Информатизация географических исследований и пространственное моделирование природных и социально-экономических систем

ИНФОРМАТИЗАЦИЯ
ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
И ПРОСТРАНСТВЕННОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ
И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ
СИСТЕМ

Товарищество научных изданий КМК

Москва 2013

МЕЖДУНАРОДНАЯ АССОЦИАЦИЯ АКАДЕМИЙ НАУК
Объединённый научный совет по фундаментальным
географическим проблемам

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Научный совет по фундаментальным географическим проблемам

Институт географии

Ответственный редактор
академик В.М. Котляков

ISBN 978-5-87317-924-4
© Институт географии РАН, 2013.
© Объединённый научный совет по фундаментальным
географическим проблемам, 2013.
© Товарищество научных изданий КМК, издание, 2013.

Издание подготовлено в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума
РАН № 31 на 2012–2014 гг. «Роль пространства в модернизации России:
природный и социально-экономический потенциал»

Научные редакторы: О.Б. Глезер, Т.Г. Рунова

Утверждено к печати Учёным советом Института географии РАН

Рецензенты:
В.Л. Бабурин – д-р геогр. наук, профессор, зав. кафедрой географического ф-та МГУ им.
М.В. Ломоносова
Т.Е. Хромова – канд. геогр. наук, ведущий научный сотрудник Института географии
РАН

Информатизация географических исследований и пространственное моделирование природных и социально-экономических систем. М.: Товарищество
научных изданий КМК. 2013. 330 с.

Книга подготовлена по материалам докладов, с которыми выступили участники XVI
сессии Объединённого научного совета по фундаментальным географическим проблемам при МААН и Научного совета по фундаментальным географическим проблемам
РАН, проходившей 17–19 сентября 2012 г. в г. Алуште (Украина). Представлены концепции информационного обеспечения географических исследований, обобщены результаты проводимых в России, Украине, Беларуси, Азербайджане, Армении научных работ, связанных с развитием информационных технологий в различных отраслях географии, созданием инфраструктур пространственных данных, моделированием природных
и социально-экономических процессов на разных территориальных уровнях.
Книга ориентирована на географов, а также лиц, принимающих решения в сферах информатизации экономики и общества. Она будет полезна всем, кто интересуется ролью
географической науки в обеспечении пространственной информацией для решения актуальных проблем современности.

Informatization of Geographical Studies and Spatial Modeling of Natural and SocioEconomic Systems. Mosсow: KMK Scientific Press. 2013. 330 p.

The book is prepared on the basis of reports presented on 16th session of the Joint Scientific
Council on fundamental geographical problems of International Association of Academies
of Sciences and Scientific Council on fundamental geographical problems of Russian
Academies of Sciences held on September 17–19, 2012 in Alushta (Ukraine). Concepts of
information support of geographic research are presented, the results of ongoing scientific
work related to the development of information technology in various fields of geography,
spatial data infrastructure, modeling of natural and socio-economic processes at different
territorial levels in Russia, Ukraine, Belarus, Azerbaijan, and Armenia are summarized. It
will be useful to anyone interested in the role of geography in providing spatial information
for solving urgent contemporary problems.

