Применение ГИС и Интернет-технологий для формирования электронных и печатных информационных ресурсов по многолистным крупномасштабным архивным картам и пространственным данным

В.Г. Щекотилов

Общество "Знание" России

Исследования выполнены в рамках гранта РГНФ и Правительства
Тверской области 2011 г. (проект № 11-11-69008 а/Ц)

 

Неотъемлемым информационным элементом в области археологии является картографическая составляющая. При этом представляет интерес сопоставление современных и архивных картографических данных, с привлечением информационных технологий и географических информационных систем (ГИС) в частности [Белова и др., 1996; Вампилова, 2004; Владимиров, 2005].

Среди архивных карт [Берлянт, 2005; Заседание коллегии, 2009] особое место занимают карты XIX в., когда происходил переход от планов генерального межевания (ПГМ) к топографическим картам [Лялля, 2007; Новокшанова-Соколовская, 1967; Постников, 1989]. Как следствие карты XIX в. большей частью еще не имели современного облика, и для них не в полной мере применимы современные методы автоматизированной компьютерной обработки.

К числу объемных картографических произведений XIX в. относятся [Методы обработки, 2010]:

- топографические межевые одно- и двухверстные карты восьми губерний (Тверская, Владимирская, Ярославская, Нижегородская, Симбирская, Тамбовская, Пензенская, Рязанская) съемки А.И. Менде 1847-1866 гг. (рис. 1);

- военно-топографические одно-, двух- и трехверстные карты Европейской России и приграничных пространств (Западного, Южного, Азиатского);

- пятиверстная карта Кавказа;

- атласы Российской империи (обычно с отдельными картами по каждой губернии);

- серии мелкомасштабных карт губерний (Ю.М. Шокальского);

- мелкомасштабные многолистные десятиверстные карты России (Ф.Ф. Шуберта, И.А. Стрельбицкого).

Уникальность и информационная насыщенность крупномасштабных картографических произведений XIX в., а также сложность их эффективного использования даже специалистами, стали основанием для разработки подходов для компьютерной обработки данной категории карт и соответственно создания электронных и печатных информационных ресурсов.

При этом одной из приоритетных задач было объединение большого числа частей (листов, четвертей) многолистных крупномасштабных карт в единый массив.

При создании информационных ресурсов по архивным картам были решены следующие частные задачи [Щекотилов, Лазарев, 2010а; 2010б; 2010в]:

- формирование единого изображения элемента многолистной карты (листа или четверти);

- разработка математической модели электронной карты большого объема;

- формирование серии разнодетальных информационных моделей для конкретной карты (растровых электронных карт для ГИС);

- формирование электронных информационных ресурсов;

- формирование печатных информационных ресурсов.

Создание электронных информационных ресурсов по отдельным архивным картам позволяет формировать производные, различные по степени объединения, электронные ресурсы:

- объединение нескольких листов многолистных карт;

- объединение значительного числа листов для заданной территории (губерния/область, уезд/район, волость/поселение);

- объединение различных крупномасштабных карт в единый массив (субъект Федерации, "межстоличный" регион и т.д.).

Создание информационных ресурсов по архивным картам является также базой для создания серии печатных изданий по архивным картам (печатных информационных ресурсов):

- обзорные карт-схемы на всю территорию конкретной карты;

- обзорные карт-схемы на административные образования (уезд, район);

- серии детальных карт-схем на значимые территории (волость, поселение, окрестности населенного пункта/места/усадьбы/историко-культурного объекта);

- комбинированные книжные атласы в согласованном сравнительном представлении архивной карты и современных данных (карты, космического снимка).

На рис. 1 представлены восемь губерний съемки А.И. Менде, на которые изданы цветные одно- и двухверстные топографические межевые карты, а также схема листов и четвертей первой карты серии, изданной наиболее детально и в вариациях на Тверскую губернию.

На рис. 2 представлен электронный атлас (автономное программное и информационное решение с возможностью записи на CD/DVD диск) по ретроспективе архивных карт (рис. 2а - основной экран с отображением закоординированной информации; рис. 2б - режим согласованной навигации по двум картам).

На рис. 3 представлен вариант использования создаваемых Интернет-ресурсов через свободно распространяемую программу САС.Планета [Форум программы САС.Планета, 2012]) (рис. 3а - объединение карт "межстоличного" региона [Щекотилов и др., 2010б]; рис. 3б - объединение более 500 листов военно-топографической трехверстной карты, включает территории Литвы, Латвии, Эстонии, Белорусии, Украины, Молдавии [Щекотилов, 2011б]).

На рис. 4 представлены примеры печатных информационных ресурсов: рис. 4а - обзорной карт-схемы Тверской губернии; рис. 4б - атласа с согласованными страницами современной и архивной карты.

На рис. 5 представлены ресурсы с объединением мелкомасштабных карт: рис. 5а - карты 9 губерний центра России В.П. Пядышева (с границами уездов); рис. 5б - 52 листа десятиверстной карты И.А. Стрельбицкого.

