Data ostatniej modyfikacji: 20.12.2003
Licznik odwiedzin: 05309 od dnia: 26.02.2000
 
 

Geomatyka (geoinformatyka) – czy nowa dyscyplina?

Janusz Michalak*

(Publikacja wydrukowana w Przeglądzie Geologicznym)

  
* - Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, al. Żwirki i Wigury 93,
   02-089, Warszawa,
e-mali: J.Michalak@uw.edu.pl

 

 

Janusz Michalak – Geomatics (geoinformatics) – Is it a new line of science?

Summary

Many facts indicate that there is formed a new line of science in the area of interdisciplinary problems related to GIS in the place of connection of computer science and widely conceived earth sciences. This line is called geomatics and has its own scope of problems to resolve, own research methods and application techniques for its results. As it often happens in the case of new line of science, dominance of application works over research ones takes undesirable influence over its achievements. It is distinctly observed in Poland, also with regard to applications in geology. Progress in development of geomatics is exceptionally fast now. It is generated by extensive research and development program in an international scale, coordinated by two organizations: ISO/TC211 and OGC. There is an urgent need of transferring these achievements to Polish ground, also to geology. However, the efficiency of works in this domain needs wider cooperation of different research centers and scientific communities then, which we can observe now. A condition of success is an improvement of scientific and professional knowledge in geomatics domain of geologist occupied with these problems and closer cooperation with computer science researchers.

Key words:GIS, geomatics, geoinformatics, geospatial information, geospatial data

Streszczenie

Wiele faktów wskazuje, że mamy do czynienia z nową dyscypliną, która uformowała się w obszarze problemów interdyscyplinarnych związanych z GIS na styku informatyki i szeroko rozumianych nauk o Ziemi. Dyscyplina ta nazywana geomatyką ma własny zakres zagadnień do rozwiązania, a także własne metody badań i zastosowań swoich osiągnięć. Jak to często bywa w przypadku nowej dyscypliny, dominacja prac aplikacyjnych nad badawczymi niekorzystnie odbija się na jej osiągnięciach. Jest to wyraźnie obserwowane w Polsce, także w odniesieniu do zastosowań w geologii. Dzięki szerokiemu programowi prac w skali międzynarodowej, koordynowanemu przez dwie organizacje: ISO/TC211 i OGC, postęp w rozwoju geomatyki jest wyjątkowo szybki. Istnieje pilna potrzeba przenoszenia tych osiągnięć na grunt polski, także do geologii. Jednak skuteczność prace w tym zakresie wymaga szerszej współpracy różnych ośrodków i środowisk naukowych niż ta, jaką obserwujemy obecnie. Jednym z warunków powodzenia jest podniesienie wiedzy naukowej i zawodowej w zakresie geomatyki geologów zajmujących się tymi problemami i ściślejsza współpraca z informatykami.

Słowa kluczowe: GIS, geoinformatyka, geomatyka, informacja geoprzestrzenna, dane geoprzestrzenne

W dzisiejszych czasach wiadomość o pojawieniu się nowej dyscypliny należy traktować z dużą ostrożnością. Bardzo często bowiem okazuje się, że jest to jakaś nowa „para-nauka” lub w najlepszym przypadku sztuczne wydzielenie jakichś zagadnień z już istniejącej dziedziny wiedzy. Jednak w tym przypadku wiele faktów wskazuje, że rzeczywiście mamy do czynienia z wyodrębnieniem się nowej dyscypliny wiedzy. Nazwy geomatyka (geomatics) i geoinformatyka (geoinformatics) coraz częściej pojawiają się w klasycznych i elektronicznych publikacjach dotyczących zagadnień związanych z GIS. Tabela 1. przedstawia przykładową statystykę występowania tych nazw w dokumentach dostępnych w Internecie.

Tab.1. Liczba dokumentów zawierających rozpatrywane nazwy znalezionych w Internecie przy pomocy sytemu InfoSeek (dane z dnia 22.01.2000)

Nazwa: Światowy InfoSeek: Polski InfoSeek:
geoinformatics 929 13
geomatics 5837 51
geoinformatyka 8 20
geomatyka 2 13

Innym przykładem świadczącym o wyodrębnianiu się nowej dyscypliny może być liczba instytucji (lub jednostek w tych instytucjach) posiadających w swej nazwie te słowa lub inne określenia wskazujące na tą dyscyplinę (np. Geographic Information Technologies, Geographic Information Science lub GIS Science). W opracowaniu R. Kaupera pt. Academic Sites for Geomatic Engineering (Kauper, 1998) zawierającym wykaz ponad stu uczelni, w których istnieją ośrodki badawcze i dydaktyczne zajmujące się tą problematyką, można znaleźć 22 nazwy zawierające słowo geoinformatics, słowo geomatics występuje w 21 nazwach, a nazw bez tych słów, ale wskazujących na tą dyscyplinę jest 17. Oto przykłady ośrodków z tej listy:

  • Afryka: University of Cape Town, Dept. of Geomatics,

  • Australia: University of Melbourne, Dept. of Geomatics, University of New South Wales (Sydney), School of Geomatic Engineering,

  • Austria: University of Vienna, Div. of Cartography and Geoinformatics,

  • Czechy Charles University (Praga, Dept. of Cartography and Geoinformatics,

  • Kanada: Laval University (Quebec), Dept. of Geomatic Science, Center for Research in Geomatics.

  • Niemcy: Technical University of Maunchen, Geoinformationssysteme,

  • Słowacja : Cumenius University (Bratislava), Dept. of Cartography, Geoinformatics and Remote Sensing,

  • Szwecja: Royal Institute of Technology (Stockholm), Div. of Geoinformatics,

  • USA: University of Alaska, Dept. of Geomatics,  California State University, Dept. of Geomatics Engineering,

  • Węgry: University of Sopron, Dept. of Geoinformatics,  

Próba zdefiniowania

Czy tą nową dyscyplinę można dokładniej zdefiniować? Aby móc odpowiedzieć na to pytanie, trzeba najpierw rozstrzygnąć, czy oba wymienione powyżej terminy oznaczają to samo. Porównanie wielu różnych definicji odnoszących się do nazw geoinformatyka i geomatyka wykazuje, że różnice pomiędzy definicjami odnoszącymi się do jednej i drugiej nazwy nie są większe niż różnice pomiędzy definicjami odnoszącymi się do każdej z nich osobno. W tej sytuacji można uznać, że są to synonimy i stosowanie jednej lub drugiej nazwy jest raczej związane z regionalnymi tendencjami lub z przypadkiem. Ze statystyki internetowej (tab. 1.) wynika, że na świecie znacznie bardziej rozpowszechniona jest nazwa geomatics niż geoinformatics. Termin geoinformatics częściej występuje w obszarach wpływu języka niemieckiego, a geomatics w krajach anglojęzycznych. W Polsce nazwa geomatyka jest bardzo mało znana, lecz także nazwa geoinformatyka jest używana rzadko i bywa niepoprawnie odnoszona do zastosowania informatyki w geologii. Jeżeli te obie nazwy są synonimami i jednocześnie nie są w Polsce powszechnie przyjęte, to trzeba by rozważyć, która z nich powinna być stosowana. Odpowiedź na to pytanie nie jest łatwa, ale biorąc pod uwagę, że w światowych zasobach internetowych nazwa geomatics ma zdecydowaną przewagę (tab. 1.), polską nazwą tej dyscypliny chyba jednak powinna być geomatyka.

Na podstawie porównania najczęściej spotykanych definicji geomatyki (geoinformatyki) można określić pewien wynikający z nich „wspólny mianownik”:

Geomatyka (geoinformatyka) jest dziedziną wiedzy (i technologii) zajmująca się problemami pozyskiwania, zbierania, utrzymywania, analizy, interpretacji, przesyłania i wykorzystywania informacji geoprzestrzennej (przestrzennej, geograficznej), czyli odniesionej do Ziemi.  

Czy rzeczywiście mamy do czynienia z czymś nowym? Można powiedzieć, że przecież informacja geoprzestrzenna istnieje już od dawna i od dawna poddawana jest wyszczególnionym w definicji czynnościom – to oczywiście jest prawdą, ale obecnie mamy do czynienia z zupełnie nowymi formami tej informacji i metodyki operowania na niej też są zupełnie nowe. Tą nową sytuację zawdzięczamy głównie informatyce, która w tym przypadku pełni rolę podobną to tej, jaką matematyka pełni wobec fizyki lub fizyka wobec geofizyki. Również skala prac badawczych i aplikacyjnych prowadzonych w ostatnim czasie jest zupełnie nieporównywalna z tym, co było do niedawna. Istotnym nowym czynnikiem wpływającym na uformowanie się i na szybki rozwój tej dyscypliny jest olbrzymia w obecnym czasie i lawinowo rosnąca ilość informacji geoprzestrzennej, której praktycznie nie można przetworzyć metodami stosowanymi dotychczas. Również rosnące zapotrzebowanie na odpowiednio przetworzoną i przygotowaną informację geoprzestrzenną działa stymulująco.

Podana powyższej definicja jako „wspólny mianownik” z konieczności jest bardzo ogólna i z tego względu wymaga szeregu dodatkowych wyjaśnień:

  • Informacja geoprzestrzenna, często określana również jako przestrzenna lub geograficzna, jest informacją w sensie zdefiniowanym przez informatykę. Cechą wyróżniającą ją od innych rodzaj informacji jest to, że jest odniesiona do określonego miejsca względem Ziemi. Z tego powodu jej niezbędnymi atrybutami są dane określające położenie względem Ziemi wyrażone w zdefiniowanym i przeliczalnym układzie współrzędnych (geograficznym, kartograficznym lub geodezyjnym). Takie odniesienie nazywane jest odniesieniem bezpośrednim, ale określenie położenia może być także w formie odniesienia pośredniego, np. jako adres pocztowy. Odniesienie pośrednie musi być jednak jednoznaczne i zamienialne na bezpośrednie.

  • W odróżnieniu od geoinformacji opisowej wyróżnia się pojęcie dane geoprzestrzenne (lub przestrzenne) jako bardziej formalną postać informacji i przez to bardziej odpowiednią do operowania na niej w zakresie podanym w definicji. Z tego względu najczęściej pod pojęciem informacja geoprzestrzenna rozumie się tu dane geoprzestrzenne.

  • Geomatyka jak każda dziedzina dzieli się na pewne warstwy - aspekty: aspekt podstawowy, aspekt teoretyczny, techniczny i technologiczny, a także aspekt zastosowań. W każdej z tych warstw mamy do czynienia z innym zakresem problemów, stosowane są różne techniki i narzędzia, a także inny zakres wiedzy potrzebny jest do rozwiązywania tych problemów.

  • Związek geomatyka z systemami informacji przestrzennej (GIS) jest podstawowy - GIS jest narzędziem w aspekcie zastosowań geomatyki i jest obiektem studiów badawczych i projektowych w innych jej aspektach. Z tego powodu można też powiedzieć w wielkim uproszczeniu, że geomatyka zajmuje się systemami GIS.

Publikacje z zakresu geomatyki. Na tak zwanej „liście filadelfijskiej” (ISI Master Journal List) zawierającej ponad 8500 tytułów (dane z dnia 22.01.2000) nie ma żadnego czasopisma zawierającego w tytule odpowiedniki słowa geomatyka (geoinformatyka) i jest tam tylko jedno czasopismo z założenia w całości poświęcone tej tematyce – International Journal of Geographical Information Science wydawane przez wydawnictwo Taylor & Francis. Na liście tej są 3 czasopisma, w których można znaleźć publikacje bezpośrednio dotyczące problemów geomatyki i 45 czasopism, w których bywa poruszana tematyka praktycznego zastosowania systemów GIS. W śród tej ostatniej grupy 34 czasopisma zwierają te publikacje bardzo sporadycznie. Znacznie bogatszy wybór literatury geomatycznej dostarczają materiały kilkunastu cyklicznie organizowanych międzynarodowych konferencji, do których między innymi należy zaliczyć: International Symposiums on SDH, Annual Conferences on GIS, GSDI Conferences, EOGEO International Workshop i INTEROP GIS. Jednak zdecydowana większość publikacji dostępna jest jedynie w formie elektronicznej – publikacji on-line (publikacji internetowych).

