Введение

Активная информатизация сферы гуманитарного знания, широкое распространение возможностей удаленного доступа к историческим, литературным и пр. подлинникам документов в электронном виде, прогресс в области создания распределенных баз данных определили формирование такого нового научного направления исследований, как Digital Humanities (DH). Digital Humanities – принято переводить на русский как Цифровые гуманитарные науки. Это область исследований, обучения и созидания, созданная на стыке компьютерных и гуманитарных наук [1]. Цифровые гуманитарные науки предполагают использование оцифрованных материалов и материалов цифрового происхождения и объединяют методологии из традиционных гуманитарных наук (история, философия, лингвистика, литература, искусство, археология, музыка и т.д.) с компьютерными науками, предоставляя компьютерные инструменты и открывая новые возможности для сбора и визуализации данных, информационного поиска, интеллектуального анализа данных, а также применения математической статистики, методов имитационного моделирования. Очевидно, что цифровое представление многих исторических документов и обеспечение удаленного доступа к ним дает не только широкие репрезентативные возможности для потенциальных исследователей, но и открывает для них определенный программно-технологический потенциал. Именно раскрытию такого потенциала и посвящена данная статья, которая является развитием концептуального и технологического подхода, описанного в [2].

Географические информационные системы (ГИС) сегодня нашли применение как программный инструментарий доступный самому широкому кругу пользователей, а также являются предметом серьезного внимания со стороны ученых как естественнонаучной, так и гуманитарной специализации. Такое внимание обусловило необычайно бурный рост ГИС технологий. В настоящее время производители программного обеспечения либо осуществляют разработку собственных ГИС, либо разрабатывают промежуточное программное обеспечение для построения таких систем, реализующие различные инновационные информационные технологии. Геоинформацион-ные системы традиционно создавались как средства наглядного представления географической (пространственно-координи-рованной) информации. (Геоинформационная система, в традиционном понимании этого термина, это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных [1].) Большинство из хорошо известных и широко используемых ГИС это, прежде всего, программные средства визуализации цифровых наборов географической информации. Однако, анализ современных требований к этим системам как исследовательскому инструментарию в исторической науке, антропологии и этнографии показывает все более возрастающую потребность в возможности использовать ГИС не только как среду визуализации и традиционного моделирования историко-географических процессов, но и как платформу для интеграции разноплановой (гетерогенной) информации в интересах изучения указанных процессов. Именно такая возможность позволяет рассматривать ГИС как прогностическое средство обоснования исследовательских решений, вновь выявляемых фактов, знаний. Именно для геоинформационных систем, позволяющих интегрировать данные и знания о пространственных процессах различной (в т.ч. исторической, антропологической, этногра-фической и пр.) природы, необходимы и характерны свойства, обобщенно восприни-маемые исследователем как принципиально новое качество.

Особым направлением в развитии ГИС технологий является применение методов и средств интеграции и слияния гетерогенной информации для расширения их функциональных возможностей. В предлагаемой статье в качестве геоинформационной системы, ориентированной на использование в сфере историко-этнографических исследований, рассматривается совокупность ГИС-интерфейса, системы пространственно-временного моделирования, экспертной системы и редактора онтологий. При этом экспертная система выступает тем конструктивным элементом, который обеспечивает новое качество интеграции разноплановой и разно типовой информации. Экспертная система при этом в себя включает [6]:

• программную полнофункциональную машину логического вывода. В качестве таковых могут использоваться машины логического вывода современных интерактивных сред искусственного интеллекта, таких как CLIPS, Jess и других;
• упорядоченную совокупность баз знаний для различных сценариев протекания историко-географических процессов.

Необходимо особо указать, что экспертная система используется и как традиционное средство интеллектуальной поддержки исследователя, и как система управления моделированием, работающая в соответствии с некоторыми «сценариями».

Применение ГИС указанной архитектуры для интеграции и слияния информации в ходе историко-этнографических исследований привело к появлению целого ряда новых информационных технологий, прежде всего таких как:

• Технология представления данных дистанционного зондирования Земли о пространственно-протяженных исторических объектах;
• Технология построения (корректуры) областей (ареалов), имеющих историко-этнографическое, историко-экономическое и пр. значение;
• Технология моделирования ретроспектив-ной динамики различных исторических и историко-географических процессов;
• Технология идентификации и уточнения фактов в развитии историко-географических процессов на основе визуализации их текстовых описаний;
• и другие.

Детализация состава и содержания указанных информационных технологий позволяет описать специфику применения ГИС-методов и соответствующих средств интеграции информации, ориентированных на использование в сфере исторических и этнографических исследований, в целом.

