В настоящее время геоинформационные технологии широко используются в самых различных отраслях. Несмотря на это их потенциал ещё далеко не исчерпан. О некоторых перспективных направлениях применения ГИС рассказывает эксперт в области геоинформационных систем ведущий консультант компании «Парма-Телеком» Сергей Тюпанов.
Нынешняя градостроительная политика, особенно в крупных городах, зачастую вызывает массу нареканий со стороны населения. Может ли применение ГИС-технологий способствовать достижению гармонии?
В современной концепции градостроительства в основном представлено однобокое восприятия комфортности городских территорий. Каждый вовлеченный в процесс участник воспринимает процесс как источник выгоды для своей стороны.
Цель крупных застройщиков: построить жилой комплекс и соблюсти при этом баланс между доходами и расходами. Они заинтересованы подобрать такой участок земли на территории города, где квадратный метр построенного объекта будет стоить максимально много, а затраты на социальные обязательства будут минимальны.
В условиях плотной застройки часто приходится чем-то жертвовать. К сожалению, это могут быть не только здания, представляющие историческую ценность, но и какие-то общественные пространства.
Чтобы достичь разумного компромисса интересов, в каждом городе существуют комитеты по градостроительной политике. Они должны делать, и даже иногда делают комплексный анализ «до-после», где стараются предиктивно просчитать каким образом изменение окружающей территории после реновации и рекультивации отразится на всех городских процессах: появятся ли новые пробки на дорогах, увеличится ли очередь в детсады и пр.
В значительной части такие расчеты выполняются с применением ГИС-технологий. Результаты анализа пространственных данных помогают подобрать несколько вариантов развития территории. Но кроме объективной, сугубо технической, оценки необходимо также провести работу с местными жителями, услышать их мнение. Обычно это происходит посредством голосования, когда на оценку выносятся уже просчитанные проекты, отвечающие нормам и стандартам, принятым компетентными людьми и согласующиеся с градостроительным кодексом.
Это минимально необходимые шаги, которые позволят учесть интересы основных пользователей городской среды: жителей, администрации и бизнеса. Часто бывает так, что случается перекос в сторону того или иного типа пользователей. Это, как правило, приводит к недовольству жителей, причём часто обоснованному. Главная причина этого — некачественное и неполноценное предпроектное исследование, которое как раз и тесно связано с ГИС.
Каких положительных эффектов можно ожидать от применения ГИС-технологий в городском планировании?
Основная идея обеспеченности — создание такой городской среды, в которой доступность объектов регулярного спроса является пешей. Несколько лет назад широкое распространение получила концепция
Существует основанная на ГИС-технологиях методология, позволяющая рассчитать для каждой точки в городе ее индекс пешеходной доступности — индекс walkscore. Этот индекс активно применяется в западных странах для оценки рыночной стоимости объектов недвижимости и используется девелоперами, риэлторскими агентствами, а также геомаркетологами, так как он помогает найти на территории города территории, где недостаточно тех или иных объектов спроса, например, продуктовых магазинов.
Дополнительным плюсом здесь является снижение углеродного следа и нагрузки на экологию — если можно дойти пешком, зачем ехать на автомобиле? Этот эффект является одним из принципов другой, более современной концепции устойчивой городской среды.
Это концепция описывает городскую инфраструктуру, развитие и общество, спроектированные и управляемые таким образом, чтобы удовлетворять потребности текущих и будущих поколений, минимизируя при этом негативное воздействие на окружающую среду, обеспечивая социальную справедливость и обеспечивая экономическую продуктивность. Эта концепция базируется на трех основных аспектах устойчивости: экологической, социальной и экономической.
Для реализации обеих концепций решающее значение имеет наличие качественного ГИС-анализа, при помощи которого возможно наиболее корректно и грамотно спроектировать новый район города, таким образом, чтобы он был самодостаточным, экологичным и экономически сбалансированным.
Архитектуру принято относить к творческим гуманитарным дисциплинам. Вы же предлагаете «поверить алгеброй гармонию»?
С развитием технологий, в частности ГИС, решение подобных сложных задач сводится к «простому» генеративному моделированию застройки. Архитектору необходимо лишь задать все параметры и ограничения, чтобы получить несколько вариантов устройства территории. Затем экспертным взглядом оценить их, отобрать наиболее качественные и запустить последующие социально-экономические процессы по оценке проектов.
Можно представить город в виде собранного пазла, из которого художник извлекает один элемент, меняет его картинку и после аккуратно встраивает обратно. Часто бывает так, что в таком пазле необходимо изменить границы, что влечёт изменение смежных частей пазла. Таким образом получается некий рекурсивный процесс — изменив что-то в одном месте города можно получить неожиданный эффект в его противоположной части.
Поэтому на смену классическим инструментам градостроителей и урбанистов приходят более современные средства анализа. Инструменты проектирования типа CAD, неспособные прогнозировать сложные процессы и их эффекты, заменяют мощные ГИС-системы с активным использованием методов ИИ. Широко применяются регрессионные модели, предиктивный анализ, основанный на огромном количестве входных показателей и тонко выявляющий их взаимосвязи для каждой отдельно взятой точки города.
В частности, проектирование транспортной инфраструктуры сопряжено с анализом автомобильного и пешеходного трафика, зачастую в реальном времени. Дополнительно используются данные о динамике социально-демографических показателей. Таким образом, можно смоделировать, как будет выглядеть проектируемая территория через 5, 10, 50 лет. Только так станет понятно, будет ли она комфортной для проживания в средне- и долгосрочной перспективах или же рано или поздно её придется менять, со всеми вытекающими последствиями и затратами.
Крайне важно понимать, что как и в любых других сферах, ГИС и ИИ являются лишь инструментами. Причём сложными в применении и требующими высококвалифицированного специалиста, который сможет учесть параметры, неуловимые глазу даже самого опытного проектировщика. И, конечно, окончательное решение всегда должно оставаться за жителями города.
На бумаге всё выглядит прекрасно. Но если применение ГИС-технологий так удобно всем, почему на практике они используются не так часто, как хотелось?
ГИС сложно рассматривать как отдельную самостоятельную дисциплину. Это, скорее, набор методов и подходов по работе с данными, имеющими географические координаты. Причём использованию этих методов и подходов можно обучить практически любого дата-аналитика.
Но, как обычно бывает, спрос рождает предложение. До тех пор пока не будет спроса на подобного рода специалистов, они не появятся. Отсюда некачественный предпроектный анализ или его полное отсутствие.
Впрочем, специалисты такого рода, безусловно, есть. Но пока не хватает оформленного комьюнити и мероприятий подобной тематики.
Действительно, подобные мероприятия важны. Нам известно, что вы были приглашены в качестве члена жюри в онлайн-хакатон «Городские технологии», который как раз был организован с целью выявления высококлассных специалистов. Расскажете про это подробнее?
Основной идеей хакатона и являлось создание некой среды, в которой проявятся такого рода специалисты. Также хотелось развить интерес у ГИС-аналитиков к ИТ и наоборот.
На мой взгляд, организаторам это удалось. Участниками стали 84 человека, отобранных из много большего количества подавших заявки кандидатов.
Я могу отметить, что каждый из аппликантов являлся квалифицированным специалистом, но в число участников были отобраны только те, кто имел обширные знания и опыт как в ГИС, так и в разработке ПО. Поэтому мне, как члену жюри, было не всегда просто принять решение о допуске заявителя к участию.
Тем не менее, такой серьезный отбор принес отличные результаты. К старту мероприятию было сформировано 12 команд, участниками которых являлись как граждане СНГ, так и Евросоюза. Таким образом, хакатон стал международным событием.
Командам было предложено провести ГИС-анализ некоторой территории, обнаружить ее проблемные аспекты, предложить решения и рассчитать эффекты. На все эти исследования отводилось три дня, по результатам которых экспертное жюри определило победителя. Отдельно хочу отметить, что в состав жюри, помимо меня, входили выдающиеся специалисты в области аналитики, управления проектами и разработчики. Во многом по этой причине удалось провести хакатон на таком высоком уровне.