Ryc. 1. Obszar tematyczny geomatyki i jej relacje do dyscyplin z nią powiązanych

Geomatyka a inne dyscypliny. Relacje pomiędzy geomatyką i dyscyplinami z nią powiązanymi przedstawione są schematycznie na rycinie 1. Problematyka stanowiąca przedmiot geomatyki była do niedawna traktowana jako interdyscyplinarna. Obecnie geomatyka wypełniła lukę istniejącą pomiędzy informatyką i naukami o Ziemi. W wyniku sprecyzowania obszaru tematycznego geomatyki powstały na stykach pewne obszary wspólne („nakładki”) wskazujące na konieczność ścisłej współpracy pomiędzy sąsiadującymi ze sobą dyscyplinami nad problemami należącymi do tych wspólnych obszarów. Nie tylko geomatyka korzysta wiele z dyscyplin sąsiednich, także te dyscypliny wzbogacają swoje możliwości dzięki geomatyce. Korzyści, jakie z tego czerpią nauki o Ziemi są oczywiste, ale także informatyka coraz częściej przenosi na swój grunt rozwiązania wypracowane przez geomatykę. Przykładem mogą być przestrzenne (a ściślej - geoprzestrzenne) rozszerzenia w systemach, specyfikacjach i językach czysto informatycznych takich jak SQL, CORBA lub obiektowy system zarządzania bazą danych O2 (Weiler, 1998; Using..., 1998).

Geomatyka a geologia. Geologia należy do grupy nauk, z którymi geomatyka ma ścisłe powiązania. Geologia nie tylko korzysta z informacji geoprzestrzennej, ale także ją tworzy i często jest to tak bardzo specyficzny rodzaj tej informacji, że potrzebne są do tego odrębne modele danych i odpowiednie do nich metody przetwarzania. To właśnie na styku geologii i geomatyki powstały i są rozwijanie koncepcje systemów trójwymiarowych (GIS-3D) – inne dyscypliny z powodzeniem posługują się systemami dwuwymiarowymi, do których należą wszystkie powszechnie stosowane systemy GIS. Szereg nowych metod analizy przestrzennej opracowanych w geologii może być stosowane wyłącznie w środowisku systemu GIS – do nich należą numeryczne modele budowy geologicznej i bardziej złożone modele procesów hydrogeologicznych (Michalak, 1997a, 1997b).

 

Próba przybliżenia problemów i metod

Główne nurty działalności. W działalności na gruncie geomatyki można wyraźnie wydzielić trzy główne nurty związane w dużym stopniu z charakterem i celami instytucji i ośrodków, które się tą działalnością zajmują:

  • Działalność badawcza w zakresie podstaw, teorii i metodyk – wyższe uczelnie, instytuty badawcze i niektóre firmy komercyjne.

  • Działalność dydaktyczna i szkoleniowa – wyższe uczelnie i firmy komercyjne.

  • Działalność produkcyjna w zakresie oprogramowania aplikacyjnego, pozyskiwania danych, ich obróbki i dystrybucji – firmy komercyjne i niektóre instytucje badawcze.

Metodyki i techniki wykorzystywane w geomatyce. Podstawowym narzędziem technicznym stosowanym w geomatyce jest komputer. Z tego powodu cały dorobek współczesnej informatyki znajduje tu szerokie zastosowanie – można nawet zaryzykować stwierdzenia, że bez wykorzystywania tego dorobku geomatyka nie miałaby racji bytu. Wiele dyscyplin zajmujących się lub posługujących się informacją geoprzestrzenną (np. geografia, geodezja, kartografia, topografia, fotogrametria, teledetekcja, geologia i inne) posiada własne metodyki i techniki, które ujęte w algorytmy programowe i zapisane w kodzie języków komputerowych są (lub mogą być) z powodzeniem wykorzystywane w geomatyce. Geomatyka posiada wiele własnych metodyk i technik, które nie są stosowane w informatyce i naukach o Ziemi, jak na przykład map-algebra, topologiczna analiza warstw geoinformacji z elementami wektorowymi lub topologiczna analiza warstw geoinformacji rastrowej i siatkowej. Wiele nowych rozwiązań z tego zakresu powstaje i rozwija się na styku geomatyki i dyscyplin z nią sąsiadujących.

Główne obszary problemów.

 Do podstawowych problemów, jakie stoją obecnie do rozwiązania należą:

Modele danych geoprzestrzennych – Postać danych, z jakimi mamy do czynienia w geomatyce, jest czymś wyjątkowym i niespotykanym w innych dyscyplinach. Brak powszechnie przyjętego standardu klasyfikacji i formatów danych spowodował sytuację bliską chaosu. W rezultacie bardzo często jako standard dla danych przyjmuje się wewnętrzne formaty popularnych monolitycznych systemów GIS zaniedbując fakt, że formaty te nie mają oficjalnej jawnej dokumentacji. Nieskoordynowane próby naprawienia tej sytuacji doprowadziły do powstania ponad 23 różnych standardów danych geoprzestrzennych, a liczba zajmujących się tym komitetów i innych organizacji osiągnęła liczbą 25 (Bryan, 1995). Na szczęście większość tych standardów to standardy narodowe lub przeznaczone dla bardzo specjalistycznych zastosowań i tylko nieliczne z nich w rzeczywistości pełnią rolę standardów szerszej wymiany. Najważniejsze z nich to:

  • DIGES – (Digital Geographic Information Exchange Standard) przeznaczony dla zastosowań militarnych w państwach NATO (The Digital..., 1997),

  • SDTS – (Spatial Data Transfer Standard) opracowany przez USGS, obecnie najbardziej znany i często używany także w zastosowaniach międzynarodowych (American..., 1998),

  • HDF(EOSDIS) – (Hierarchical Data Format (Earth Observing System Data and Information System)) opracowany przez NCSA i NASA dla danych otrzymywanych z satelitów, ale także stosowany w badaniach naukowych (An introduction..., 1998).

Nowe zadania stawiane wobec GIS wymagają przystosowania ich modeli danych geoprzestrzennych do interoperacyjności w warunkach rozproszenia i opracowania struktur tych danych w pełni obiektowych. Prace w tym kierunku prowadzone są w ramach OGC.

Model metadanych czyli „danych o danych” – Pojęcie metadanych wymaga dodatkowych wyjaśnień. Dane geoprzestrzenne są z reguły pogrupowane w pewne agregaty, w zależności od stosowanej technologii mogą to być warstwy, struktury, obiekty lub zbiory obiektów. W interoperacyjności systemowej agregaty te można traktować jak pewnego rodzaju zamknięte „paczki informacji” z dołączonym dokumentem szczegółowo opisującym zawartość takiej „paczki”. Metadane zawarte w tym dołączonym dokumencie muszą być zgodne z jakimś ogólnie przyjętym standardem i ich forma (model) musi spełniać szereg wymagań, jak na przykład:

  • Uniwersalność – być odpowiedni dla wszystkich możliwych typów informacji geoprzestrzennej.

  • Jednoznaczność – być jednoznacznie interpretowany zarówno przez ludzi jak i komponenty systemu informatycznego.

  • Niezależność – nie być zależnym od określonego środowiska programowego, czyli od określonej platformy sprzętowo-systemowej.

Najczęściej obecnie stosowanym modelem metadanych jest standard CSDGM (Content Standard for Digital Geospatial Metadata) rozwijany przez FGDC (Federal Geographic Data Committee) (Content..., 1997).

Metodyki projektowania i budowy systemów GIS – Tworzenie nowych systemów GIS stało się już zjawiskiem powszechnym, lecz niestety w większości przypadków metodyki ich projektowania oparte są na stanie wiedzy z przed ponad dwudziestu lat. Tyle bowiem lat liczy sobie najczęściej stosowane do tego oprogramowanie. Te komercyjne pakiety dla GIS są ciągle ulepszane pod kątem szybkości działania i sprawności interfejsu użytkownika, lecz nie zmienia to faktu, że założenia teoretyczne i metodyczne stanowiące fundament tego oprogramowania są już bardzo przestarzałe. Dzisiejsza informatyka dostarcza wielu metodyk i narzędzi pozwalających projektować systemy GIS zgodnie z obecnym stanem wiedzy w tym zakresie. Jednym z takich rozwiązań jest język i metodyka UML (Unified Modeling Language). Jest to połączenie trzech najbardziej zaawansowanych technik stosowanych obecnie w inżynierii systemów informatycznych: Bootch, OMT i OOSE (UML..., 1997). Prace nad zastosowaniem UMLu do projektowania i budowy systemów GIS prowadzone są przez OGC i ISO/TC 211.

Interoperacyjność rozproszonych GIS – Osoba wykorzystująca informacje geoprzestrzenne w zastosowaniach profesjonalnych – na przykład geolog przy opracowywaniu dokumentacji – potrzebuje mieć dostęp do różnych rodzajów tematycznych tej informacji dla dokumentowanego obszaru, na przykład do danych z wierceń, do mapy topograficznej i geologii powierzchniowej, do danych geofizycznych, geodezyjnych i wielu innych. Dane te z oczywistych powodów będą się znajdowały w różnych systemach GIS i różnych bazach danych, często także odległych. Aby te wszystkie dane mogły być dla określonego obszaru dostępne z jednego komputera i wyświetlone na jego ekranie w sposób całkowicie zgodny niezbędna jest interoperacyjność systemowa rozproszonych systemów GIS. Taką interoperacyjność daje specyfikacja OpenGIS (Open Geodata Interoperability Specification) opracowywana w OGC (Buehler & McKee, 1996) w połączeniu z specyfikacją CORBA (Common Object Request Broker Architecture) opracowaną i rozwijaną w korporacji OMG (Object Management Group). Proponowane w tych specyfikacjach rozwiązania pozwalają na taką współpracę systemów GIS, która umożliwi poszczególnym ich modułom znalezienie (w oparciu o metadane) wszelkiej potrzebnej i dostępnej informacji, przetransferowanie jej do komputera użytkownika w formie zgodnej z określonymi wymaganiami, na przykład przetransformowanej do układu współrzędnych podanego odwzorowania kartograficznego.

Technologie obiektowe w GIS – Współczesna informatyka wykształciła wiele różnych podejść do rozwiązywanych problemów. Jednym z nich jest podejście obiektowe, a oparte na nim technologie w wielu zastosowaniach dają wyjątkowo dobre rezultaty. Dla przykładu można tu wymienić kilka najważniejszych: obiektowe języki programowania, obiektowe interfejsy graficzne użytkownika, obiektowe modele i bazy danych, obiektowe struktury systemów i modele ich interoperacyjności. Interesujące analizy zastosowania technologii obiektowych w odniesieniu do baz danych przedstawia praca K. Subiety (1998), a także Valenty i Amirbekyana (1997). Analiza przydatności technologii obiektowych w odniesieniu do danych geoprzestrzennych wykazuje, że w tym przypadku rezultaty są wyraźnie lepsze niż w innych zastosowaniach. Z tego powodu podejście obiektowe jest wszechobecne w aktualnie prowadzonych pracach z zakresu geomatyki. Nowe systemy informacji geoprzestrzennej opracowane w technologii obiektowej są bardziej uniwersalne, działają szybciej i bezpieczniej, a także są łatwiejsze w użytkowaniu i administrowaniu (Woodsford, 1995). Mogą one skuteczniej współpracować ze sobą w oparciu o obiektową interoperacyjność, jak również mogą współpracować z już istniejącymi klasycznymi systemami monolitycznymi i relacyjnymi bazami danych, jednak pod warunkiem, że te ostatnie będą miały obiektową obudowę, jednak odwrotna sytuacja praktycznie nie jest możliwa.

Obszary zastosowań praktycznych. Według danych Kanadyjskiego Instytutu Geomatyki (Welcome..., 1997) ponad 70% wszelkiej informacji to informacja geoprzestrzenna. Każdy adres pocztowy może być zamieniony na współrzędne geograficzne i informacja z nim powiązana może być poddana operacjom stosowanym tylko do danych geoprzestrzennych, na przykład wyznaczenie odległości pomiędzy dwoma adresami. W geologii, tak jak w innych naukach o Ziemi, prawie cała informacja ma charakter geoprzestrzenny. Ujmując to najogólniej można powiedzieć, że obszar zastosowań geomatyki jest taki jak zastosowań informacji geoprzestrzennej – trudno jest znaleźć dziedzinę działalności praktycznej, w której geomatyka nie jest stosowana. Do najważniejszych należą:

  • administrowanie terenem i działalnością gospodarczą,

  • planowanie przestrzenne i urbanistyka,

  • ochrona środowiska, ekologia i epidemiologia,

  • nauki geologiczne i górnictwo,

  • gospodarka wodna i meteorologia,

  • transport i telekomunikacja,

  • dziedziny związane z obronnością i bezpieczeństwem,

  • przeciwdziałanie skutkom klęsk żywiołowych i katastrof,

  • rolnictwo i leśnictwo,

  • ostatnio także marketing.

 

Obecny stan geomatyki i jej przyszłość

Stan zastany. Systemy GIS zaczęły powstawać w latach 60-tych z praktycznej potrzeby – w wielu zastosowaniach operowanie tradycyjnymi papierowymi mapami okazało się zupełnie niewystarczające. W latach 70-tych i 80-tych nastąpił szybki rozwój metod i oprogramowania dla tych systemów, lecz prace te były prowadzone w zaledwie kilku konkurujących ze sobą ośrodkach głównie komercyjnych. Taka sytuacja doprowadziła do stanu, w którym poszczególne środowiska programistów i użytkowników związane z konkretnymi systemami programowymi posługują się różnymi terminologiami. Na przykład termin coverage w różnych systemach ma zupełnie różne znaczenie, a różnice w definicjach formy geometrycznej  poligon są tak duże, że stwarza to poważne trudności w przenoszeniu danych z jednego systemu do drugiego. Modele danych stosowane obecnie w najbardziej rozpowszechnionych systemach programowych GIS są tak różne, że interoperacyjność tych systemów jest możliwa tylko pod warunkiem utraty części danych, co często praktycznie jest nie do przyjęcia. Brak szerszej współpracy nad systemami GIS i brak prac badawczych w aspekcie bardziej podstawowym i ogólnym zaprowadził systemy GIS w ślepą uliczkę o nazwie ClosedGIS. Oczywiście trzeba tu wyraźnie podkreślić, że wiele obecnie stosowanych systemów programowych GIS dysponuje bardzo dobrymi algorytmami przetwarzania i analizy danych geoprzestrzennych, a także posiada bardzo wygodne interfejsy graficzne użytkownika, często godne określenia state of art. Jednak ich monolityczny zamknięty charakter, wywodzący się z koncepcji opracowanych w latach 60-tych, przy obecnym poziomie rozwoju informatyki jest niestety jednak anachroniczny.

OGC - główne ognisko prac badawczych i normalizacyjnych. W wielu ośrodkach prowadzone są prace badawcze i normalizacyjne – często na szeroka skalę, ale prace prowadzone lub koordynowane w ramach Open GIS Consortium (OGC) mają tak wielki zakres i tak podstawowe znaczenie, że przyszłość tego, czym zajmuje się geomatyka (a w tym systemów GIS) zależy głównie od nich (OGC..., 1996; OpenGIS..., 1996; Michalak 1998). OGC jest organizacją międzynarodową ‘non-for-profit’ z siedzibą w USA i w jej pracach uczestniczy ponad 200 instytucji (rządowych, akademickich i komercyjnych) z 25 krajów (dane z dnia 4.02.2000). W tej liczbie znajdują się wszystkie liczące się w tej problematyce na świecie ośrodki badawcze. Wśród 52 uniwersytetów na liście członków OGC jest także, jako jedyna instytucja z Polski, Uniwersytet Warszawski reprezentowany przez Wydział Geologii.

ISO/TC211 – Geographic Information/Geomatics. Innym ośrodkiem prac nad tymi zagadnieniami, który odgrywa równie istotną rolę, jest Komitet Techniczny 211 Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej. Komitet ten pracuje nad 25 projektami standardu informacji geoprzestrzennej w bardzo szerokim zakresie tej problematyki. Projekty te oznaczone są symbolami: ISO 19101 do 19125, a ich zakres jest w znacznym stopniu zgodny z zakresem prac OGC (Østensen, 1995). Obok prac standaryzacyjnych w zespołach roboczych TC211 prowadzone są prace nad informacją geoprzestrzenną w aspekcie ontologicznym i semantycznym. Obie organizacje (OGC i TC211) powstały i rozpoczęły prace niezależnie od siebie, ale obecnie istnieje między nimi ścisła współpraca. Ta początkowa niezależność i ścisłe obecne powiązanie dają dobre wyniki – dwie różne koncepcje oparte na różnych doświadczeniach i założeniach początkowych są obecnie w wielu wspólnych zespołach uzgadniane i dopracowywane (Kuhn, 1997; McKee & Østensen, 1997). Dzięki temu specyfikacja OpenGIS i standard ISO w zakresie systemów informacji geoprzestrzennych będą tak daleko ze sobą zgodne, że w rezultacie, jeżeli jakiś system będzie zgodny ze specyfikacja OpenGIS to będzie jednocześnie zgodny ze standardem ISO i odwrotnie zgodność z ISO będzie gwarantować całkowitą zgodność z OpenGIS. Obecny podział pracy pomiędzy OGC i ISO/TC211 wynika z charakteru obu organizacji:

  • ISO/TC211 zajmuje się między innymi całym szeregiem problemów związanych ze zgodnością opracowywanych standardów z innymi już przyjętymi standardami ISO, rozwiązywaniem problemów ontologicznych i semantycznych geomatyki, a także formalizacją metodyk stosowanych w geomatyce.

  • OGC podchodzi do tych problemów bardziej praktycznie – dba o możliwie jak najbardziej uniwersalny charakter specyfikacji, poszukuje nowych odpowiednich do tych celów technologii informatycznych i jednocześnie stara się wykorzystać cały dotychczasowy dorobek różnych ośrodków zajmujących się problematyką GIS.

Próba prognozy. Wyjątkowo burzliwy rozwój nauk informatycznych i ich zastosowań praktycznych stwarza sytuację, w której prognozowanie przypomina raczej wróżenie. Przykładem może być prawdziwa eksplozja rozwoju i zastosowań WWW często niesłusznie utożsamianego z Internetem. Gdy kilka lat temu opracowywano HTTP (HyperText Transfer Protocol) i HTML (HyperText Markup Language) autorzy nie przypuszczali, że tworzą podstawy potężnego medium stwarzającego prawdziwą wolność w zakresie informacji i zagrażającego dotychczasowym potentatom – prasie i telewizji.

Obserwowany obecnie rozwój geomatyki również ma charakter eksplozji – nieomal każdy kwartał przynosi mową technologię lub szeroko zakrojony program badawczy. Oto kilka przykładów:

  • ADL (Alexandria Digital Library) – projekt systemu wyszukiwania informacji bibliotecznej poprzez określenie wyróżnienia geoprzestrzennego, np. „znajdź wszystkie publikacje dotyczące glin zwałowych w bezpośrednim sąsiedztwie Wisły (w odległości 1 km od rzeki)”.

  • Digital Earth – projekt zainicjowany przez NASA, w ramach którego ma być zainstalowana sieć serwerów informacji geoprzestrzennej pokrywająca całą Ziemie (wstępnie w siatce 10°´10°) i połączonych z systemem satelitów przesyłających na bieżąco zdjęcia o wyjątkowo wysokiej rozdzielczości.

  • WMT (Web Mapping Testbed) – inicjatywa OGC zmierzająca do opracowania standardu i systemów programowych dla serwerów i klientów w zakresie przesyłania poprzez Internet (z zastosowaniem także WWW) informacji geoprzestrzennej w formie niezależnej od środowiska programowego, w jakim się ta informacja pierwotnie znajduje. Różnorodność pierwotnego środowiska oznacza w tym przypadku różne platformy sprzętowo-systemowe, różne systemy baz danych, różne modele i formaty danych, a także różne układy odniesienia lub odwzorowania. Dzięki tej technologii dane z różnych serwerów między innymi będą mogły być zgodnie wyświetlane z wysoką kartograficzną dokładnością w jednym oknie graficznym zwykłej przeglądarki WWW i przy jej pomocy także drukowane lub przetwarzane przez oprogramowanie GIS.

  • GML (Geography Markup Language) – język zapisu informacji geoprzestrzennej analogiczny do języka HTML stanowiącego podstawę WWW. Można przypuszczać, że odegra on podobną rolę w geomatyce jak jego starszy odpowiednik w WWW.

Bardzo szybki rozwój geomatyki wyjaśnia, dlaczego zdecydowana większość publikacji z tej dziedziny ma formę elektroniczną (internetowa) – długość cyklu publikowania (wraz z recenzjami) w takim przypadku wynosi od jednego tygodnia do jednego miesiąca i tradycyjne publikacje drukowane są najczęściej spóźnione i przez to tracą swoją aktualność. Ten związek ma także wpływ odwrotny – krótki cykl publikacji elektronicznych pozwala na szybki rozwój geomatyki. Podobne zjawiska obserwuje się także w innych dyscyplinach (informatyka, fizyka) gdzie liczba czasopism internetowych osiąga już dziesiątki i wiele z nich znajduje się na liście filadelfijskiej. Analogicznie do czasopism internetowych (identyfikowanych przez ISSN) wiele publikacji zwartych (identyfikowanych przy pomocy ISBN) z zakresu geomatyki ma postać elektroniczną (najczęściej w formie Portable Document Format - PDF).

Podjęta tu próba prognozy oparta jest na ekstrapolacji obecnie obserwowanych tendencji rozwoju geomatyki i chyba rozsądnym horyzontem czasowym może być okres kilku lat. Jako nie całkiem poważny wynik tej ekstrapolacji można przedstawić taką scenę:

W kamieniołomie w Górach Świętokrzyskich na kamieniu siedzi geolog. Trzyma na kolanach notebook z wbudowanym GPSem i GSMem. Na ekranie ma obraz kuli ziemskiej i przy pomocy klawisza ‘zoom+’ zmienia stopniowo obrazy na → Europa → Polska → Góry Świętokrzyskie → Góra X → kamieniołom Y. Na ekranie pojawia się obraz satelitarny tego kamieniołomu i widać na nim siedzącą na kamieniu postać trzymającą na kolanach notebook (, na którego ekranie widać...). W prosty sposób można będzie w oparciu o ten obraz (przetworzony do ortofotomapy i uzupełniony warstwami wektorowymi) wprowadzać lub poprawiać dane zawarte w dowolnie wybranej bazie danych geologicznych.

Opisana powyżej wizja (nieco science fiction) ma na celu jedynie przedstawić potencjalne przyszłe możliwości naukowe, techniczne i technologiczne w zupełnym oderwaniu od spraw ekonomicznych i prawnych. Pomijając sprawy finansowe, trzeba zauważyć, że problemy prawne rozwiązywane są nieporównywalnie wolniej i z tego względu stanowią istotny czynnik hamujący wiele nowatorskich poczynań także w obszarze geomatyki.

 

Geomatyka w Polsce

Obecnie mamy w Polsce bardzo wiele przedsięwzięć (planowanych lub realizowanych) z zakresu systemów GIS – od systemów centralnych i ogólnokrajowych dla różnych zastosowań specjalistycznych do systemów wspomagania administracji terenowej na szczeblu gmin. Najważniejsze obecne przedsięwzięcie w Polsce to program badawczy PBZ 024-13: Koncepcja ogólnokrajowego Systemu Informacji Przestrzennej (SIP) koordynowany i realizowany przez Instytut Geodezji i Kartografii. W samej tylko geologii można doliczyć się kilkunastu dużych przedsięwzięć. Główne z nich to realizowane w Państwowym Instytucie Geologicznym: Centralna Bank Danych Geologicznych, Bank Danych Hydrogeologicznych HYDRO i bazy MIDAS i SOH. Większość opracowywanych obecnie map (także geologicznych) w trakcie procesu redakcji ma postać tak zwanych map cyfrowych. Stanowi to niezwykle cenny materiał do przekonwertowania na dane geoprzestrzenne mogące stanowić zawartość odpowiednich baz.

Szereg różnych czynników z przeszłości, w tym także politycznych i ekonomicznych, sprawiło, że polska geomatyka znajduje się zaledwie w zarodku. Cechami charakterystycznymi tego etapu rozwoju są:

  • Brak badawczych prac metodycznych w zakresie zastosowania w geomatyce nowych osiągnięć informatyki – szczególnie dotyczy to metod projektowania systemów obiektowych i rozproszonych.

  • Wzorowanie koncepcji projektowanych systemów na „sprawdzonych” (czyli funkcjonujących od lat) rozwiązaniach krajów zachodnich. W tej sytuacji nowo opracowywane systemy oparte są na nienowych technologiach – ośrodki zachodnie, z których brane są te wzorce pracują obecnie nad zastąpieniem ich znacznie bardziej zaawansowanymi rozwiązaniami technologicznymi.

  • Bardzo częste ograniczanie znaczenia szerokiego pojęcia informacja geoprzestrzenna jedynie do tak zwanych map numerycznych (lub cyfrowych).

  • Prace nad zastosowaniami praktycznymi GIS w poszczególnych dyscyplinach nauk o Ziemi (geodezja, geografia, kartografia, geologia, hydrogeologia, geofizyka i inne) prowadzone są bez dostatecznej wzajemnej wymiany informacji i wiedzy pomiędzy poszczególnymi środowiskami badawczymi.

  • Brak interoperacyjności instytucjonalnej w sensie określonym przez B. Kubicę (1998) – rozumianej jako wspólne prace nad ogólną koncepcją integracji poszczególnych przedsięwzięć geomatycznych w jedną polską NSDI (National Spatial Data Infrastructure) – dotyczy to w szczególności standaryzacji interfejsów i metadanych, a także problemów prawnych i ekonomicznych związanych z wymianą i udostępnianiem danych geoprzestrzennych.

  • Wymiana danych pomiędzy poszczególnymi systemami geoinformacyjnymi odbywa się jedynie w postaci plików zapisanych w formatach archiwizacji poszczególnych komercyjnych pakietów GIS takich jak na przykład ArcInfo firmy ESRI lub MGE Intergrapha.

  • Brak kierunków studiów i innych form kształcenia specjalistów z zakresu geomatyki. Jedynie na wydziałach geografii i geodezji prowadzone są pojedyncze przedmioty z zastosowania GIS lub kartografii komputerowej. Jednak w większości przypadków wiedza na ten temat zdobywana jest jedynie na kursach posługiwania się konkretnymi programami i jest zupełnie pozbawiona szerszych podstaw zarówno geomatycznych jak i informatycznych.

  • Brak czasopisma naukowego poświęconego w znacznej mierze problemom geomatyki, które mogłoby stanowić płaszczyznę wymiany wiedzy i informacji pomiędzy osobami pracującymi nad tymi zagadnieniami w obrębie różnych dyscyplin.

Na szczęście sytuacja w tym zakresie w Polsce szybko się zmienia i można to zaobserwować na przykładzie dwóch corocznych konferencji naukowo-technicznych: „GIS w praktyce” organizowanej przez Centrum Promocji Informatyki i „Systemy Informacji Przestrzennej” organizowanej przez Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej. Jednak problematyka tych konferencji zdominowana jest przez zagadnienia związane z zastosowaniami geomatyki dla potrzeb administracji centralnej i terenowej, a szereg innych aspektów, jak na przykład geomatyka geologiczna są tam prezentowane bardzo rzadko.

 

Podsumowanie

Przedstawiona powyżej analiza sytuacji panującej w zakresie prac badawczych i aplikacyjnych w geomatyce, zarówno na świecie jak i w Polsce, pozwala na wysnucie szeregu istotnych wniosków. Jednak w tym miejscu należy zająć się przede wszystkim tym, co jest ważne dla polskiej geologii. Oto najważniejsze wnioski:

  • Zarówno prace badawcze jak i aplikacyjne wymagają szerokiego współdziałania – nie tylko w obrębie środowiska geologów, ale także ze środowiskami dyscyplin sąsiednich i informatykami. To współdziałanie wymaga stworzenia pewnego formalnego lub nieformalnego forum, którego przykładem może być Open GIS Consortium lub OGETA (Open Geodata Consortium).

  • Prace badawcze powinny być ukierunkowane na rozwijanie systemów dedykowanych potrzebom geologii jak na przykład: systemy 3D lub 4D, geologiczna ontologia i semantyka informacji geoprzestrzennej lub wizualizacja informacji geologicznej.

