Тикунов В. С. Геоинформатика. Понятие географической информационной системы

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В ГЕОИНФОРМАТИКУ

1.1. Понятие географической информационной системы

Появление географических информационных систем относят к началу 60-х годов XX в. Именно тогда появились предпосылки и условия для информатизации и компьютеризации сфер деятельности, связанных с моделированием географического пространства и решением пространственных задач. Их разработка связана с исследованиями, проведенными университетами, академическими учреждениями, оборонными ведомствами и картографическими службами.
Впервые термин «географическая информационная система» появился в англоязычной литературе и использовался в двух вариантах, таких, как geographic information system и geographical information system, очень скоро он также получил сокращенное наименование (аббревиатуру) GIS. Чуть позже этот термин проник в российский научный лексикон, где существует в двух равнозначных формах: исходной полной в виде «географической информационной системы» и редуцированной в виде «геоинформационной системы». Первая из них очень скоро стала официально-парадной, а вполне разумное стремление к краткости в речи и текстах сократило последнюю из них до аббревиатуры «ГИС».

Очень кратко ГИС определялись как информационные системы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку, отображение и распространение данных, а также получение на их основе новой информации и знаний о пространственно-координированных явлениях. Более полное определение ГИС будет приведено далее после введения основных понятий геоинформатики. Прежде всего обратимся к базовым категориям — данным, информации и знаниям, которые были использованы при определении ГИС.

Термины «данные», «информация» и «знания» стали общеупотребительными, постоянно встречаясь в газетах, теле- и радиопередачах, научных и научно-популярных публикациях. Смысл их кажется предельно ясным, и они легко заменяются не только в быту, но и науке такими словами, как «сообщения», «сведения», «сигнал», «материалы» и др. При этом не обращают внимания на то, что эти понятия, имея много общего, заметно разнятся по своей сути.
Под «данными» будем понимать совокупность фактов и сведений, представленных в каком-либо формализованном виде (в количественном или качественном выражении) для их использования в науке или других сферах человеческой деятельности. Иначе говоря: «Данные соответствуют дискретным зарегистрированным фактам относительно явлений, в результате чего мы получаем информацию о реальном мире... Слово «данные» происходит от латинского «datum», буквально означающего «факт». Тем не менее данные не всегда соответствуют конкретным или действительным фактам. Иногда они неточны или описывают нечто, не имеющее место в реальной действительности (идею). Будем называть «данными» описание любого явления (или идеи), которое представляется достаточно ценным для того, чтобы его сформулировать и точно зафиксировать» [Д. Цикритзис, Ф.Лоховски, 1985. — С. 16-17].
Применительно к характеризуемой нами сфере «данные» можно рассматривать и определять в трех контекстах: вне автоматизированной среды использования, внутри ее и в среде ГИС. В первых двух контекстах под «данными» понимаются либо факты, некие известные вещи (из которых могут быть выведены заключения), либо сведения, подготовленные для компьютерной обработки. Под «данными» в среде ГИС понимаются «объекты о явлениях реального мира; результаты наблюдений и измерений этих объектов. Элемент данных содержит три главные компоненты: атрибутивные сведения, которые описывают сущность (семантику), характеристики, переменные, значения и тому подобные его квалификации; географические сведения, характеризующие его положение в пространстве относительно других данных; временные сведения, описывающие момент или период времени, для которого предоставляются данные» [The 1990-GIS Sourcegeoinformatika, 1990. — P. A10]. «Данные», по определению М. Конечного и К. Раиса [М.Коnесnу, К.Rais, 1985], выступают как сырье, которое путем обработки можно превратить в информацию, т. е. данные — это как бы строительный элемент в процессе создания информации. Они рассматриваются как объект обработки и основа для получения информации.
В практическое понимание «информации» в настоящее время в основном включаются «процессы обмена разнообразными сведениями между людьми, человеком и автоматом — актуальная информация, процессы взаимодействия объектов неживой природы — потенциальная информация, степень сложности, организованности, упорядоченности той или иной системы» [Краткий словарь..., 1979. — С. 114-115]. Такое понимание основывается на существовании в современной науке нескольких парадигм, которые с разных сторон стараются объяснить факты и явления информационного порядка. Кратко рассмотрим основные из них.

К первой (по времени возникновения) надо отнести теорию К.Шеннона, согласно которой количество информации определяют по формуле

Формула (доступно при скачивании полной версии книги)

где I — количество информации; рi — вероятность появления i -го сигнала; п — количество всех возможных сигналов. У этой теории есть значительный недостаток — она не учитывает содержательную сторону информации. Как отмечал Л.Бриллюен: «совокупность из 100 букв, выбранных случайным образом..., фраза в 100 букв из газеты, пьесы Шекспира или теоремы Эйнштейна имеют в точности одинаковое количество информации» [Л.Бриллюен, 1960. - С. 29].

Сторонники других (физических) концепций считают, что информация — фундаментальная категория (понятие) [Д. И. Блюменау, 1989. — С. 15], т.е. такая же основа мироздания, как вещество или энергия. Подобные воззрения характерны, например, для Н. Винера: «...информация есть информация, а не материя и не энергия» (цит. по [М. Мазур, 1974. — С. 18]).
Также по-разному представляют основные принципы понятия «информация» и философы. По мнению одних, информация существует лишь при коммуникативных процессах с участием человека [Д. И. Блюменау, 1989]. Другие полагают существование и потенциальной информации (при взаимодействии между собой объектов неживой природы) [Краткий словарь..., 1979. — С. 114-115].
Необходимо отметить, что количество концепций и парадигм довольно велико. Тем не менее складывается парадоксальная ситуация — разработаны количественные методы вычисления информации, имеется множество определений понятия «информация», но при этом существующие теории не дают адекватного, качественного понимания ее смысловой сущности, когда производят расчет количества информации. Иными словами, количественная сторона проблемы относительно развита, но не обеспечена качественным пониманием объекта вычисления.

В чем же все-таки заключается проблема определения и понимания информации? Исходя из принципа Винера, предположим, что информация действительно присуща всему в нашем мире. В подтверждение того, что информация может быть по значению сравнима с веществом и энергией, приведем следующие аналогии [К. В.Бердников, В.С.Тикунов, 1992].
1. Информацию, как и вещество, и энергию, можно передавать и принимать, накапливать, использовать.
2. Предположим также, что существование информации — объективно, не зависит от наших знаний, а восприятие — субъективно и определяется умением пользоваться той или иной знаковой системой (или хотя бы знаниями о ее существовании).
3. Физические объекты и явления (например, материальное тело) имеют множество характеристик: высота, длина, плотность, упругость, масса, вес и т.д., но нет одной, универсальной. Можно предположить, что и информация может описываться самыми разнообразными характеристиками и нельзя ограничиваться только вычислением ее количества.
4. Вполне вероятно (пока это не более чем гипотеза) наличие двух основных законов: а) закона сохранения информации, который должен формулироваться аналогично законам сохранения массы и энергии; б) закона взаимодействия двух объектов, обладающих информацией (возможно, он будет иметь такую же алгебраическую формулу, как и законы Ньютона и Кулона).

Анализируя и обобщая многие определения информации, сделаем следующий вывод-определение: информация — все, что может быть сообщено. При этом основное различие внутри этого понятия состоит не в информации живой (и неживой) природы и человека, а в существующей (наличествующей) и передаваемой информации. Существующая информация — сведения, которые можно сообщить о каком-то объекте (явлении), некоторое подобие потенциальной энергии. Передаваемая информация — сообщаемые по каналу информации сведения, это в определенной степени аналог кинетической энергии (рис. 1). Хотя потенциальная энергия Ер может перейти полностью в кинетическую ЕK, а существующая информация по-иному связана с передаваемой, все же некоторая аналогия между энергией и информацией просматривается. Передаваемая информация зависит от более или менее удачно подобранных знаковых систем и отдельных знаков, существующая же информация объективна и определяется только тем объектом или явлением, в котором заключена.

Рис. 1. Переход потенциальной энергии в кинетическую (доступно при скачивании полной версии книги)

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу