хозяйство [4], и экология и недропользование [5], в том числе нефтяная и газовая индустрия [6]. С помощью ГИС решают такие важные задачи, как мониторинг и предотвращение чрезвычайных ситуаций, устранение последствий стихийных бедствий [7]. Подробнее применение ГИС описано в соответствующих работах по ссылкам, а полный спектр применения перечислить не представляется возможным. И это не удивительно, ведь поистине огромный объём данных, используемых сейчас человечеством, так или иначе, имеет геопространственную привязку, а значит, задачи с использованием этой информации удобно решать с помощью ГИС.

При этом область применения ГИС ещё и постоянно расширяется. Это связано со сверхбыстрым накоплением данных. Так, в 2002 г. человечеством было произведено информации 18∙1018 байт (18 Эксабайт). За пять предыдущих лет человечеством было произведено информации больше, чем за всю предшествующую историю. Объём информации в мире возрастает ежегодно на 30 %. В среднем на человека в год в мире производится 2,5∙108 байт [8]. Безусловно, своё влияние на положительную динамику внедрения ГИС оказывает развитие отраслей, связанных с дистанционным зондированием земли. Мировая тенденция такова, что в течении одного года будет осуществлено многократное покрытие сверхвысокого разрешения всего мира. По данным Euroconsult к 2025 году запустят 1400 малых спутников ДДЗ [9].

Сейчас чуть ли не еженедельно появляются новые ГИС, многоцелевые и узконаправленные, справочно-картографические, инвентаризационные и мониторинговые, навигационные и исследовательские, учебные и др… Большая часть вновь созданных систем относится к ГИС-приложениям (картографическим мультимедиа-приложениям). И среди разнообразия таких приложений стоит выделить один тип, отличающийся по существу. Это WEB-GIS, работающие как OpenSource проекты. Характерное функциональное их отличие в том, что подавляющее большинство информации на таких картах создаётся пользовательским сообществом. При этом система работает с огромным объемом данных, обработка которых позволяет соблюдать те основные требования к карте, которые мы упомянули в начале: полнота, точность, достоверность и наглядность.

Примером такой ГИС может служить Openstreetmap [11], которая предоставляет в удобной форме (в том числе, для скачивания) достаточно точные геоданные, а зачастую и более полную информацию о местности. (сравни рис.4 и рис.5)

Рис.4. Пос. Сельниково на карте Openstreetmap

Сельниково g 9 Пятёрочка 7 .

Рис.5. Пос. Сельниково на Яндекс.Карте

Учитывая тенденцию увеличения на рынке информационных продуктов OpenSource проектов (по данным International Data Corporation, к 2019 г. 70% IT-подразделений перейдут на открытое ПО[10]), можно сказать, что за таким типом ГИС-приложений будущее.

Такие ГИС обладают двумя характерными свойствами. Это, во-первых, способность к самоанализу, самонастройке и обработке входных данных с минимальным участием специалистов. Во-вторых, это вертикальная (пользователь – система) и горизонтальная (пользователь – пользователь) двусторонняя коммуникация.

Существующие ГИС-приложения обладают данными свойствами либо частично, либо условно. Например, нельзя сказать о полной способности к самонастройке и обработке или полноценной горизонтальной коммуникации. Но с развитием «интернета вещей» и беспилотного транспорта, потребность в этих свойствах будет возрастать. Отдельно стоит остановиться на свойстве горизонтальной коммуникации. Если представить, что техническая проблема о самоконтроле и самонастройке, проще говоря, об автономности системы, решена (с помощью нейросетей, например), то основной проблемой остается сбор данных. Здесь будет играть огромную роль горизонтальная коммуникация пользователей системы. Причем пользователями будут выступать машины или боты — навигаторы, установленные в беспилотных автомобилях, камеры на квадрокоптерах, дорожные видеорегистраторы, «умные» светофоры и так далее. При условии правильного взаимодействия этих участников дорожного движения, картографирование пробок и решение многих транспортных проблем стало бы возможным благодаря одному общегородскому ГИС-приложению.

По аналогии с «умными домами», использующими «интернет вещей», такие карты мы назовём «умными». Итак, с точки зрения разработанный нами концепции «карта — информационный канал», «умная» карта — это такой саморегулирующийся    автоматизированный    двусторонний    канал информации, в котором возможна вертикальная и горизонтальная коммуникация пользователей.

Мы начали с того, что карта — это всегда информация о местности. Но теперь, в XXI веке, по мере развития картографических систем всё большую роль играет коммуникация. И теперь, в ближайшем будущем, нам придётся скорректировать фундаментальное значение карты как информации о местности. Карта будущего — это «умная карта», которая в равной степени объединяет в себе функционал информации о местности и коммуникацию её пользователей.