  • Biorąc pod uwagę czas realizacji większych przedsięwzięć (kilka lat) należy opierać je na najnowszych rozwiązaniach technologicznych (zaakceptowanych przez ISO/TC211 i OGC) i poprzedzać je pracami studialnymi i eksperymentalnymi w niewielkiej skali.

  • Specyfikacje i standardy opracowywane w organizacjach międzynarodowych nie zawsze spełniają nasze wymagania i potrzeby. Organizacje takie jak ISO/TC211 i OGC są otwarte na wszelkie inicjatywy, oceny, komentarze i uwagi. Jest to droga pozwalająca na uniknięcie szeregu problemów z zastosowaniem międzynarodowych standardów w polskich systemach informacji geologicznej. Z naszej strony również potrzebne są prace nad maksymalnym (na ile to możliwe) dostosowaniem przyjmowanych założeń projektowych do standardów ISO/TC211 i OGC. Przy obecnych tendencjach globalizacji rozwiązań geomatycznych jest to jak najbardziej w naszym interesie.

  • Powyższe postulaty mają sens i szansę na realizację jedynie pod warunkiem podniesienia wiedzy z zakresu geomatyki w środowisku geologów zajmujących się lub mających zamiar zając się tymi zagadnieniami. Można to osiągnąć zarówno przez uwzględnienie tej wiedzy w programach studiów, jak i poprzez organizowanie innych form zdobywania wiedzy naukowej i zawodowej.

 

Literatura

  1. American National Standard for Information Systems – Spatial Data Transfer Standard (SDTS), Part 1, Logical Specifications 1998 – United State Geological Survey, National Mapping Division, Published by American National Standards Institute, URL: ftp:// sdts.er.usgs.gov/pub/sdts/ standard/latest_draft/pdf/part1.pdf

  2. An Introduction to HDF5 Release 1.0 1998 – The National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois, Urbana-Champaign.

  3. BRYAN M. 1995 – Geographical Information Standards. URL: http:// www2.echo.lu/inpact/en/gis.html

  4. BUECHLER K. & McKEE L. (Editors) 1996 – The OpenGIS Guide – Introduction to Interoperable Geoprocessing – Part I of the Open Geodata Interoperability Specification (OGIS). OGIS TC Document 96-001, Open GIS Consortium, Wayland, także URL: http:// www.opengis.org/techno/ guide/guide/Guide980629.pdf

  5. Content Standard for Digital Geospatial Metadata – National Spatial Data Infrastructure 1997 – Federal Geographic Data Committee, USGS, Reston, URL: http:// www.fgdc.gov/publications/ documents/metadata/metadata.pdf

  6. KAUPER R. 1998 – Academic Sites for Geomatic Engineering. URL: http:// www.lrz-muenchen.de/~t583101/WWW/Links.html

  7. KUBICA B. 1998 – Concept of Spatial Information Utility. OGETA – Open Geodata Consortium, URL: http:// www.ogeta.com/objective.htm

  8. KUHN W. 1997 – Liaison contribution from OGC: Toward Implemented Geoprocessing Standards: Converging Standardization Tracks for ISO/TC 211 and OGC. URL: http://www.statkart.no/ isotc211/211n418.PDF.

  9. McKEE L. & ØSTENSEN O. 1997 – ISO/TC 211 and OGC Collaborate on Geographic Processing Standards. URL: http://www.statkart.no/isotc211/press_fv.htm.

  10. MICHALAK J. 1997a – OGIS – integracja systemów informacji geoprzestrzennej w geologii. Materiały konferencji INFOBAZY’97, CI TASK, Gdańsk, także URL: http:// www.task.gda.pl/infobazy/book/ref/14.htm

  11. MICHALAK J. 1997b – Modelowanie procesów hydrogeologicznych w środowisku GIS. XII Symp. Modelowanie matematyczne w hydrogeologii i ochronie środowiska, Wyd. Urzędu Woj., Częstochowa.

  12. MICHALAK J. 1998 – OpenGIS – rozproszone obiekty w ujęciu praktycznym. Materiały konferencji GIS w praktyce, Wyd. Centrum Promocji Informatyki, Warszawa.

  13. OGC Business and Operations Plan 1996-1998  1996 – Open GIS Consortium, Wayland.

  14. OpenGIS – OGIS Technical Summary 1996 – Open GIS Consortium, Wayland.

  15. ØSTENSEN O. 1995 – Mapping  the Future of Geomatics. ISO Bulletin, December 1995, URL: http//:www.statkart.no/isotc211/isobulen.htm.

  16. SUBIETA K. 1998 – Obiektowość w projektowaniu i bazach danych. Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, Warszawa.

  17. The Digital Geographic Information Exchange Standard 1997 – Edition 2.0, Digital Geographic Information Working Group, Dept. of National Defense, Canada, URL: http:// www.j2geo.ndhq.dnd.ca/digest/html/DIGEST.HTM

  18. UML Summary – version 1.1 1997 – Published by Rational Software Corp. URL: http:// www.rational.com/uml/ad970803_UML11_Summary.pdf

  19. Using Object Databases for Spatial Information Management 1998 – Ardent Software, Versallies, URL: http://  www.ardentsoftware.com/object/product/sim/whitepaper.pdf

  20. WEILER J. 1998 – From Architectures to Reality. URL: http:// www.omg.org/techprocess/-meetings/iac4.rtf

  21. WOODSFORD P. A. 1995 – The Significance of Object-Orientation for GIS. IUSM Conference, Hanover, Germany, http:// www.lsl.co.uk/papers/ooforgis.htm

  22. VALENTA M. & AMIRBEKYAN V. 1997 – OBD – potrzeba czy moda. Mat. Konferencji INFOBAZY”97, CI TASK, Gdańsk.

  23. Welcome to CIG (Publications) 1997 – Canadian Institute of Geomatics, URL: http:// www.cig-acsg.ca/welcome/CIGIntro.htm

  

Copyright © 2000, JWM. Webmaster: J.Michalak@uw.edu.pl