Развитие информационной технологии геохронологического трекинга для исторических исследований в ГИС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации, Российская академия наук 198207, Россия, г. Санкт-Петербург, линия 14-Я в.о., 39, оф. СПИИРАН

Развитие информационной технологии геохронологического трекинга для исторических исследований в ГИС

Ивакин Ян Альбертович

доктор технических наук

ведущий научный сотрудник

Потапычев Сергей Николаевич

кандидат технических наук

старший научный сотрудник

Аннотация

информационный технология трекинг научный

Предметом рассмотрения предлагаемой статьи является логический аппарат и функциональные средства, реализующие прикладную информационную технологию геохронологического трекинга. Эта информационная технология, в прикладном аспекте, представляет собой научно-методический и программный инструментарий для автоматизации определенного класса исторических задач, связанного со слиянием биографических и географических данных на базе геоинформационных систем и соответствующих геоинформационных технологий. Она является примером узкоспециализированных информационных ГИС-технологий, разрабатываемых в интересах ученых - историков, использующих географическую интерпретацию своей предметной области при решении исследовательских задач Основной методологической базой данной работы является объектно-ориентированный подход к моделированию в ГИС предметных областей, на базе онтологий, широко применяющейся в современном программировании и разработке сложных программных систем. Новизна предлагаемых решений заключается в разработке принципов реализации интеграции биографической и географической информации для гуманитарной сферы научного знания. Рассмотрению качественно новых возможностей такого ГИС-инструментария, как программное приложение реализации геохронологического трекинга, приобретаемых им в процессе его развития, посвящена данная статья.

Ключевые слова: Географические информационные системы, технологии для исследований, геохронологический трек, геохронологический трекинг, исторические исследования, Информационные технологии, методологический аппарат, программный аппарат, географические данные, биографические данные

Abstract

The article addresses logical and functional features of an applied geochronological tracking information technology. From the viewpoint of its applied aspect, this information technology is scientific methodological and program tools to automatize certain historical issues related to biographical and geographical data merge on the basis of geoinformation systems and corresponding geoinformation technologies. It is an example of a specific information technology developed to help historians employing geographical interpretation of their subject domain when solving research problems. The methodology bases on the object-oriented approach to modeling within GIS domains and ontologies widely used in modern programming and complex software systems development. The novelty of the solution proposed is the principles of biographical and geographical data integration for humanities. The article studies qualitatively new opportunities provided by such a GIS tool as software application of geochronological tracking which it acquires in the process of its development.

Keywords: geochronological track, geochronological tracking , historical research, Information technologies, methodology, software, geographical data, biographical data, research technologies, Geographic information systems

Геоинформационные системы (ГИС) сегодня прочно заняли свою нишу в парке программно-технологических средств, используемых исторической наукой. В ^[1] дан обобщенный и достаточно полный анализ методологических основ применения ГИС в исторических исследованиях. Показано, что помимо широких возможностей по наглядному представлению результатов исторических исследований ГИС выступают самостоятельными средствами обобщения и научной обработки исторической информации. Однако, анализ указанных основ в своей программно-технологической части опирался на понимание возможностей ГИС, прежде всего исходя из представления о функциональности универсальных, т.н. коробочных версий программных продуктов типа MapInfo и ArcView, разработанных исследовательским центром Environment System Research Institute (ESRI), USA. Не умоляя научно-методических выводов о путях и методах применения ГИС в исторических исследованиях в части развития методологии истории, как науки, из ^[1], необходимо констатировать, что достижения современной геоинформатики значительно расширяют технологические возможности применения ГИС в исторических исследованиях.

За последнее десятилетие развитие геоинформационных технологий в целом охарактеризовалось следующими программно-технологическими тенденциями, определившими глобальное направление развития указанных программно-информационных систем ^[2]:

1. Доминирующий переход к построению ГИС по клиент-серверной архитектуре, в сочетании с использованием распределенных информационных ресурсов. Таковыми ресурсами могут выступать как цифровые наборы картографических данных (например, картографический набор данных OpenStreetMap на http://www.openstreetmap.org ), так и пространственно-координированные данные любой информационной парадигмы, имеющие географическую привязку (например, данные о движении самолетов гражданской авиации в реальном масштабе времени с сетевого сервиса на https://www.flightradar24.com или историко-биографические данные о перемещениях военнослужащих Советской Армии в годы Великой Отечественной Войны 1941-1945 гг. с ресурса https://pamyat-naroda.ru );

2. Качественный переход в развитии структур данных, используемых в ГИС, от последовательного усложнения процедур и механизмов типизации к широкому применению методологии и программных механизмов онтологического подхода. Вопросы применения онтологий в ГИС широко описаны в ^[3,4].