На рис. 6 представлены результаты комплексирования (поиск населенного места или пункта с последующим позиционированием современной или архивной карты) автоматизированного электронного списка населенных мест (с данными XIX и XXI вв.) с картографическим приложением [Щекотилов и др., 2010а].

В части комплексирования картографических ресурсов по архивным картам с пространственными данными реализованы следующие варианты:

- создан автоматизированный электронный (АЭ) список населенных мест (СНМ) на территорию Тверской области, который содержит СНМ Тверской губернии, СНМ уездов сопредельных губерний, современный список населенных пунктов [Щекотилов и др., 2010а];

- для web-варианта доступа к архивным картам реализуется параметрический вызов, который позволяет открывать в браузере карту с заданным масштабом, центрированием и уточняющим смещением;

- для АЭ СНМ реализован механизм позиционирования карты по выбранному объекту для программы САС.Планета или открытие окна браузера с позиционированием;

- реализована возможность создавать списковые структуры в электронных документах с применением гиперссылок для параметрического открытия в окне web-браузера карты с позиционированием.

Существенным фактором использования архивных карт является значительное различие границ современных регионов (областей, краев) и границ губерний. Как следствие, при формировании для современных регионов электронных карт из архивных картографических произведений приходится привлекать крупномасштабные карты нескольких губерний, территорий [Щекотилов и др., 2010б]. Для примера, современная территория Тверской области включает территории Смоленской, Псковской и Новгородской губерний, а также части Московской губернии. Данное обстоятельство обуславливает актуальность разработки методики формирования электронных карт, которые объединяют карты нескольких губерний или территорий.

На рис. 7 показаны границы губерний "межстоличного" региона, а также миниатюры объединений листов крупномасштабных карт губерний.

Следует отметить большие размеры территорий даже для отдельной губернии, что в силу ограниченных возможностей вычислительной техники обуславливает дробление объединенной растровой электронной карты на систему согласованных частей.

На рис. 8а представлена схема эквидистантных систем листов крупномасштабных карт, которая иллюстрирует расположение, размеры, взаимный наклон и соотношение размеров листов используемых карт.

На рис. 8б показаны элементы (в области наложения) растровых электронных карт, созданных раздельно по архивным картографическим произведениям: трехверстной Европейской России, съемки А.И. Мендта и Московской губернии.

На основе показанных многоэлементных растровых электронных карт производилось формирование системы тайлов формата Google Maps для использования в Интернет-ресурсах. Многоэлементные растровые электронные карты формировались посредством отображения исходных листов в эквидистантную сетку [Щекотилов, 2010].

При объединении нескольких многолистных архивных карт необходимо также решить задачу формирования изображений в области границы нескольких карт.

Данная задача может решаться различными способами:

1) посредством трансформации пограничных листов сопредельных архивных карт и приведение их к виду, обеспечивающему согласование границы их соединения;

2) посредством аналогичной трансформации элементов растровых электронных карт сопредельных архивных карт.

При первичной обработке нескольких архивных карт предпочтительным является первый подход, так как он обеспечивает более естественное решение задачи.

Обозначим формирование системы многоэлементных растровых карт для многолистного картографического произведения соотношением

(1)

где R(M,P,t,q) - система пар растровых изображений с файлами регистрации для ГИС MapInfo; M - исходные растровые изображения листов карты;

O(M,P) - отображение листов карты M в эквидистантную сетку; P - параметры эквидистантной системы листов многолистного картографического изображения;

S(t,q) - сетка пикселов для формирования электронной карты; t - координаты юго-западной точки отсчета пикселов; q - параметры изображения (размер, разрешение пиксела в метрах, количество элементов электронной карты в горизонтали и вертикали).

Операцию формирования тайлов формата Google maps запишем в виде

(2)

С учетом использования для "межстоличного" региона нескольких многолистных картографических произведений (трехверстной военно-топографической карты Новгородской и Санкт-Петербургской губерний, двухверстной топографической межевой Тверской губернии и двухверстной военно-топографической - Московской) соотношение (1) можно записать в виде

(3)

где ВТ3, ВТ2 обозначает военно-топографическую карту трехверстную и двухверстную соответственно, а ТМ2 топографическую межевую двухверстную.

Следует отметить, что возможны вариации конструкции без нарушения общности подхода (3):

1) для Санкт-Петербурга и его окрестностей может быть добавлена одноверстная карта в цветном исполнении;

2) для Москвы и ее окрестностей также может быть добавлена более детальная архивная карта.

Согласно предложенному подходу была произведена обработка архивных карт "межстоличного" региона на территорию Московской, Тверской, Новгородской и Санкт-Петербургской губерний. Системы электронных карт и тайлов представлены на рис. 9.

На рис. 9а показан пример системы растровых электронных карт (ЭК) в ГИС MapInfo. Растры ЭК построены с разрешением 100, 50, 20 и 10 м/пикс. На рис. 9б показана система тайлов в программе Планета.Земля.

Проведенная апробация показала применимость подхода и позволила сформировать комплекс растровых электронных карт "межстоличного" региона в интересах проведения дальнейших исследований [Щекотилов, Лазаров, 2010в].

Используемый подход позволяет комплексировать создаваемые ресурсы по архивным картам с картографическими данными из других источников (архивные карты, современные карты, аэро- и космоснимки), а также пространственными данными (списки населенных мест и т.п.).

Для научных и профессиональных исследований доступны растровые электронные карты в форматах профессиональных ГИС (Панорама, MapInfo, Global Mapper).

Для полупрофессиональных исследований ресурс может использоваться через программы САС.Планета и Планета.Земля.

Обычным пользователям Интернета доступен просмотр архивных и современных карт через Интернет-браузер в формате карт Google, а также в варианте электронного глобуса программы Планета.Земля.

Фактически сформирована и расширяется межрегиональная, межгосударственная среда пользователей ресурса. Практически сразу он стал межрегиональным, а сейчас уже международным как по составу информации, так и по пользователям [Щекотилов, 2011а].

После апробации формирования ресурса по самой объемной (по пространству и числу листов) трехверстной военно-топографической карте (более 500 листов, территория семи государств СНГ и ЕС) стала очевидна возможность формирования на основе разработанных подходов ресурса по всему комплексу архивных карт России XIX в. [Щекотилов и др., 2010а]. Продолжается работа по формированию единого информационного ресурса по всему массиву карт восьми губерний съемки А.И. Менде [Щекотилов 2011а].

В настоящее время объем данных превысил 30 Гб, суточный исходящий трафик превышает 1 Гб [Ресурс по архивным картам, 2012].

 

Литература

Белова Е.Б., Бородкин Л.И., Гарскова И.М. и др., 1996. Историческая информатика. М. назад

Берлянт А.М., 2005. Картографический словарь. М. назад

Вампилова Л.Б., 2004. Практическое значение метода регионального историко-географического анализа // Историческая география: теория и практика. СПб. назад

Владимиров В.Н., 2005. От исторического картографирования к исторической геоинформатике // Круг идей: алгоритмы и технологии исторической информатики. М.-Барнаул. назад

Заседание коллегии Архивной службы Новосибирской области, 2009. О расширении возможностей архивных органов и учреждений Новосибирской области в использовании архивных документов, обеспечении доступности к архивной информации граждан с целью удовлетворения их духовных и социальных потребностей. Новосибирск. назад

Лялля Е.В., 2007. Применение технологий геоинформационных систем для работы с историческими картографическими произведениями // Материалы Всероссийской заочной научной конференции "Проблемы исторической демографии и исторической географии". 2007 г. Нижний Новгород. назад

Методы обработки и совместного представления архивных и современных карт, 2010. Параллель Менде. Тверь. назад

Новокшанова-Соколовская З.К., 1967. Картографические и геодезические работы в России в XIX - начале XX в. М. назад

Постников А.В., 1989. Развитие крупномасштабной картографии в России. М. назад

Ресурс по архивным картам, 2012. [Электронный ресурс]. Режим доступа: 07.04.2012. назад

Форум программы САС.Планета, 2012. [Электронный ресурс]. Режим доступа: 07.04.2012. назад

Щекотилов В.Г., 2010. Метод оценки параметров эквидистантной системы листов крупномасштабной карты XIX в.// Вестн. Твер. Гос. Ун-та. Сер. "География и геоэкология". № 33 1(8). назад

Щекотилов В.Г., 2011a. Информационная система "Историческая, географическая и социально-экономическая параллель XIX-XXI вв. по архивной информации съемки А.И. Менде" на основе интернет-технологий как инновационный образовательный ресурс // Социосфера. Пенза. назад

Щекотилов В.Г., 2011б. Cоздание информационного ресурса "3-х верстная военно-топографическая карта" // Социосфера. Вып. 3. Пенза. назад

Щекотилов В.Г., Лазарев О.Е., 2010а. Концепция реализации широкого доступа к крупномасштабным картам губерний XIX в. - системам многолистных картографических произведений // Труды XIV съезда РГО. СПб. назад

Щекотилов В.Г., Лазарев О.Е., 2010б. Метод разработки электронных атласов и серий карт-схем на основе крупномасштабных карт губерний // Геодезия и картография. № 1. М. назад

Щекотилов В.Г., Лазарев О.Е., 2010в. Опыт решения проблемы общедоступности крупномасштабных карт XIX века // Известия РГО. Т. 142. Вып. 5. назад

Щекотилов В.Г., Лазарев О.Е., Дубоделов П.С., Колосова И.В., Щекотилова М.В., 2010а. Автоматизированный электронный список населенных мест по данным XIX и XXI веков на примере Тверской области // Геодезия и картография. № 5. М. назад

Щекотилов В.Г., Лазарев О.Е., Лазарева О.С., 2010б. Формирование информационного пространства крупномасштабных и обзорных архивных карт XIX века для автоматизации исследований регионального уровня на примере "межстоличного" пространства // Геодезия и картография. № 6. М. назад