И, конечно, я считаю, мы достигли своей цели — более 80 первоклассных специалистов смогли поработать над общим проектом и обменяться опытом. Возможно, это станет началом новых совместных проектов.
Градостроительство — важная, но наверняка не единственная сфера, где применяются ГИС-технологии? В каких ещё отраслях использование решений для работы с пространственными данными позволяет достичь положительных результатов?
Самая очевидная область применения — геология. Так сложилось исторически прежде всего потому, что был запрос от отрасли. Аналогично градостроительству геология оперирует огромным количеством пространственных данных.
Основная проблема здесь заключается не только в объёме информации, но и в её разнородности. Это и различные типы файлов, и различные протоколы, по которым эти данные приходят в различные хранилища. Кроме этого, как правило, производственные процессы компаний геологоразведочного комплекса могут быть сильно разнесены географически — офис в Москве, НИИ в Перми, добыча в центральной Сибири... Каждое такое подразделение генерирует разнородные данные, в том числе и пространственные.
В рамках одного проекта, в котором я принимал участие, решалась задача каталогизации массивов данных, накопленных в ГРК-комплексе и хранившихся в различных источниках. Для этого требовалось комплексное решение, позволяющее структурировать всю имеющуюся информацию и обеспечить к ним доступ через единое веб-приложение.
С использованием разработанного мной программного компонента была реализована систематизация данных, их обработка, загрузка и каталогизация и также извлечение из них свойств и сохранение их в файловый индекс.
Модуль представляет собой коннектор к файловой системе, который «сканирует» все доступные для него каталоги и составляет перечень абсолютно всех типов файлов, у которых есть географические координаты. Из каждого файла, содержащего ГИС-данные, извлекается все доступная описательная информация и сохраняется в так называемый файловый индекс. Его можно сравнить с электронной таблицей, где каждой строке соответствует найденный коннектором файл, в а ячейках каждой строки содержатся извлеченные коннектором свойства.
Допустим, геологу нужно найти все файлы любых типов, в свойствах которых присутствует слово «известняк». Для этого он устанавливает соответствующий фильтр и получает в итоге список файлов, которые удовлетворяют его требованиям. Процесс поиска необходимой информации значительно сокращается.
Можно ли уже сказать что-то конкретное про эффект от использования ГИС-решений в этом проекте? Насколько разработанное вами решение уникально и масштабируемо?
В упоминаемом мной проекте было обработано более 150 Тб информации, что эквивалентно более 985 млн. файлов. Сделано это было за вполне разумное время.
Уникальность решения определяется следующими его свойствами:
- комплексность — обрабатываются наиболее распространенные типы ГИС-данных, применяющихся в геологии, в том числе специфические типы;
- простота внедрения — минимальные настройки, необходимые для запуска коннектора;
- скорость обработки и сохранения информации — этого мне удалось добиться благодаря алгоритмам обработки, разработанных для каждого из типов данных с учетом их специфики.
Наиболее важным здесь являются даже не эффект от внедрения данной разработки, прошедшей испытания и применяющейся в промышленности. Решение имеет высокий потенциал тиражирования и масштабирования. Уже сейчас это подтверждается интересом со стороны компаний ГРК.
Пространственными данными оперируют не только ГИС-системы. Означает ли это, что область применения технологий анализа таких данных значительно шире?
Конечно. В рамках работы над одним из проектов компании мне удалось успешно выполнить задачи по разработке не только архитектуры коннектора, но и ряда смежных функциональных модулей. В частности, удалось применить методы обработки пространственных данных для CAD-файлов. Это как раз служит подтверждением того, что использование технологии позволяет успешно модернизировать существующие решения, явно не связанные с ГИС.
Какое направление применения ГИС-технологий вы считаете наиболее перспективным?
На мой взгляд, в настоящее время наиболее актуальна проблема каталогизации и анализа массивов ГИС-данных, накопленных в геологоразведочном комплексе и хранившихся в различных источниках. Именно её решению посвящена моя запатентованная методика, в которой используются ИИ-технологии.
Методика позволяет находить неочевидные взаимосвязи не только между свойствами геологических объектов, но и самими объектами. Это, в свою очередь, даёт возможность даже открывать новые месторождения.