В своей совокупности реализация указанных программно-технологических тенденций позволяет пользователю-историку в ходе проведения исследований не ограничиваться функциональностью готовой (пакетной) ГИС, а создавать для себя свои, узкопрофессиональные программные инструменты, автоматизированные узкоспециальные процедуры и отдельные функции на базе «начальной палитры» функциональных модулей. Иными словами, они значительно расширяют прикладные возможности продвинутого исследователя-историка за счет предоставления ему возможности самостоятельно синтезировать необходимые программно-информационные инструменты исследования, автоматизировать свои специализированные методики. При этом ГИС, построенная на современных технологических основах, является не просто информационной системой, обеспечивающей сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных), а программно-информационной системой моделирования прикладных процессов в предметной области исторического исследования.

Полноценное развитие указанных тенденций в современных условиях привело к качественному технологическому скачку в применении ГИС для исторических исследований. Он выражается в том, что теперь не исследователь-историк должен пытаться использовать типовой функционал универсальной ГИС, определяемый, как правило, задачами геодезии, картографии и геоинформатики при решении своих предметных задач, а современная ГИС должна представлять исследователю соответствующую гамму модульных средств синтеза моделей для решения исследовательских задач в его предметной области. По существу, это означает создание технологической базы для широкой автоматизации в ГИС специфических геопространственных задач, характерных для методов исторических исследований, для научно-методических средств исторической науки, связанных с географической привязкой.

Одним из примеров такой автоматизации является информационная технология геохронологического трекинга,представленная и описанная в ^[5]. Адаптация программных решений, реализующих геохронологический трекинг, к выше представленным тенденциям, а также описание новых возможностей данной технологии в свете такой адаптации есть предмет рассмотрения данной статьи.

Реализация геохронологического трекинга на базе распределенной информационной архитектуры и онтологий

Информационная технология геохронологического трекинга есть совокупность методов, моделей, приемов, методик и способов сбора, передачи, обработки, отображения и выдачи потребителю информации об обобщении геохронологических треков исторических личностей. В свою очередь, как показано в ^[5], построение геохронологического трека исторической личности (индивида) или исторического объекта на основании геопространственной интерпретации его биографической информации есть интеграция хронологических и географических данных в виде графа, соединяющего географические точки нахождения исторической личности. При этом вершины такого графа имеют строгую историко-географическую привязку, а дуги носят условно-логический характер. Иными словами, информационная технология геохронологического трекинга есть совокупность процессов накопления и интеграции данных о географическом перемещении исторических личностей за установленный период времени с представлением результатов в виде обобщающего графа в ГИС.

Для формирования геохронологических треков, их анализа и объединения в рамках технологии трекинга применяется специальная ГИС геохронологического трекинга, использующая распределенные информационные ресурсы. Архитектура данной ГИС представлена на рисунке 1.

Пользователь взаимодействует с программной системой через Web-интерфейс. Данный интерфейс позволяет управлять системой с различных устройств ввода информации. Он обеспечивает ввод, редактирование и отображение данных, предоставляемых другими компонентами системы.

Для построения геохронологического трека используются различные наборы данных, таких как:

- набор данных и компонент мест дислокации воинских частей;

- набор данных и компонент воинских частей;

- набор данных и компонент индивидов;

- наборы и компонент доступа к картографическим данным.

Проверка корректности введенных данных осуществляется компонентом проверки корректности данных. Если обнаружен факт некорректности введенных данных, то пользователь получает сообщение с предложением корректировки этих данных.

Основная часть ГИС геохронологического трекинга - компонент формирования геохронологического трека.

Он позволяет:

- проводить формирование геохронологических треков для различных временных интервалов (месяцев, лет, веков);

- настраивать отображение геохронологических треков (цвет, фактура, направление и толщина линий и т.д.);

- редактировать геохронологические треки для более наглядного их отображения.

Компонент объединения треков индивидов обеспечивает логико-математическое и визуальное представление обобщающего графа на статистически значимой выборке индивидуальных треков за исследуемый исторический (временной) интервал. Он является интегрирующим звеном при работе описанной программной системы, а соответственно и центральным логическим элементом описываемой информационной технологии.

Реализация архитектуры представленной ГИС геохронологического трекинга тесно увязана с онтологическим подходом к структурированию и типизации данных, как в локальной системе, так и в рамках глобальной сети Интернет. Именно применение такого современного аппарата типизации данных позволяет добиться эффективной работы с данными практически из любых удаленных источников формализованной информации в глобальных сетях.

Рисунок 1. - Архитектура ГИС геохронологического трекинга при использовании распределенных информационных ресурсов

Возможности геохронологического трекинга при проведении исследований

Прикладная информационная технология геохронологического трекинга реализует следующий алгоритм действий по работе с массивами биографических данных исторических личностей и географической информацией о событиях, связанных с этими личностями (Приводится на примере данных исследования политики в области распределения военных кадров):

1.Изначально историк-исследователь осуществляет архивный отбор послужных списков исторических личностей (в рамках рассматриваемого примера - офицеров), формируя тем самым инфологическую базу проводимого исследования. При этом данные, получаемые из указанных послужных списков, приводятся к единому, предметно-обусловленному формату представления исходной информации. Это позволяет добиться первичной «стандартизации» в представлении исходной информации из разрозненных документов, которые в разные исторические периоды имели различные процедуры и виды оформления, уровни достоверности и полноты. Пример такого формата, а так же существо формирования инфологической базы показаны на рисунке 2.

2. Для формирования отдельной базы данных по населённым пунктам, в которых расквартировывались воинские части, в отдельном модальном окне пользовательского интерфейса осуществляется ввод географических координат (широты и долготы географического места) населенных пунктов размещения (расквартирования, постоя и пр.) воинских частей. Правила и информационно-технологические особенности определения населенных пунктов размещения воинских частей и их точных координат с точностью до десятых долей градусов описаны в работе ^[5]. Географической точкой расположения населенного пункта принимается широта и долгота расположения главпочтамта (почтовой станции, отделения почты) в этом населенном пункте. Существо процесса формирования базы данных по местам дислокации воинских частей можно понять из рисунка 3.

Рисунок 3. - Модальное окно базы данных по местам дислокации воинских частей

При этом производится автоматическое нанесение вводимых географических точек в геоинформационное приложение программной реализации, что обеспечивается через соответствующий сервис, который все данные получает через Internet. Он предоставляет картографические данные как в виде наборов растровых тайлов, так и в виде наборов атрибутов конкретных картографических объектов. В данном случае основной картографический набор данных это OpenStreetMap (http://www.openstreetmap.org).

3. Аналогично через соответствующее модальное окно формируется база данных наименований воинских частей, которые обрабатываются в процессе трекинга, т.е. в процессе построения и обобщения индивидуальных треков исторических личностей. Соответственно информационно-технологические особенности внесения в базу данных наименований воинских частей представлены в ^[5]. Указанное формирование носит вид внесения записей в эту базу, что показано на Рисунке 4.

Рисунок 4. - Модальное окно базы данных наименований воинских частей

Определение значения поля «Дислокация» в указанной базе данных производится только посредством выбора варианта из выпадающего меню, согласно базы данных по местам дислокации воинских частей.

4. Ввод информации в вышеуказанные базы данных обеспечивает формирование в специализированном интерфейсе моделей т.н. индивидуальных послужных карточек «Геохронологический трек индивида». Процесс такого формирования сводится к последовательному заполнению соответствующих форм, что показано на Рисунке 5.

