Веб-ГИС "Чертежи Русского государства XVI-XVII вв."

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Веб-ГИС «Чертежи Русского государства XVI--XVII вв.»

Фролов Алексей Анатольевич кандидат исторических наук, старший научный сотрудник, Институт всеобщей истории РАН, руководитель, Лаборатория исторической геоинформатики

Голубинский Алексей Алексеевич кандидат исторических наук, младший научный сотрудник, Институт российской истории РАН

Кутаков Сергей Сергеевич аспирант, Государственный академический университет гуманитарных наук

Аннотация

Предметом исследования является историческая веб-ГИС, открытая для всеобщего пользования в начале 2017 г. на сайте РГАДА. В статье описаны особенности привлеченных к работе исторических источников, алгоритм работы с ними, использовавшееся программное обеспечение, структура атрибутивной таблицы ГИС-проекта, апробированные способы геокодирования цифровых копий чертежей, методы более точного установления связи между изображением на чертеже и местностью.

Также охарактеризованы возможности веб-интерфейса, который позволяет пользователю сети Интернет через любой браузер работать с данным ресурсом с помощью инструментов масштабирования, навигации, текстового поиска, считывания атрибутов выбранного объекта, изменения прозрачности растров, выбора картографической подосновы.

Описаны возможности обращения к исходной атрибутивной таблице и поиска по ней, просмотра недеформированного (не подвергнутого процедуре геокодинга) большеформатного изображения чертежа (в том числе возможности масштабирования, перемещения и вращения объекта). Несмотря на разнообразие в технике изготовления и оформления чертежей, а также различное их назначение и происхождение, исследованные чертежи в известных пределах адекватно отражают историческую реальность. Это позволяет рассматривать совокупность чертежей как некий комплекс документов, к которому применимы общие приемы онлайн-публикации.

Примененные технологии базируются преимущественно на использовании «открытого» программного обеспечения (от создания десктопной версии ГИС-проекта до пространственных библиотек, применяемых при визуализации веб-версии). Оптимизация работы веб-ГИС, оперирующей весьма объемными данными, строится в основном на сокращении трафика между сервером и клиентом. Для этого работа организована таким образом, что загрузка на клиентскую машину всех растровых и большинства векторных объектов происходит только после того, как с клиентской машины на сервер поступил пользовательский запрос о конкретном объекте.

Основным результатом работы стало открытие свободного доступа через сеть Интернет к корпусу русских чертежей XVI--XVII вв. Всего на ресурсе опубликованы описания около 1000 картографических чертежей, для большинства из них имеются качественные изображения. Вновь выявлено в ходе работы над веб-ГИС 49 чертежей, ранее не учтенных в Каталоге В. С. Кусова. Привязать к местности удалось данные с более чем 700 чертежей, около 140 пока не локализованы. Предложен оригинальный метод локализации на карте территории, изображенной на чертеже.

Ключевые слова: Географическая информация, Исторические источники, Картографические чертежи, Публикация архивных материалов, Веб-ГИС, Исторические ландшафты, История России, Историческая геоинформатика, История картографии, Историческая география

Abstract

The study aims at a web-GIS that has been publicly-accessible since the early 2017.The article describes the sources used, the algorithm of their processing, the software, the structure of GIS-project attribute table, the ways to geocode digital copies of drawings as well as the methods of closer linking of drawing's image to a location. Web-interface is characterized as well. It lets a user work with the resource through any browser with the help of scaling and navigation tools, text search, reading of selected object attributes, variation of raster transparence and choice of cartographic underlay.

The article also describes the possibilities to address the initial attribute table and its lookup and view undeformed (not geocoded) large-scale drawing image (including the possibility to scale, move and rotate an object). In spite of different techniques of drawings execution as well as their different purpose and origin, the drawings studied are rather good at describing historic reality. This provides for considering a set of drawings as a document complex that can undergo general procedures of online publishing. The technologies used are mainly based on the employment of “open” software (from creation of desktop version of GIS-project to spatial libraries used to visualize web-versions).