УДК 910-911
ББК 20.18+26.65+26.89

ПРЕДИСЛОВИЕ

В современную эпоху в условиях информационного общества и растущей пространственной мобильности населения резко возрастает роль
географической науки. Быстро и продуктивно развиваются в странах СНГ
информационно-телекоммуникационные технологии и средства ГИС в
географических исследованиях. Они успешно используются при развитии территорий во всех странах, представленных в Объединённом научном совете по фундаментальным географическим проблемам. Этим
проблемам была посвящена XVI ежегодная сессия Совета, проходившая в г. Алуште (Украина) с 17 по 19 сентября 2012 г. Она называлась
«Информатизация географических исследований и пространственное моделирование природных и социально-экономических систем». В работе
сессии приняли участие 57 человек – представителей ведущих организаций географического профиля восьми стран: Азербайджана, Армении,
Беларуси, Казахстана, России, Таджикистана, Туркменистана, Украины.
Было заслушано 26 докладов, посвящённых развитию информационных технологий в различных отраслях географии (мультиспектральных измерениях, климатологии, океанологии, гидрологии, лимнологии,
геоэкологии, социальной географии), созданию инфраструктуры пространственных данных (в частности, в России, Украине, Армении), использованию информационных технологий и внедрению пространственных данных в различные сферы, в частности, в управление развитием на
разных территориальных уровнях – от странового до локального.
В дискуссии подчёркивалось, что географические данные должны
отвечать некоторым ключевым требованиям: а) качество, включая достоверность; б) широкая доступность и применимость для многих пользователей; в) честное и прямое отражение существующих противоречий,
конфликтов и рисков, связанных с той или иной территорией. Однако для
реализации роли географии в странах СНГ необходима активная научноинформационная политика, которую должны вести ведущие географические учреждения.
В решении прошедшей сессии Совета отмечено, что ряд вопросов
требуют специального внимания: географам необходимо сосредоточиться на создании интегрированных баз данных (отдельные тематические
слои могут разрабатывать специалисты других наук); следует обратить
внимание на создание баз данных для прогнозирования процессов в системе «природа – общество»; целесообразно объединить силы географов

Предисловие

разных стран для разработки макета геоинформационной системы для
территориального управления в масштабе области; нужно оптимизировать число и размещение метеостанций и гидрометрических постов, а
также водно-балансовых станций с тем, чтобы ими были охвачены все
наиболее характерные для формирования половодья и паводков ландшафты, в частности, на территории России; необходимо искать пути для решения проблемы бесплатности метео- и гидрологической информации.
Первоочередные задачи заключаются в развитии инфраструктур пространственных данных, формировании геопорталов. Целесообразно создать общую инфраструктуру пространственных данных, касающихся
компонентов природной среды, населения, хозяйства, в рамках организаций, входящих в Объединённый научный совет по фундаментальным географическим проблемам при МААН, это будет способствовать обмену
информацией и взаимодействию между учреждениями разных стран.
Необходима институциализация инфраструктур пространственных
данных, что требует усиления взаимодействия географических организаций стран СНГ с органами власти и управления государств в целях принятия соответствующих нормативно-правовых актов.
В настоящей книге собраны статьи, подготовленные на основе докладов, прозвучавших в Алуште на указанной сессии Объединённого научного совета по фундаментальным географическим проблемам при
МААН и Научного совета по фундаментальным географическим проблемам РАН.
В первом разделе, озаглавленном «Современные концепции информационного обеспечения географических исследований», публикуются
статьи Л.Г Руденко (Институт географии НАН Украины) «О новом этапе географических исследований, базирующемся на инфраструктуре
пространственных данных», П.Я. Бакланова (Тихоокеанский институт
географии ДВО РАН) «Географические измерения: виды, шкалы, параметры», Ю.Г. Пузаченко (Институт проблем экологии и эволюции им.
А.Н. Северцова РАН) «Дистанционные мультиспектральные измерения – важнейшая основа фундаментальной и прикладной географии»,
Н.С. Касимова, М.В. Зимина, О.В. Тутубалиной и Д.В. Ботавина (МГУ
им. М.В. Ломоносова) «Геопортал МГУ – инновационная база для географических исследований», Н.Н. Комедчикова, А.В. Кошкарёва и
А.А. Медведева (Институт географии РАН) «Академическая инфраструктура пространственных данных и новый этап развития геоинформатики», И.Н. Воронина (Севастопольский экономико-гуманитарный
институт, Таврический национальный университет имени В.И. Вернадского) «Использование информационных технологий в практике управления территориальным развитием», Л.В. Десинова, Н.С. Листошенковой, В.А. Рудакова и Д.Ю. Караваева (Институт географии РАН) «Мониторинг земной поверхности и катастроф с российского сегмента Международной космической станции».

