Геоинформационная система памятников историко-культурного наследия Удмуртии
С. В. Беглецова (1), Л. Ф. Князева (1), М. В. Телегина (2)
1) Управлениe по охране и использованию
памятников истории и культуры
Министерства культуры Удмуртской Республики
2) Физико-технический институт УрО РАН
Сфера государственного управления наследием на сегодняшний день остро нуждается в адекватных способах обработки информации. Для большинства регионов России характерен очень небольшой штат специалистов, управляющих блоком объектов культурного наследия - памятниками археологии, истории, архитектуры, искусства, обладающими весьма разнообразными наборами характеристик и расположенными на больших территориях. Блок объектов недвижимого наследия Удмуртии включает 2600 объектов, расположенных на территории 42000 кв. км. Работа, проводимая в Удмуртии, показала необходимость разработки баз данных и геоинформационных систем, способных обеспечить быстрый анализ и представление информации об объектах наследия по различным параметрам.
Географическая информационная система, или ГИС, - это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач [Берлянт, 1997]. ГИС содержит данные о пространственных объектах (пространственные данные) в виде их цифровых представлений, объединенных в набор слоев, в результате чего образуется информационная модель предметной области - территории, а также набор операций, определяющих функциональные возможности ГИС и реализующих информационные технологии программными средствами.
ГИС наиболее успешно применяется в тематическом картографировании. [Афанасьев, 2004; Жуковский, Пушкина, 2004]. Создание геоинформационной системы историко-культурного наследия Удмуртии продиктовано задачами государственного управления наследием: необходимостью представления пространственной информации о составе и характеристиках недвижимых памятников истории и культуры для решения вопросов:
- планирования и реализации государственных программ сохранения наследия;
- обеспечения государственного учета объектов наследия;
- обеспечения процесса согласования хозяйственной деятельности и работ на территориях и объектах наследия;
- обеспечения введения государственной экспертизы;
- обеспечения включения земель объектов наследия в земельный кадастр;
- обеспечения культурно-ландшафтного районирования и формирования системы особо охраняемых историко-культурных территорий УР [Девятова, Князева, 1999; Князева, Беглецова, 1999].
Таким образом, разработка геоинформационной системы историко-культурного наследия Удмуртской Республики, предназначенной для органов государственной власти, ученых, общественных организаций и учебных заведений, способна обеспечить:
1) возможность просматривать расположение памятников историко-культурного наследия Удмуртской Республики на экране и получать копии карт на принтере;
2) возможность создания тематических карт. Множественность атрибутов, связанных с одними и теми же объектами, позволяет легко получить для них множество карт разного тематического содержания;
3) возможность комплексной визуализации информации методом наложения карт различного содержания;
4) анализ пространственного расположения данных (измерения, различные виды статистики и т. д.);
5) интерактивный просмотр информации в пространственной базе данных;
6) решение задачи методом организации запроса к пространственной базе данных - формулирование условий и ограничений для поиска объектов и визуализации найденных объектов.
Создание ГИС "Историко-культурное наследие УР" выполнялось в рамках исполнения республиканской целевой программы "Сохранение историко-культурного наследия народа Удмуртской Республики" [Князева, 2001; Князева, 2003].
Основа ГИС "Историко-культурное наследие УР". При создании ГИС ИКН в качестве первичной цифровой картографической основы были использованы цифровые карты Удмуртской Республики (соответствуют масштабу 1:200000, и 1:500000), а также карты областных центров республики. Карты - весьма эффективное средство хранения пространственной информации. Они допускают единовременный обзор пространства в любых пределах; создают пространственный образ отображаемых явлений; содержат их необходимые количественные и качественные характеристики; позволяют определить координаты длины, площади и объема нанесенных объектов; показывают их сочетания взаимосвязи, особенности и закономерности размещения.
Геоинформационная система памятников Удмуртской Республики была создана на основе базы данных о памятниках истории, культуры, археологии, архитектуры, имеющейся в Управлении по охране и использованию памятников истории и культуры Министерства культуры УР. База данных (Microsoft Access) государственного учета недвижимых объектов наследия содержит характеристики 2600 объектов наследия в формате краткого описания. Основой для создания базы данных послужили государственные списки объектов, литература, отчетные материалы специализированных научно-исследовательских организаций.
Объекты ГИС и их характеристики. В любой модели данных ГИС, имеющей дело с отдельными или связанными между собой объектами, должна быть информация о геометрических примитивах и их атрибутах. К геометрическим примитивам относятся, прежде всего, точки, линии и области, и имеет смысл подразделять эти элементы по типам: планарные, линейные и компактные [Кошкарев, Тикунов, 1993].
При создании ГИС "Историко-культурное наследие УР" применялись элементы трех типов. Планарные элементы, как занимающие определенные области в поле изображения, применялись для обозначения ансамблей застройки, имеющих историческую ценность. Линейные элементы, определяемые трассой их размещения в поле изображения, применялись для картографического обозначения участков Сибирского тракта. Местоположение компактных элементов определяется точкой их позиционирования на изображении. Эта точка совмещается с заранее заданной фиксированной точкой локализованной графической конструкции (символа или знака), соответствующей виду обозначаемого элемента изображения. Графические символы компактных элементов имеют размеры, не связанные с реальными размерами соответствующего элемента объекта, и применяются для обозначения мест расположения объектов ИКН УР, планарные и линейные размеры которых не выражаются в масштабе карты. Большинство объектов ИКН обозначено на карте именно компактными графическими элементами.
Геоинформационная система памятников Удмуртской Республики
состоит из 4 карт, в которых объекты ИКН сгруппированы по видам: "История",
"Археология", "Архитектура" и "Сибирский тракт".
MapInfo содержит всю информацию - графическую, текстовую и др. - в таблицах;
каждая таблица является группой файлов-компонентов, каждый из которых содержит
информацию одного типа: графические объекты, базу данных или индексы (табл.
1).
Таблица 1. Файлы таблиц Maplnfo
| Расширение файла | Содержание |
| ТАВ | Описание структуры данных таблицы |
| DАТ | Табличные данные |
| МАР | Описывает графические объекты |
| ID | Список указателей (индекс) на графические объекты |
В зависимости от вида карты в таблице могут присутствовать различные колонки. Каждая колонка содержит информацию о значениях некоторого атрибута объектов, например номер, тип, адрес и т. п. Число колонок для различных карт неодинаково. Некоторые наименования и назначения колонок разных таблиц могут совпадать.
В карту "История" включено 788 объектов, имеющих историческое значение: памятники, мемориалы, захоронения времен Великой Отечественной и гражданской войн, памятники воинам-афганцам, памятники трудовой славы, могилы известных людей, памятные здания, места и др. (табл. 2).
Таблица 2. Состав таблицы карты "История"
| № п/п |
Название поля таблицы
|
Содержание |
| 1 | Номер | Индивидуальный номер объекта |
| 2 | Название памятника | Наименование объекта |
| 3 | Тип | Информация о типе объекта, т.е. общая информация о группе видов объектов (напр., "памятник ВОВ") |
| 4 | Дата | Информация о дате возведения памятника |
| 5 | Состояние | Информация о состоянии объекта |
| 6 | Район | Район, на территории которого находится памятник |
| 7 | НасПункт | Населенный пункт, в котором находится памятник |
| 8 | Адрес | Улица, номер дома или другие указатели на расположение памятника в населенном пункте |
| 9 | Автор | Информация об авторе памятника |
| 10 | Статус | Информация о статусе (напр., "вновь выявленный объект") |
В слой "Археология" включено 870 объектов: могильники, селища, поселения, городища, клады, местонахождения и стоянки (табл. 3).
Таблица 3. Состав таблицы карты "Археология"
| № п/п |
Название поля таблицы
|
Содержание |
| 1 | Номер | Индивидуальный номер объекта |
| 2 | Название памятника | Наименование объекта (напр., "Ижевский могильник") |
| 3 | Тип | Информация о типе объекта, т.е. общая информация о группе видов объектов (напр., "селище") |
| 4 | Эпоха | Эпоха, к которой относится данный археологический объект (напр., "позднее средневековье") |
| 5 | Датировка | Информация о предположительной дате памятника (напр., "V-IV тыс. до н.э.") |
| 6 | Район | Район, на территории которого находится археологический объект |
| 7 | НасПункт | Населенный пункт, ссылка на который есть в колонке месторасположения памятника |
| 8 | Месторасположение | Информация о расположении памятника, с указанием населенного пункта, реки, направления и расстояния от них до памятника, или другие указатели на его расположение (напр., "р. Венижка (П), 0,7 км к ЮЮЗ от д. Малый Вениж") |
| 9 | Состояние | Информация о состоянии объекта |
| 10 | Площадь раскопа | Информация о площади раскопа |
| 11 | Дата обнаружения | Дата обнаружения памятника археологии, кем обнаружен (напр., "1957 г. Козлов В.Н.") |
| 12 | Статус | Информация о статусе (напр., "объект федерального значения") |
Особенностью этой группы объектов является их датировка (с V тыс. до н. э. по XIX в. н. э.), а также такое их расположение на территории республики, которое представляет значительные трудности для нанесения этих объектов на карту.
В карту "Архитектура" включено 652 объекта: памятники культового зодчества, деревянного зодчества, жилой, гражданской и промышленной архитектуры и градостроительного искусства (табл. 4). Все эти объекты имеют важное архитектурное значение для историко-культурного наследия Удмуртской Республики.
Таблица 4. Состав таблицы слоя памятников архитектуры УР
| № п/п |
Название поля таблицы
|
Содержание |
| 1 | Номер | Индивидуальный номер объекта |
| 2 | Название памятника | Наименование объекта (напр., "Церковь Троицы") |
| 3 | Район | Район, на территории которого находится памятник |
| 4 | НасПункт | Населенный пункт, в котором находится памятник |
| 5 | Адрес | Улица, номер дома или другие указатели на расположение памятника в населенном пункте |
| 6 | Дата | Информация о дате возведения памятника |
| 7 | Автор | Информация об авторе памятника |
| 8 | Состояние | Информация о состоянии объекта |
| 9 | Тип | Информация о типе объекта, т. е. общая информация о группе видов объектов (напр., "памятник промышленной архитектуры") |
| 10 | Статус | Информация о статусе (напр., "памятник местного значения") |
Система памятников "Сибирский тракт", имеющих важное культурное и историческое значение, создавалась специально в рамках исполнения республиканской целевой программы "Сохранение историко-культурного наследия народа Удмуртской Республики" и грантовых социально-культурных проектов "Сибирский тракт: сквозь границы". В эту карту вошли все памятники истории, археологии, архитектуры, природы, расположенные вдоль Сибирского тракта, а также обследованные и необследованные участки старого и нового Сибирского тракта (рис. 1). Таблица этого слоя имеет те же колонки, что и предыдущие ("История", "Архитектура" и "Археология").
Система условных знаков на электронных картах. Для обозначения памятников историко-культурного наследия УР в зависимости от вида и типа памятника применялись различные графические символы (табл. 5).
Таблица 5. Условные обозначения памятников ИКН УР
| Вид памятника |
Тип памятника
|
Условное обозначение
|
||
| Памятники архитектуры |
Памятники культового зодчества
|
 |
 |
|
|
Памятники градостроительного искусства
|
 |
|||
|
Памятники промышленной архитектуры
|
 |
|||
|
Памятники деревянной (народной) архитектуры
|
 |
|||
| Памятники истории |
Памятники, посвященные Великой Отечественной войне
|
 |
||
|
Памятники, посвященные гражданской войне
|
 |
|||
|
Монументы, обелиски трудовой славы
|
 |
|||
|
Монументы, обелиски воинам-интернационалистам
|
 |
|||
|
Здания-памятники истории
|
 |
|||
|
Бюсты, скульптуры
|
 |
|||
| Памятники археологии |
Поселения
|
 |
||
|
Селища
|
 |
|||
|
Стоянки
|
 |
|||
|
Городища
|
 |
|||
|
Могильники
|
 |
|||
|
Местонахождения
|
 |
|||
|
Клады
|
 |
|||
|
Жертвенные места
|
 |
|||
| Сибирский тракт | Участки тракта |
Трасса Сибирского тракта
|
 |
|
|
Обследованные участки Сибирского тракта
|
 |
|||
|
Сохранившийся участок Сибирского тракта
|
 |
|||
|
Этапные избы
|
 |
|||
| Памятники природы |
Родник
|
 |
||
|
Озеро
|
 |
|||
|
Урочище
|
 |
|||
|
Торфяное болото
|
 |
|||
|
Сосна
|
 |
|||
|
Лес
|
 |
|||
|
Разнотравье
|
 |
|||
Картографическими условными знаками называют графические символы, применяемые на картах для обозначения различных объектов и их характеристик. Они передают знания о реальной действительности, заключенные в картах. Графические средства, используемые в картографии, представляют неограниченные возможности для проектирования и построения условных знаков систем, где необходимо обращать внимание на информационную (содержательную) ценность, легкость восприятия читателями, удобством запоминания.
Создание ГИС "Историко-культурное наследие УР". Создать цифровую карту объектов ИКН УР, удовлетворяющую всем предъявляемым к ней требованиям, в течение короткого периода времени очень сложно. Поэтому реальной возможностью является создание цифровой карты объектов ИКН УР на основе имеющихся картографических материалов и базы данных объектов ИКН УР с указанием места их расположения [Мурынов и др., 2001].
Чтобы показать данные на карте, необходимо каждой записи данных сопоставить графический объект или географические координаты. Этот процесс называется геокодированием. Для установления связи между точечными объектами на карте Удмуртской Республики (населенными пунктами) и записями в таблице памятников (данные об адресе) применялась процедура геокодирования. Геокодирование превращает любую таблицу в полноценную таблицу MapInfo, т. е. записям сопоставляются графические объекты, и к ним можно применять весь арсенал средств MapInfo. В ходе геокодирования каждой записи (строке) таблицы сопоставляют графический объект типа "точка". Данные в записи (имеющие смысл адреса, области и т. д.) используются для определения соответствующей этой записи точки на карте (улице или области). Особенностью явилось то, что геокодирование объектов историко-культурного наследия проводилось в масштабе Удмуртской Республики (по населенным пунктам и в масштабе каждого населенного пункта отдельно) по адресу. Для этого использовались электронные карты УР и карты населенных пунктов.
Однако из-за большого числа объектов базы данных памятников и большого времени, требующегося для накопления этой базы, возникли сложности геокодирования. Названия многих населенных пунктов или имели различные варианты написания, или повторялись в различных районах УР, или менялись со временем, или же вовсе отсутствовали на имеющейся картографической основе. Таким образом, процедура геокодирования носила нетривиальный характер. Для изменения записей в таблицах объектов были верифицированы по справочной литературе названия населенных пунктов, для отсутствующих населенных пунктов проведен поиск возможного их расположения с использованием более ранних карт.
В колонке "Месторасположение" таблицы археологических объектов содержится информация о населенном пункте, реке, направлении и расстоянии от них до памятника или другие указания на расположение памятника. Например: "р. Венижка (П), 0,7 км к ЮЮЗ от д. Малый Вениж" или "р. Вотка (Л), 0,8 км к С от д. Табанево". Для процедуры геокодирования археологических объектов в таблицу добавлялись дополнительные колонки, где указывались населенный пункт, направление, расстояние от него до объекта. Далее применялась программа, с помощью которой определялось расположение этих объектов на территории УР с учетом этих данных. Однако некоторые объекты (о расположении которых, например, говорилось так: "р. Лемпа, между д. Александрово и д. Волково") приходилось наносить на карту памятников археологии вручную, с использованием инструментов из арсенала средств MapInfo.
Для создания электронной карты "Сибирский тракт" использовалась часть геокодированных объектов, расположенных вдоль Сибирского тракта, из карт "Археология", "История", "Архитектура" путем сложной выборки по колонкам "Населенный пункт" и "Район". Для воспроизведения трассы Сибирского тракта и его участков применялась процедура оцифровки растрового изображения. Растровое изображение нужно зарегистрировать в MapInfo, т. е. привязать его к географическим координатам, тогда MapInfo сможет корректно отобразить его. Растром в данном случае являлась отсканированная бумажная карта Удмуртии масштаба 1:500000 с имеющейся трассой тракта и различными его участками. Картографическая основа исторической трассы Сибирского тракта и современное состояние его участков уточнены в результате обследований тракта, проведенных комплексной экспедицией Управления по охране и использованию памятников истории и культуры МК УР, Удмуртского института истории, языка и литературы, Национального музея УР.
Так как цифровая карта принципиально должна рассматриваться как динамичный объект, в отличие от статичных, единовременно создаваемых графических оригиналов карт и планов, то необходима организация процесса постоянного последующего ее совершенствования всеми доступными средствами мониторинга. Для этого в арсенале средств MapInfo имеется возможность добавления вновь выявленных памятников в уже имеющиеся таблицы, изменение данных таблиц и другие процедуры.
Документирование компьютерных карт. Документирование - это процесс фиксирования информации различного рода, содержащейся на компьютерной карте, на бумажный носитель (или процесс создания твердой копии). Документирование подразумевает процесс создания "Отчета".
В окне "Отчет" можно размещать "Карты", "Графики", "Списки" и все другие возможные окна MapInfo, комбинировать их для вывода на печатающее устройство с учетом размещения на листе. Любые открытые окна можно перенести в "Отчет", изменить размеры и расположение на листе, с тем чтобы добиться наиболее привлекательного внешнего вида работы по графическому представлению данных. Добавив текст и легенду, можно получить законченный макет.