Технология представления данных дистанционного зондирования земли о пространственно-протяженных исторических объектах

Технология представления данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) о пространственно-протяженных исторических объектах позволяет обеспечить ретроспективное изучение состояния и динамики изменений объектов и явлений, географические масштабы которых не позволяют наблюдать их, в целом, не иначе как с околоземной орбиты. В качестве примера таких объектов и явлений можно привести: Великая китайская стена, искусственные острова у побережья Объединенных Арабских Эмиратов, изменения объектов инфраструктуры в районах обширных природных катаклизмов и пр. В составе указанной технологии выделяется следующая последовательность этапов:

1. Проведение ориентации исходного цифрового набора снимка ДЗЗ в используемой в ГИС системе координат и привязка его к электронной карте, с учетом используемой модели Земли (Эллипсоид Красовского (СК-42, СК-95), WGS-84 и пр.) и картографической проекции (Равноугольная (Меркатора), поперечно-цилиндрическая (Гаусса-Крюгера), коническая и пр.). Существо работ данного этапа показано ни рисунке 1.

Рис. 1. Ориентация и привязка снимка ДЗЗ в ГИС

Fig. 1. Exposure and binding of the image of Earth remote sensing into GIS

1. Выделение на исходном снимке земной поверхности, при достаточном его разрешении, цифрового набора, соответствующего конкретному району исследуемого исторического или этнографического объекта. На рисунке 2 в качестве примера такого набора исходных данных ДЗЗ приведена фотография участка Великой китайской стены, проходящей в горной местности.

Рис. 2. Космический снимок участка Великой китайской стены до проведения фильтрации

Fig. 2. Satellite image of a section of the Great Wall of China prior to the filtration

1. Отстройка (фильтрация) изображения исследуемого объекта от помех спектрального и атмосферного характера, визуально-контрастное улучшение качества изображения. Существо работ данного этапа показано на рисунке 3.
2. Распознавание исследуемого историчес-кого или этнографического объекта и его семантически-важных элементов на обработанном снимке, путем последовательных сегментации изображений, формирования пространства признаков выделения объекта (элементов) и классификации, согласно этих признаков. Обычно данный этап представляет собой наиболее сложный и трудоемкий этап представления данных ДЗЗ на электронной карте. При всем совершенстве современных методов распознавания образов и разработанности соответствующего программного обеспечения, данный этап предполагает непосредственное участие человека в окончательном принятии решений об отнесении того или иного изображения к образу исследуемого исторического объекта.

Рис.3. Улучшение качества изображения Великой китайской стены за счет фильтрации помех спектрального и атмосферного характера

Fig. 3. Improving the quality of the image of the Great Wall of China at the expense of filtration of noise of spectral and atmospheric nature

1. Предметно-содержательный анализ состояния исследуемого объекта (его отдельных элементов) семантически значимых его характеристик, свойств, с отображением в топонимике условного обозначения или атрибутивной информации на электронной карте.
2. Условно-графическое отображение исследуемого объекта (его элементов) на обобщающей электронной карте соответствующего географического района, с учетом используемого формата электронной карты (SXF, VPF, S-57 и пр.). Для используемого в качестве примера исторического объекта обобщающее представление может выглядеть как показано на рисунке 4.

Рис.4. Условно-графическое представление Великой китайской стены на обобщающей карте в ГИС

Fig. 4. Conditional and graphical representation of the Great Wall of China on the generalizing map in GIS

На заключительном этапе описанного программно-технологического процесса производится интеграция атрибутивных и предметных данных путем написания соответствующего скрипта и тестирование совместного использования соответствующих ГИС-приложений и базы данных ДЗЗ путем проигрывания отдельных действий по отображению условно-графических и непосредственно фотографических данных, решения частных задач исследования.

Во многом аналогична описанной технология моделирования ретроспективной динамики различных исторических и историко-географических процессов. Она предполагает возможность последовательного накопления временных «срезов» снимком пространственно-протяженного исторического объекта и данных его картирования, с дальнейшей возможностью пространственно-временного моделирования последовательного во времени «проигрыша» таких изображений. Это позволяет увидеть временную динамику в изменении состояния объекта и его окружения, оценить общую тенденцию в изменениях объекта и ее скорость.

В целом, интеграция картографической геоинформации и данных ДЗЗ открывает качественно новые возможности для исторических исследований, новый пласт технологий для исторической информатики.