Предисловие

Второй раздел, названный «Применение современной информации в
изучении отраслевых проблем географии», содержит следующие статьи:
В.Ф. Логинов (Институт природопользования НАН Беларуси) «Статистическое моделирование современных изменений климата с использованием новых индексов радиационного воздействия», Н.И. Коронкевич, С.В. Долгов, Е.А. Барабанова и И.С. Зайцева (Институт географии РАН) «Влияние
информационного обеспечения на выявление и моделирование пространственной структуры гидрологических явлений», А.В. Измайлова и Т.Ю.
Ульянова (Институт озероведения РАН) «Вклад ИНОЗ РАН в развитие
информационных систем в лимнологии», А.И. Трейвиш (Институт географии РАН) «Пространственная мобильность населения и распространение информации», А.И. Чистобаев и З.А. Семёнова (Санкт-Петербургский государственный университет) «Информационно-статистические
ресурсы медицинской географии», В.П. Палиенко и Р.А. Спица (Институт географии НАН Украины) «Геоинформационное обеспечение исследования устойчивости–изменчивости рельефа и оценки геодинамического риска в контексте морфодинамической парадигмы», С.А. Лисовский
(Институт географии НАН Украины) «Географические подходы к анализу информационного обеспечения решений по выбору участков под строительство АЭС (опыт Украины)», А.К. Сагателян, Ш.Г. Асмарян и В.С. Мурадян (Центр эколого-ноосферных исследований НАН Республики Армения) «Создание инфраструктуры пространственных данных для обеспечения экологически значимой информацией», Н.Н. Казанцев (Институт географии РАН) «Эффективность интеграции пространственных данных о
территории для выполнения функций и услуг, а также автоматизации досудебного урегулирования конфликтов (на примере программ помощи муниципальным образованиям в мобилизации земельного налога)».
Третий раздел назван «Региональный и акваториальный анализ с
помощью современных моделей и ГИС». Здесь помещены такие статьи: А.К. Тулохонов (Байкальский институт природопользования СО РАН)
«Роль географической информации в политических решениях в новейшей истории социально-экономического развития Азиатской России»,
А.К. Сагателян, Ш.Г. Асмарян и Б.С. Мурадян (Центр эколого-ноосферных исследований НАН Республики Армения) «Дистанционная мониторинговая система как инструмент для территориального управления»,
В.С. Хомич, М.И. Струк (Институт природопользования НАН Беларуси) и Л.Ю. Сорокина (Институт географии НАН Украины) «Информационное обеспечение иcследования геоэкологических условий трансграничного региона (на примере Белорусского и Украинского Полесья)»,
Е.А. Маруняк (Институт географии НАН Украины) «Восприятие и внедрение новых информационных технологий в региональных проектах (на
примере проекта “Ландшафтное планирование в Украине”)», А.А. Чибилёв (мл.) (Институт степи УрО РАН) «Геоинформационные исследования
мезорегиона бассейна реки Урал», Е.А. Базюра, А.Б. Полонский и В.Ф. Сан

Предисловие

ников (Морской гидрофизический институт НАН Украины) «Термохалинная циркуляция Северной Атлантики и её моделирование для современного климата», Р.М. Мамедов (Институт географии НАН Азербайджана)
«Геоинформационная 3D модель управления Азербайджанской прибрежной зоной при различных уровнях Каспийского моря», С.А. Добролюбов, В.С. Архипкин, К.П. Колтерманн, Г.В. Суркова (МГУ им. М.В. Ломоносова) «Прогнозирование экстремальных природных явлений в морях России», О.Е. Архипова (Институт аридных зон Южного научного
центра РАН) «Модельно-ориентированный подход к созданию ГИС».
Отдельная статья В.М. Котлякова, Л.Г. Руденко, О.Б. Глезер и Л.В. Салтыковской посвящена юбилею Международной ассоциации академий
наук (МААН) и работе в ней Объединённого научного совета по фундаментальным географическим проблемам.
Материалы книги показывают, что географическое сообщество широко использует в своей работе информационные ресурсы и геоинформационные технологии, понимает их значение для науки и практики, ищет
пути для совершенствования исследований, в частности с помощью работы Объединённого научного совета по фундаментальным географическим проблемам при Международной ассоциации академий наук и Научного совета по фундаментальным географическим проблемам Российской академии наук.