Optimization of web-GIS work mainly relates to minimization of traffic between a server and a client. To do this the work is organized so that downloading of all raster and most of vector objects starts only after the client's computer sends a user query for a definite object to the server. The main result of the study is a free Internet access to the complex of Russian drawings of the 16th-17th centuries. The number of cartographic drawings totals 1000 and most of them have good images. 49 drawings have been found that had been left out by V.S. Kusov's catalogue. Over 700 drawings have been linked to a locality and 140 have not been localized yet. An original method to localize a territory shown on the drawing on the map has been developed.

Keywords: cartographic drawings, archival data publishing, web-GIS, historical landscapes, Russian history, historical geoinformatics, historical cartography, historical geography, historical sources, geographical information

геоинформационный исторический чертеж цифровой

Корпус известных русских картографических чертежей XVI--XVII вв. (по существу - только XVII в., поскольку от предыдущего столетия сохранился только один) насчитывает в настоящее время около 1000 документов. Большинство их никогда не публиковалось, а простейший способ узнать об их существовании и получить общее описание каждого заключался до недавнего времени для исследователя в том, чтобы обратиться к ставшему библиографической редкостью каталогу, который был составлен В.С. Кусовым ^[6], или, например, к работе Валери Кивельсон ^[4]. «Пространственный поворот», происходящий в гуманитарном знании с последней четверти XX в., делает использование картографических исторических источников все более актуальным, а геоинформационные технологии открывают для этого все возможности. В частности, представление геоданных посредством обычного веб-браузера в сети Интернет позволяет работать с получившими привязку к местности сведениями картографических источников, даже не обладая знаниями в области картографии.

Для раскрытия информативного потенциала русских картографических чертежей в Лаборатории исторической геоинформатики Института всеобщей истории РАН ^[7] и был задуман данный проект. Реализация его стала возможной в 2014-2016 гг. после получения гранта РНФ (проект № 14-18-02121, руководитель - И.Г. Коновалова). Это начинание нашло полную поддержку у Российского государственного архива древних актов, на сайте которого и размещены результаты работы ^{[10, 1]}.

Отправной точкой для выявления ранних русских чертежей стал Каталог В.С. Кусова ^[6]. Большая часть учтенных в Каталоге чертежей хранится в РГАДА и принадлежит двум архивным фондам: ф. 27 («Приказ тайных дел») и ф. 1209 («Поместный приказ, Вотчинная коллегия и Вотчинный департамент»). Отдельные дела рассредоточены среди других фондов РГАДА, небольшие коллекции или отдельные дела известны и в других архивах страны. В ходе работы над проектом нами и нашими коллегами было обнаружено еще несколько десятков чертежей. Благодаря пониманию, которое встретила наша работа за пределами РГАДА, в системе представлены некоторые чертежи Архива Санкт-Петербургского Института истории РАН, Отдела письменных источников Государственного исторического музея, Российской государственной библиотеки. Мы признательны коллегам, которые поделились с нами информацией о неизвестных нам документах - А.В. Дедуку, И.Ю. Анкудинову, Т.А. Базаровой, Н.В. Башнину, А.Д. Шаховой, А.В. Сиренову. Отдельная благодарность - руководству Российского государственного архива древних актов (г. Москва) и лично его директору М.Р. Рыженкову.

Фронт нашей работы был ограничен чертежами, изготовленными в Русском государстве и по территориям, к нему принадлежавшим. Поработать с чертежами немногочисленных коллекций из других хранилищ страны мы пока что не имели возможности.

Набор данных Каталога предопределил структуру таблицы в формате Excel, отдельные поля которой создают описательную статью для каждого чертежа - его номер по Каталогу, название (предложенное, обычно, В. С. Кусовым), архивный шифр дела, размер (в сантиметрах), технику исполнения, филиграни бумаги и их определение по трем альбомам водяных знаков: Гераклитова, Диановой и Костюхиной, Клепикова ^{[2, 3, 5]}, характер документа (наличие даты на нем, копийность, предположения об атрибуции и т.д.), диапазон дат, использованные условные обозначения, текст на поле чертежа, текст на оборотной стороне листа, описания и/или публикации чертежа в исследовательской литературе, дополнительные сведения (обстоятельства создания документа, например - принадлежность к судебному делу).

Из перечисленных полей только два, определяющих нижнюю и верхнюю датировки документа, добавлены к структуре Каталога нами. Календарные даты, сообщающие о времени изготовления чертежа, обнаружены лишь на 41 документе. Остальные датируются в более или менее широких диапазонах, лежащих, преимущественно во второй половине XVII в. - на основании датировок службы в дьяках или подьячих, обретения чина стольника, окольничего или боярина или момента смерти связанных с составлением чертежа персон.

В настоящее время далеко не все возможности датировки исчерпаны, поскольку для этого требуется более обстоятельное изучение содержания документов, которое предполагается на следующем этапе работы. Но уже сейчас можно констатировать, что коллекция весьма неоднородна по хронологии образующих ее документов. Наиболее компактно датируется собрание чертежей Приказа Тайных дел (ф. 27 РГАДА), существовавшего в период с 1663 по 1676 гг. ^{[12, с. 252, прим. 9]}. Впрочем, есть здесь и несколько чертежей более раннего времени, включенных в делопроизводство Тайного приказа. Мы допускаем, что среди учтенных в веб-ГИС оказались чертежи, изготовленные в XVIII в. Об этом иногда можно судить по манере исполнения недатированного чертежа. Но исключены из поля нашего зрения были лишь те чертежи, которые имеют явную дату XVIII в.

В ходе работы по проекту данные Каталога, внесенные в таблицу, дополнялись и корректировались, был исправлен ряд ошибок в архивных шифрах, в прочтении скорописи XVII в., в географической атрибуции. Мы также обнаружили, что далеко не весь текст с чертежей перенесен В. С. Кусовым в Каталог. В перспективе мы планируем внести в таблицу полный текст, содержащийся как на лицевой стороне каждого чертежа, так и на его обороте. Некоторые изображения, учтенные в Каталоге под одним номером, представляли собой два или три самостоятельных чертежа. В таких случаях каждый сохранил номер из Каталога, но получил дополнительно латинскую литеру. Чертежи, в Каталог не попавшие, то есть вновь выявленные, нумеровались нами, начиная с номера 1000.

В качестве программного обеспечения для создания ГИС-проекта была использована Quantum GIS (QGIS) - программа с открытым кодом, предоставляющая в распоряжение пользователя большинство инструментов, применяемых в современных ГИС-технологиях, достаточно популярная альтернатива проприетарным продуктам ^[15]. QGIS весьма динамично развивается, и если в начале работы мы работали с версией 1.7, то в конце 2016 г. - уже с версией 2.18. На компьютерах сотрудников Лаборатории использовались различные сборки QGIS - OSGeo, NextGIS, QGIS KyngChaos.

Съемка чертежей осуществлялась двумя способами - фотоаппаратом Canon 5D Mark II (объектив Canon EF 24-105mm f/4L IS USM.) и планшетным сканером SMA формата A2. Выбор средства оцифровки определялся возможностью хорошо развернуть оригинал (принимая во внимание размер и сохранность чертежа) - если это удавалось, то приоритет отдавался сканеру, в противном случае производилась съемка на фотоаппарат. Соединение частей изображений велось с помощью Adobe Photoshop, Kolor Autopano Giga 4.2.0 и PTGui.Pro.10.0.7.

Работа над каждым чертежом в ГИС начиналась с поиска местности, которая на нем изображена, и очень приблизительной привязки картинки к современной карте. «Геокодированием» эту процедуру можно назвать лишь условно в силу особенностей изображений. Характерной чертой для чертежей Московской Руси является то, что они создавались без строгого соблюдения масштаба, без системы координат и, разумеется, без учета какой бы то ни было проекции. Более того, задача соблюсти пропорции и отразить адекватно направления при составлении большинства чертежей тоже не ставилась. Поэтому попытки максимально точной привязки чертежей демонстрируют, что такое решение в данном случае нецелесообразно. Алгоритм «резинового листа» (thin plate spline) деформирует все поле растра наиболее гибко, учитывая соответствие каждой из указанных реперных точек точкам на местности и гибко искажая рисунок между ними (рис. 1).

Но в результате изображение может меняться до неузнаваемости, когда невозможно ни прочитать текстовую информацию чертежа, ни судить об изображенных на нем объектах. В таких случаях присутствие трансформированного варианта изображения в веб-ГИС оказывается для пользователя практически бесполезным. Поэтому для привязки растра в ГИС применялся алгоритм трансформации Гельмерта с интерполяцией по методу ближайшего соседа, который осуществляет сдвиг и поворот растра (рис. 2).

Рис. 1. Искажение изображения чертежа в результате применения алгоритма «резинового листа» для геокодирования (РГАДА. Ф. 1209. Оп. 1. Столбцы. Калуга. № 26646. Л. 131--132).

Рис. 2. Искажение изображения чертежа в результате применения алгоритма Гельмерта для геокодирования (РГАДА. Ф. 1209. Оп. 1. Столбцы. Калуга. № 26646. Л. 131--132).

Этот алгоритм позволяет, по возможности, визуально соотносить представленное изображение с реальными географическими объектами, не меняя его вид до неузнаваемости. Более 700 чертежей получили в результате привязку к местности, однако еще около 140 локализовать пока что не удалось. В перспективе часть из них будет «привязана» по мере анализа дополнительных сведений о чертеже (контекста судебных дел, в составе которых он сохранился и проч.).

Чтобы передать связь изображения на чертеже с конкретной местностью более точно и, тем самым, облегчить для пользователя работу с географической информацией, был создан векторный слой (в формате *.shp), каждый полигон которого закрывает территорию, нанесенную на соответствующем чертеже. Разумеется, границы ее в принципе не могут быть определены точно, и даже эти полигоны следует воспринимать как реконструкцию.

При создании полигонов мы исходили из допущения (которое базируется на практическом опыте изучения поселенческих структур XV--XIX вв.), что современные сельские населенные пункты восходят к селениям XVII в. и более раннего времени. Поэтому если на чертеже, который изображает не только города и села, но и рядовые сельские поселения XVII в., отсутствует населенный пункт, одноименный с современной деревней, то это считалось достаточным основанием, чтобы не включать место соответствующей современной деревни в границы полигона. Кроме того, мы исходили из того, что сельскохозяйственная округа современных селений в целом сформировалась уже ко второй половине XVII в. Поэтому если чертеж не имел цели обозначить четко границы населенного пункта, а предполагал отображение и тянущих к нему угодий, мы, как правило, в границы полигона включали и современные пашенные угодья соответствующего селения. Возможность сохранения схем землепользования с XVIII в. по настоящее время была продемонстрирована в ходе исследований, выполненных в сотрудничестве РГАДА с Географическим факультетом МГУ имени М.В. Ломоносова ^[9].

Локализации границ изображения было уделено много внимания. В силу отмеченных выше особенностей самих чертежей очерчивать территорию, которая на них отображена, пришлось «вручную», сопоставляя взаимное расположение лежащих по краям чертежа объектов с картами разного времени, принимая во внимание микрорельеф и наличие различных элементов ландшафта. Современное и историческое состояние местности анализировалось с привлечением ряда картографических ресурсов, опубликованных в сети Интернет ^{[8, 11, 13, 14]}. По возможности привлекались и данные Генерального межевания, адаптация которых к современной карте существует для ряда регионов. При создании полигона, маркирующего изображенную на чертеже местность, принимались во внимание особенности ландшафта (озера, реки, ручьи, овраги, болота, дороги, рельеф, ландшафтные зоны) и топонимики (селения и урочища).

Количество точек привязки по понятным причинам невелико, главным было определить масштаб и угол поворота чертежа. После его привязки в распоряжении авторов оказались трансформированные растры в формате GeoTiff, а также полигоны, все в проекции EPSG:3857. Для повышения производительности системы для изображений GeoTiff было выполнено построение пирамид 6 уровней. Эти данные были помещены на сервер NextGISWeb, находящийся на одном сервере с оболочкой. Размещение данных на сервере производится с помощью загрузчика, позволяющего пакетную загрузку - NextGISManager. В создании этой системы авторам оказали огромную помощь специалисты компании NextGIS. Полигоны, отображающие приблизительно площадь, которую покрывает каждый чертеж, загружаются на клиентскую машину по отдельности - только после выбора этого объекта пользователем. Это существенно ускоряет загрузку страницы и снижает трафик между сервером и клиентом. Шаблоны кодов, предлагаемые пространственной библиотекой Leaflet, были отредактированы в соответствии с конкретными нуждами проекта.

Обмен текстовои? информациеи?, содержащеи? описания чертежей, осуществлен с помощью Javascipt и GeoJSON. Система отображения нетрансформированных чертежей реализована на основе оболочки Zoomify PRO с формированием запроса с помощью языка PHP. Вышеописанная система установлена на сервер с операционной системой Ubuntu 14.04 LTS.

Проект имеет три вида:

1) Основная информация о чертежах. В «основном» виде маркерами представлены местоположения центров чертежей, а также приведены общие данные о каждом. В состав этой краткой справки включены данные о названии (заголовке) чертежа, архивному шифру и номеру по каталогу В.С. Кусова. Строка поиска по всем полям таблицы (не только основным) позволяет быстро найти интересующий чертеж (рис. 3).

Рис. 3. Общий вид веб-ГИС «Чертежи Русского государства XVI--XVII вв.» при загрузке страницы.

Голубой поинт-маркер отмечает центр чертежа. Но при этом известно достаточно много случаев, когда по одной территории сохранилось несколько чертежей, многие отображают участки местности, прилегающие одна к другой. Для лучшего восприятия всего массива геокодированных чертежей на карте использована техника кластеризации (группировки) близлежащих объектов. Если отдельно отображаемый маркер на карте показан голубым цветом, то кластеры маркеров - кружками ярких цветов, в зависимости от количества близлежащих чертежей. Число маркеров в кластере указано внутри соответствующего кружка. При изменении масштаба просмотра (кнопка «+/-» интерфейса веб-ГИС или колесико скролла мыши) группы разделяются или объединяются на отдельные маркеры, часть меняет цвет. Полигон голубого цвета, всплывающий при наведении курсором на кластер, в качестве вершин использует отдельные маркеры.

Когда курсор наведен на отдельный маркер, появляется полупрозрачный полигон розового цвета с красным контуром (рис. 4).

Рис. 4. Локализация на современной карте территории, изображенной на историческом чертеже.

Розовым полигоном закрыта та территория, которая изображена на соответствующем чертеже. При активации (нажатии на маркер) проявляется сам чертеж, трансформированный в соответствии с современной картой (рис. 5).

Привязанный к карте растр чертежа появляется после щелчка внутри соответствующего розового полигона. Прозрачность загруженного геокодированного растра может регулироваться с помощью ползунка в нижней части экрана - от почти полностью прозрачного до непрозрачного состояния.

Карта может быть развернута во весь экран нажатием кнопки «Список», расположенной в правом верхнем углу карты (или, наоборот, свернута в левую часть экрана из развернутого состояния). Карта позволяет понять, где находится та местность, которая отображена на каждом из геокодированных чертежей.

Рис. 5. Приблизительное соотнесение изображения на чертеже с местностью в веб-ГИС.

Современная геоподоснова OpenStreetMap предлагается пользователю в трех видах (выпадающее графическое меню в левом нижнем углу карты), но при необходимости можно вовсе отказаться от отображения геоподосновы.

2) Полная информация о чертежах. В случае, если кратких данных о чертеже недостаточно, можно перейти к полному варианту таблицы, нажав в правом нижнем углу на надпись «Полная информация по чертежам». На этой странице представлена максимально подробная информация - размер чертежа, филиграни, надписи, техники исполнения, датировки, информация о публикации чертежа (рис. 6).

Рис. 6. Полный вариант таблицы со сведениями о чертежах.

При работе с полным вариантом таблицы поиск возможен по отдельным полям - с помощью фильтров, применяемых для одного или нескольких полей. На любой стадии выборки, кликнув на строку, пользователь может перейти на карту, центрованную на выбранном чертеже (если чертеж удалось соотнести с картой), с полной информацией в правой части экрана. Возможность скачать таблицу будет закрыта для пользователя по крайней мере до того момента, как текст из Каталога В.С. Кусова будет полностью заменен набором текста непосредственно с чертежа.

3) Недеформированное изображение чертежа в высоком разрешении. В описательной части каждого чертежа помещена маленькая картинка, кликнув на которую, можно перейти на большеформатное изображение плана с удобными возможностями увеличения и вращения, в верхнем левом углу экрана на маленьком изображении наглядно виден масштаб увеличения, по нему также возможна навигация (рис. 7).

Рис. 7. Недеформированное изображение чертежа в высоком разрешении, загружаемое в отдельном окне.

Меню оболочки-просмотрщика представлено более подробно на рис. 8.

Рис. 8. Меню оболочки-просмотрщика.

Ближайшие перспективы проекта

По мере работы с чертежами стало ясно, что даже будучи воспроизведены в высоком качестве, они остаются недоступны для точного понимания большинства потенциальных пользователей в связи с тем, что чтение скорописи XVII в. требует определенной квалификации исследователя. Иногда даже опытный археограф оказывается в трудном положении при прочтении почерков этого периода, обладатели которых порой были представителями местных сообществ (например, подьячие местных приказных изб, попы, церковные дьячки, помещики и т.п.).

Сведения, приведенные в Каталоге В.С. Кусова, как оказывается, далеко не всегда решают проблему. С одной стороны, сличение предложенных в Каталоге прочтений с текстами на чертежах обнаруживает ошибки. С другой, внесенные в Каталог сведения далеко не полностью отражают текст на чертеже. Таким образом, первый этап работы с комплексом русских чертежей обозначил актуальность следующего этапа -- проведение процедур археографического и исследовательского характера для расширения круга пользователей ресурса и создания условий для полноценного пользования электронной публикацией.

Конечно, желательно разработать механизм, связывающий текст из таблицы с конкретным местом на чертеже. Кроме того, обозначается перспектива усовершенствования инструментария веб-ГИС, который может быть предложен пользователю: выборка чертежей по хронологии, представление динамики появления чертежей и динамики изменения историко-географических реалий, в которых эти документы создавались (административные границы и центры Русского государства XVI-XVII вв.), с помощью создания динамической карты. Не менее важным является и то, что в ходе реализуемого проекта создана платформа, на которой могут быть опубликованы картографические материалы и более позднего времени.

Функционал карты окажется весьма востребованным при электронной публикации карт первой половины XVIII в., а затем и периода Генерального межевания, в частности, в ближайшее время планируется оцифровка и выставление изображений городов XVIII в. В более отдаленной перспективе реализованные технические решения могут получить применение при создании национальной исторической ГИС.

Библиография

1. Веб-ГИС «Чертежи Русского государства XVI-XVII вв.» // Российский государственный архив древних актов. Б. м., б. г.

2. Гераклитов А.А. Филиграни XVII века на бумаге рукописных и печатных документов русского происхождения. М: Изд-во АН СССР, 1963. 260 с.

3. Дианова Т.В. Водяные знаки рукописей России XVII в. М.: 1980. 173с.

4. Кивельсон В. Картографии царства: Земля и ее значения в России XVII века. / Пер. с англ. Наталии Мишаковой; научн. ред. перевода Михаил Кром. - М.: Новое литературное обозрение, 2012. 360 с.

5. Клепиков С.А. Филиграни на бумаге русского производства XVIII - начала XIX в. / Отв. ред. Н.Н. Покровский. М.: Наука, 1978. 239 с.

6. Кусов В.С. Московское государство XVI - начала XVIII века: Сводный каталог русских географических чертежей. М.: Русскiй мiръ, 2007. 704 с.

7. Лаборатория исторической геоинформатики. Б. м., б. г.

8. Маршруты: сообщество путешествующих людей. Б. м., б. г.

9. Природная среда и земледельческое освоение территории Европейской России в Раннее Новое время // Геопортал МГУ. Б.м., б.г.

10. Российский государственный архив древних актов. Б. м., б. г.

11. Старые карты городов России онлайн - Это Место.ру. Б. м., б. г.

12. Топычканов А.В. К вопросу о методике установления авторства русских чертежей XVII в. (на примере чертежей из собрания Приказа тайных дел РГАДА) // Россия и проблемы европейской истории: Средневековье, новое и новейшее время: сб. ст. в честь чл.-корр. РАН С. М. Каштанова. Ростов: Гос. музей-заповедник «Ростовский Кремль», 2003. С. 245-259.

13. Яндекс.Карты - подробная карта России и мира. Б. м., б. г.

14. Google Карты. Б. м., б. г

15. QGIS: Свободная географическая информационная система с открытым кодом. Б. м., б. г.

Размещено на Allbest.ru