В ходе формирования индивидуальных послужных карточек «Геохронологический трек индивида» принято, что послужной список военнослужащих является непрерывным во времени: т.е. дата назначения к следующему месту службы рассматривается как дата завершения службы на предыдущем месте. Очевидно, что аналогичными являются рассуждения для пересыльных карт заключенных и других категорий исторических личностей, чьи биографические данные являются исходной информацией для исследований с использованием научно-методического инструментария геохронологического трекинга. (Принципы определения таковых категорий приведены в работе ^[5]). Соответственно, обобщение и визуальное представление совокупности индивидуальных послужных карточек на базе ГИС-интерфейса представляет собой существо работы программного средства, автоматизирующего процесс геохронологического трекинга.

Рисунок 5. - Формирование индивидуальных послужных карточек индивидов

5. На завершающем этапе производится инициация построения и обобщения треков индивидов на географической карте. Результатом реализации функциональности программного средства «Геохронологический трекинг» является географическая карта, на которой наносится граф обобщающий геохронологические треки индивидов, карточки которых занесены в базу данных. Пример такой реализации показан на Рисунке 6.

Рисунок 6. - Пример реализации геохронологического трекинга в ГИС

Вершинами такого графа являются места дислокации воинских частей, а дугами - направленные линии характеризующие количество назначений-перемещений за рассматриваемый период. Пользователь имеет возможность получить числовые параметры, определяющие характеристики каждой дуги графа, обобщающего геохронологические треки индивидов, в выпадающее окно путем инициации этих дуг курсором.

Заключение

Использование информационной технологии геохронологического трекинга в процессе исторических исследований открывает принципиально новые возможности применения апробированных аналитических методов в сфере гуманитарного знания. Это прежде всего применение прикладных методов математической теории графов, аппарата фракталов, методов современной математической топологии и пр. Так, в частности, применение метода определения подграфа изоморфного к заданному (теорема об изоморфности графов из теории графов) применительно к графу геохронологического трекинга позволит проследить закономерности в особенностях исследуемой кадровой, конфессиональной и пр. политики для соответствующего исторического периода. Аналогичные интерпретации применения прикладных количественно-топологических методов на базе геохронологического трекинга в ГИС можно привести для самых различных вариантов задач и их формализованных постановок, примеры которых приведены в ^[6,7].

Научно-методическая и программно-технологическая проработка обобщающего перечня и детальных вариантов решения указанных задач составляет существо дальнейших работ и исследований по информационной технологии геохронологического трекинга в ГИС. Вместе с тем, уже сегодня можно констатировать широкую перспективу и прикладную применимость этой информационной технологии.

Поддержка исследований. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект №16-07-00127).

Библиография

1. Владимиров В.Н. Историческая геоинформатика: геоинформационные системы в исторических исследованиях: монография.-Барнаул: Изд-во Алт. Ун-та, 2005.-192 с.

2. Интеллектуальные географические информационные системы для мониторинга морской обстановки. // Под общ. ред. чл.-кор. РАН Юсупова Р.М. и д-ра техн, наук Поповича В.В. - СПб.: Наука, 2013. - 284с.:ил.

3. Ивакин, Я.А. Интеллектуализация геоинформационных систем. Методы на основе онтологий [Текст]: монография / Я.А. Ивакин; - Germany, Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing, 2010.-322 с.

4. Ивакин, Я.А. Изоморфность обобщенной и конкретизированных онтологий диспетчерской деятельности [Текст] / Я.А. Ивакин, А.В. Панькин // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладные методы процессов управления.-2008.-серия 10, вып. 1.-С. 75-86.

5. Потапычев, С.Н. Геохронологический трекинг - специализированный ГИС-инструментарий исторического исследования [Текст] // Ивакин Я.А., Потапычев С.Н. - Журнал «Историческая информатика. Информационные технологии и математические методы в исторических исследованиях и образовании», № 1-2-2016; с. 3-11.

6. Ивакин, Я.А. Сингулярные матричные пучки в обобщенной симметричной проблеме собственных значений [Текст] / Кочура А.Е., Подкользина Л.В., Ивакин Я.А., Нидзиев И.И. // Труды СПИИРАН.-2013.-Вып. 26. C. 253-276.

7. History & Mathematics: Political Demography & Global Ageing. Yearbook/ Edited by Jack A. Goldstone, Leonid E. Grinin, and Andrey V. Korotaev. - Volgograd: `Uchitel' Publishing House, 2015. - 176 pp.

Размещено на Allbest.ru