Технология построения (уточнения) границ областей, имеющих этнографическое, политическое и экономическое значение

Традиционно в исторических работах географические карты используются не только для наглядного представления физического ландшафта протекания исторических, этнографических, политических, экономических и пр. процессов, но и для передачи их предметной сущности в географической интерпретации. Существо этого тезиса можно легко пояснить практически любой картой историко-этнографического плана.

Необходимо констатировать, что, как правило, границы областей (ареалов), интерпретирующих историко-этнографические, историко-экономические и пр. данные носят весьма условный характер.

Современные ГИС-технологии значительно расширяют возможности не только по геоинтерпретации историко-этнографических и пр. данных, но и выступают в качестве инструментария корректного построения или уточнения границ указанных областей. В частности, для решения задачи корректного построения (уточнения) границ областей и ареалов широко стала использоваться технология т.н. «температурных карт». Данное название технологии вызвано к жизни аналогией с методикой определения зон атмосферных фронтов по картам измеренных температур. Суть этой технологии заключается в следующем:

1. Какой-либо параметр, имеющий историческое, этнографическое и пр. значение, с заданным площадным шагом представления (измерения), наносится на карту в виде интенсивности определенного цвета или прозрачности. Примером такого параметра, применительно к рис.6, может служить: плотность населения русской национальности;
2. Методами математической экстраполяции определяются значения интерпретируемого параметра для тех подобластей, для которых нет данных измерений;
3. С учетом принимаемой доверительной вероятности определяется пороговое значение интерпретируемого параметра, превышение которого позволяет отнести данную географическую точку (площадной шаг, район) к выявляемой области. Например, если в районе плотность населения русской национальности превышает значение 50 чел./кв.км, то этот район отнести к области преимущественного расселения людей русской национальности;
4. Программными средствами выполняется обобщение всех районов (т.е. изначальных площадных шагов), отнесенных согласно решающе-пороговому правилу, к выявляемой области (ареалу).

Таким образом, границы областей (ареалов), интерпретирующих историко-этнографические, историко-экономические и пр. данные получаются на основании единой квазиобъективной процедуры и уровень их достоверности может быть оперативно оценен по значению доверительной вероятности, принимаемой при задании решающе-порогового правила.

Необходимо отметить, что данная технология способна выступить в качестве мощного исследовательского инструментария в руках продвинутого ученого историка, этнографа. Изучение, современных научных монографий историко-этнографического характера, таких как работы [4, 5], показывает, что изучение территориальной динамики в процессе этногенеза наций (народностей) в ретроспективе ее развития является одним из наиболее продуктивных методов научной истории и этнографии. Следовательно, описанная технология представляет собой технологию обоснованной информатизации и автоматизации этого метода, а значит ее широкое применение в историко-этнографических исследованиях имеет широкую перспективу.

Технология идентификации и уточнения фактов в историко-географических процессах на основании визуализации их текстовых описаний

Географически строгая идентификация местоположения различных исторических объектов, мест свершения каких-либо актов и пр. с помощью двух основных координат: широты и долготы места, в значительной степени не соответствует предметно-обусловленному характеру передачи географической информации в исторических первоисточниках. Особенно четко эта тенденция наблюдается в текстовых описаниях наиболее ранних событий, когда еще само понятие географических координат отсутствовало. Не свойственна строгая географическая идентификация местоположения и более поздним историческим текстово-описательным первоисточникам. Это связано с тем, что в ходе практической деятельности люди, не связанные с точным измерением местоположения на земной поверхности, широко используют качественные понятия для быстрой и приближенной идентификации местоположения объекта (Например, «В районе деревни Бородино», «У мыса Доброй Надежды»). Такое естественное для человека представление географической информации позволяет ему анализировать предметную ситуацию скорейшим образом в большинстве реальных практических задач повседневной практики. Естественно, что этот же подход встречается в исторических источниках.

Вместе с тем, очевидно, что неточность указанного способа идентификации местоположения исторических событий, актов и пр. создает почву для ошибок в установлении тех или иных фактов, не корректных исторических трактовок, вольных или не вольных фальсификаций.

Широкий переход от традиционного бумажного представления географических карт к геоинформационным системам и неуклонная интеллектуализация прикладных возможностей ГИС позволяет обеспечить историков-исследователей не только координатной информацией для идентификации местоположения объекта, но и проинтерпретировать текстовые описания исторических фактов в предметно-деятельностном виде (т.е. в традиционных качественных категориях предметной области деятельности) как информацию для идентификации местоположения.