Для создания Отчета необходимо открыть на экране нужные таблицы в виде карты, определить размер окна, произвести подписывание объектов. Подписи всегда доступны и изменяемы, и их всегда можно редактировать. В качестве подписи можно использовать выражение. MapInfo позволяет создавать Отчеты размером в несколько страниц распечатки. Отчет будет выведен на печать на нескольких страницах, складывая которые можно создать единый Отчет (рис. 2). Любые изменения, касающиеся размеров и расположения страницы, могут оказать воздействие на внешний вид макета Отчета.
Заключение. Таким образом, в результате работы создана Геоинформационная система историко-культурного наследия Удмуртской Республики (ГИС ИКН УР), которая состоит из базы данных, цифровой картографической основы и средств анализа этих данных.
Геоинформационные системы позволяют формализовать и реализовать в машинной среде рутинный процесс традиционной картографии, связанный с подборкой и систематизацией литературных, картографических, статистических материалов, осуществить сбор, хранение и увязку всех этих данных в цифровой компьютерной форме. Они выдают информацию пользователю по запросу в наиболее удобной для него форме: в виде карт, схем, таблиц. ГИС получили сегодня в мире самое широкое применение. Их главное назначение - предоставлять пользователям достоверную и обработанную информацию для решения управленческих и аналитических задач [Смирнов, 2002].
ГИС ИКН УР позволяет просматривать расположение памятников историко-культурного наследия Удмуртской Республики на экране и получать копии карт на принтере, при этом возможна комплексная визуализации информации методом наложения карт различного содержания.
Одной из возможностей ГИС ИКН УР является возможность создания тематических карт различного содержания на основе анализа пространственного расположения данных (измерения, различные виды статистики и т. д.) - например, карты с диаграммами, отражающими количественное соотношение различных типов памятников района, или карты с информацией о количестве памятников на душу населения по каждому населенному пункту.
ГИС ИКН УР позволяет проводить интерактивный просмотр информации в пространственной базе данных и формировать запрос к пространственной базе данных путем формулирования условий и ограничений для поиска объектов и визуализации найденных объектов и на основе этих запросов решать различные задачи.
В настоящее время и в ближайшее будущее для развития ГИС ИКН УР необходимо решение следующих задач:
- обеспечение взаимодействия ГИС с программным комплексом "КАИСА", содержащим полнотекстовые описания объектов недвижимого наследия УР, который в настоящее время вводится в действие в Управлении по охране и использованию памятников истории и культуры МК УР;
- активное использование и дополнение ГИС объектами в рамках разработки культурно-ландшафтного районирования УР и разработки системы особо охраняемых историко-культурных территорий.
Литература
Афанасьев Г. Е., 2004. Основные направления применения ГИС- и ДЗ- технологий в археологии // Круглый стол "Геоинформационные технологии в археологических исследованиях" (Москва, 2 апреля 2003 г.): Сб. докл. [Электронный ресурс]. М. (CD-ROM.) назад
Берлянт А.М., 1997. Геоинформационное картографирование. М. назад
Девятова Н.П., Князева Л.Ф., 1999. Основные направления Республиканской политики в сфере сохранения недвижимых объектов историко-культурного наследия Удмуртской Республики // Новые исследования по средневековой археологии Поволжья и Приуралья. Ижевск; Глазов. назад
Жуковский М.О., Пушкина Т.А., 2004. Использование геоинформационных систем для сбора, хранения, анализа и представления археологической информации // Круглый стол "Геоинформационные технологии в археологических исследованиях" (Москва, 2 апреля 2003 г.): Сб. докл. [Электронный ресурс]. М. (CD-ROM.) назад
Князева Л.Ф., 2001. Опыт разработки региональной программы сохранения наследия // Экологические проблемы сохранения исторического и культурного наследия. М. назад
Князева Л.Ф., 2003. Программы сохранения наследия: региональный уровень // Современные тенденции по сохранению историко-культурного наследия. Йошкар-Ола. назад
Князева Л.Ф., Беглецова С.В., 1999. Вопросы сохранения археологического наследия Удмуртской Республики // Новые исследования по средневековой археологии Поволжья и Приуралья. Ижевск; Глазов. назад
Кошкарев А.В., Тикунов В.С., 1993. Геоинформатика. М. назад
Мурынов А.И, Телегина М.В., Микрюков А.В., 2001. Разработка и применение новых технологий создания цифровых карт // 5 Российская Университетская академическая научно-практическая конференция: Тез. докл. Ижевск. Ч. 8. назад
О состоянии окружающей среды Удмуртской Республики в 2002 г.: Гос. докл. Ижевск, 2003. назад
Смирнов А.С., 2002. Сохранение археологического наследия России: история и проблемы // РА. № 4. назад