I. Современные концепции
информационного обеспечения
географических исследований

Л.Г. Руденко

О НОВОМ ЭТАПЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
БАЗИРУЮЩЕМСЯ НА ИНФРАСТРУКТУРЕ
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ

Пространственная организация и планирование территории всегда находились в сфере внимания географии и картографии. Задание
целевой функции изучения пространства приводило к получению необходимых результатов. Потребности современного общества по упреждению негативных вызовов и проблем требуют от многих специалистов повышения качества и репрезентативности принимаемых решений. Достоверность и реальность таких решений зависят от информации и знаний, а также от методов и методик, которые используются при их принятии. Общество вырабатывает новые знания, новую
информацию и новые технологии её обработки, распространения, использования и интерпретации.
Совершенствование территориального планирования и проектирования, экологические экспертизы проектов развития, а также практически все виды хозяйственной деятельности во многом зависят от
специалистов, владеющих данными различного типа. Увеличение количества данных, повышение их качества стимулируют спрос на них.
Мир движется в направлении от использования отдельных файлов к
сервисам данных, что обусловлено известными скачками в получении геопространственной информации. Результативность географических исследований и степень их использования в практике зависят
во многом от совершенствования методов, в первую очередь эмпирических (экспедиционных, камеральных, стационарных, автоматических и др.) и математико-геоинформационных (математико-статистических, моделирования, ГИС-технологий, дистанционного зондирования и др.). В мире ощущается большой прогресс в создании и функционировании различного типа автоматических датчиков. Наша пла

Л.Г. Руденко

нета благодаря космическим аппаратам находится под прицелом видеокамер, сенсоров разного типа, которые поставляют пространственную информацию в затребованном режиме, необходимую для исследований глобального и регионального характера. Вместе с тем в большинстве стран СНГ географические исследования лишены возможности её непосредственного использования, в том числе из-за недостаточного финансирования.
В последние годы наблюдается взрыв интереса к интеграции карт
и пространственного анализа, что привело к развитию нового важного для географии направления – геопространственного анализа. В современных условиях знания о пространстве формируются в следующих видах: цифровые статистические данные; базы географических
данных – материалы экспедиционных исследований, стационаров,
результатов исследовательских разработок; данные дистанционного
зондирования; геоизображения, модели и карты земной поверхности
разного формата; онлайновые источники, базирующиеся на различного типа веб-серверах; литературные источники и др. Бурное развитие информационных технологий приводит к необходимости уточнения существующих классификаций методов географических исследований как особых правил и условий, показывающих путь для получения нового знания об объекте исследования.
В настоящее время в странах СНГ ощущается дефицит специалистов, способных синтезировать знания и информацию. Давно появилась потребность в географах, владеющих геоинформатикой и математическими методами, имеющих динамическое мышление, способных создавать такие системы данных, которые доступны в работе большинству людей. Это обязывает коренным образом пересмотреть программы вузов с целью улучшения подготовки (переподготовки) профессионалов, понимающих не только сущность объекта исследования, но и методы моделирования различных видов, а также умеющих
создавать и реализовывать геопространственные решения.
Как нужно действовать, чтобы география не потеряла свои позиции? Представляется, что «уборка» и «марафет» будут нерезультативными. Понимая состояние экономики, всё же считаем необходимым
выделение достойных инвестиций в подготовку разработчиков моделей данных, архитекторов баз данных и специалистов, владеющих
современными технологиями. И начинать нужно с переподготовки
профессорско-преподавательского состава и насыщения существующих лабораторий новым оборудованием. Очевидным является, что
такой путь может быть реализован только в вузах, имеющих хорошую государственную поддержку, добившихся высокого престижа
своих специалистов и выпускников и сотрудничающих с известными

О новом этапе географических исследований...

мировыми компаниями, которые вкладывают большие инвестиции в
свои программные продукты (Google, Microsoft и др.).
Конец ХХ в. ознаменовался работами по созданию и использованию разного типа инфраструктуры геопространственных данных. Её
понимают как набор институциональных, технических и экономических мероприятий, обеспечивающих возможность доступа к актуальной, целевой информации, и геосерверов, поддерживающих процесс
принятия решений. Пространственную информацию рассматривают
в нескольких аспектах – как стратегический ресурс, который обеспечивает региональное развитие, и как товар, который можно покупать
и продавать.
Практическое значение формирования и использования инфраструктуры пространственных данных уже давно осознанно специалистами и управленцами ведущих стран мира. Оценивая перспективность данного процесса, лидеры стран большой восьмёрки в июле 2000 г.
приняли «Окинавскую хартию глобального информационного общества». Эта хартия имеет особое значение для географии и картографии, так как в ней изложена суть и задачи информационно-коммуникационных технологий, их потенциальные преимущества, ключевые
направления и принципы развития, учреждена группа определения
возможностей информационных технологий.
В глобализованном мире пространственные данные приобретают
особое значение как главный ресурс стратегического развития государств и регионов. Пространственные данные классифицируются следующим образом: данные точечных образов, геостатистические данные и сеточные данные. Ведущие страны мира в основном сформировали свою инфраструктуру пространственных данных, включающую
политические, правовые, нормативно-технические документы; технологические средства и соответствующие программные продукты; квалифицированные кадры, умеющие собирать, сохранять, обрабатывать,
распространять и использовать пространственные данные; а также
обеспечение доступности данных для различных пользователей в условиях общего информационного пространства государства.
Как же обстоят дела в странах СНГ, в частности, в географическом
сообществе этих государств? Готовы ли специалисты естественного
профиля к работам в новых информационных условиях? Приятно осознавать, что на национальном уровне концептуально рассматриваются
эти вопросы. В Российской академии наук с 2004 г. начаты исследования по направлению «Электронная Земля: научные информационные
ресурсы и информационно-коммуникационные технологии». Они проводятся в рамках программы исследований Президиума РАН «Разработка фундаментальных основ создания научной распределенной ин

Л.Г. Руденко

формационно-вычислительной среды на основе GRID». В институте
прикладных проблем информатики РАН проводятся исследования по
теме «Электронная Земля», которые направлены на создание информационной системы, базового геоинформационного обеспечения существующих и разрабатываемых систем управления, информационно-коммуникационных систем, информационно-поисковых систем
разного назначения, основанных на знаниях. Предполагается, что подобные работы проводятся и в иных государствах СНГ.
В Украине ещё в 2010 г. действительными членами Национальной
академии наук Украины В.П. Кухарем, Л.Г. Руденко и Я.С. Яцкивым
был передан президенту страны проект Закона «О национальной инфраструктуре геопространственных данных», разработанный в Институте геодезии и картографии. Но, к сожалению, до сих пор не имеется никакой реакции. В упомянутом проекте на 16 страницах выписаны основополагающие положения о сути, организационных и финансовых аспектах создания и внедрения геопространственной информации в Украине.
Известны результаты поисков во всех направлениях развития науки, в том числе и «новой» географии, базирующихся на использовании ГИС-технологий. Географы и картографы, которые в основном
занимаются формированием знаний и базы пространственных данных о странах и отдельных регионах, принимают участие в разработке фундаментальных предложений по обоснованию направлений их
развития. Обратим внимание на то, что в последние годы усилился
интерес к географическим знаниям и данным. Подтверждением может служить программа Евросоюза «eContent» (2000 г.) и её программы-преемники. В них акцент сделан на трёх типах информации: географические данные, образовательная и культурная составляющая.
Ряд принципиальных вопросов развития информационно-коммуникационных технологий находится в сфере деятельности правительств государств (правовое оформление основных принципов и ведущих направлений политики в информационно-коммуникационных
технологиях, формирование нормативной базы и стандартов, преодоление электронно-цифрового разрыва с ведущими странами мира и
др.). В то же время задача выявления, формирования, структуризации, форматирования географических объектов (природных и социальных), пространственных данных, в том числе базовых, а также
метаданных всегда находилась в сфере географии и картографии.
Следует не только концептуально просматривать эти задачи, но и
значительно усилить практические меры к более широкому использованию инфраструктуры пространственных данных. К этому процессу
подталкивает, с одной стороны, улучшение технической оснащённос