Суть такой идентификации местоположения исторического события или объекта заключается в установлении соответствия предметно-естественных наименований для территориально-географических полигонов, с определенной дискретностью. Тогда сама идентификация сводится к тривиальной для ГИС задаче попадания географической точки (окрестности точки) описываемого местоположения в соответствующий полигон или систему вложенных полигонов. Так для «грубого» позиционирования, это будут полигоны, описываемые категориями вида: «Южная часть Крымского полуострова», «Восточная часть Финского залива» и пр. Для относительно детально – описанных участков земной поверхности применимы назывные категории вида: «Севернее излучины реки Мста», «Севернее острова Котлин», «Копорская губа» и пр. Соответственно, для конкретных географических мест, имеющих однозначную идентификацию согласно историко-документальных источников, это будут категории: «Вершина Сапун-горы», «Камни южнее острова Мощный» и пр. Очевидно, что размеры полигонов соответствующих относительно детально-описанным участкам моря и конкретным историко-географическим местам определяются экспертным путем, на основании суммарного обобщения географо-терминологического базиса документальных источников рассматриваемого исторического периода (т.е. конфигурация и наименование предлагаемых полигонов на одной и той же карте для интерпретации событий различных исторических периодов могут быть кардинально различными). Для примера практической реализации описанной градации на рис. 5 показана схема разбивки карты восточной части Финского залива. В данном случае разбивка выполнена на полигоны двух классов размерности: более крупные (более толстые границы) и, вложенные в них, малые полигоны (тонкие границы красного цвета).

Таким образом, встроенная в ГИС подсистема интеллектуальной поддержки позволяет проинтерпретировать фразу, взятую из историко-архивного источника и адаптированную под современный терминологически-разговорный язык (Например, из [3]): "Две гребные галеры русского флота приняли бой со шведским барком севернее острова Сескар: отойдя в утреннем тумане от острова и потеряв его из виду, они столкнулись с шведским барком, двигавшимся со стороны большого трапзундского рейда на юг. В ходе боя барк был подожжен, горел и был восточным ветром выброшен на Деманстейскую банку. " как некоторый географический квадрат в достаточно узких географических координатах, выраженных в виде: " Широта 60 10.2 S; Долгота 28 43.5 W".

Описанная программная технология предметно-деятельностной идентификации местоположения предусматривает для специфических видов деятельности возможность наращивания номенклатуры видов полигонов, изменения дисциплины осуществления анализа исторических фактов в полигонах различного вида.

Рис. 5. Пример территориальной разбивки карты восточной части Финского залива для идентификации местоположения и фактов протекания историко-географических процессов

Fig. 5. An example of the territorial breakdown of the map of the eastern part of the Gulf of Finland for identification of the location and facts of flow of historical and geographical processes

Очевидно, что данная технология не претендует на исчерпывающий характер реализуемого метода исторических исследований и во многом зависит от полноты описаний историческо-географических процессов, но она может быть полезна как дополнительное средство анализа исторической информации в условиях ее неполноты, нечеткости и неточности.

Построение геохронологического трека исторического объекта на основании фрагментарной исходной информации

 Класс специализированных методов и ГИС-средств интеллектуальной поддержки принятия решений исследователя при проведении компьютерной реконструкции тех или иных исторических процессов в геопространстве (Например, движение войск, перемещение исторической личности и пр.) сегодня объективно не достаточен. В силу этого факта актуальна разработка интеллектуального ГИС-инструментария, относящегося именно к такому классу. Наибольшую эффективность такого инструментария в гуманитарных исследованиях обеспечивается сочетанием геоинформационных технологий с возможностями современных систем геопространственно-временного имитационного моделирования протекания процессов.

Основным конструктивом такого инструментария является механизм интеграции хронологических и геопространственных данных в виде геохронологического трека. Исходя из энциклопедического понимания слова “трек” как ряда точек на траектории движения, вереницы событий, можно трактовать “Геохронологический трек” – как совокупность параметров (данных), описывающих ряд последовательных событий в жизни индивида (группы, некоторой исторической общности) с привязкой ко времени и месту появления этих событий. На географической карте такой трек будет представлять кривую соединяющую географические точки нахождения исторической личности (группы и пр.) с цвето-градиентной привязкой к хронологии событий. Существо описанной идеи геохронологического трека показано на рисунке 6.

Рис. 6. Пример геохронологического трека

Fig. 6. Example of the geochronological track

Для математическо-алгоритмической и программной реализации построения такой кривой, в условиях объективной фрагментарности исходной историко-архивной информации, необходимо методами имитационного моделирования решить ряд частных задач: