Олейник Александр Сергеевич

Старший преподаватель кафедры информационных технологий управления органами внутренних дел, кандидат технических наук (Академия управления МВД России)

Поляков Евгений Евгеньевич

Начальник службы – помощник института по ЗГТ (Вольский военный институт материального обеспечения)

Костенко Роман Борисович

Преподаватель кафедры организации МТО (Вольский военный институт материального обеспечения)

Применение геоинформационных методов картографии в ОВД по профилактике правонарушений

The application of GIS methods in mapping the police Department on crime prevention.

В данной статье рассматривается сущность классического, цифрового и геоинформационного методов картографии. Выявление особенностей позволит рассмотреть сильные и слабые стороны различных методов пространственно-временной визуализации данных для применения в информационно-аналитическом обеспечении деятельности ОВД по профилактике правонарушений.

This article deals with the essence of classical, GIS and digital cartography methods. The identifying feature will allow us to consider strengths and weaknesses of different methods of spatial-temporal data visualization for use in information-analytical support to the activities of the police Department on crime prevention.

Согласно традиционному определению картография – это наука о картах как особом способе изображения действительности, их создании и использовании. Это определение закреплено Международной картографической ассоциацией. Государственные нормативные документы гласят, что картография – это область науки, техники и производства, охватывающая изучение, создание и использование картографических произведений[1].

Наиболее общее и традиционное определение карты следующее. Карта – это математически определенное, уменьшенное, генерализованное изображение поверхности Земли, другого небесного тела или космического пространства, показывающее расположенные или спроецированные на них объекты в принятой системе условных знаков.

В самом определении карты обозначены основные ее свойства:

1. математический закон построения — применение специальных картографических проекций, позволяющих перейти от сферической поверхности Земли к плоскости карты;
2. знаковость изображения — использование особого условного языка картографических символов;
3. генерализованность карты — отбор и обобщение изображаемых объектов;
4. системность отображения действительности — передача элементов и связей между ними, отображение иерархии географических систем.

Карта, в отличие от снимка, не является копией местности, это изображение реальности, пропущенное через голову и руки картографа. Образно говоря, на снимке представлены только факты, а на карте еще и научные понятия, обобщения, логические абстракции.

Картографическое изображение – это основной элемент, который представляет собой содержание карты, совокупность сведений об объектах и явлениях, их размещении, свойствах, взаимосвязях, динамике.

Картографическое изображение строится на математической основе,элементами которой на карте являются координатные сетки, масштаб и геодезическая основа. На мелкомасштабных картах элементы геодезической основы не показываются. С математической основой тесно связана и компоновка карты, т.е. взаимное размещение в пределах рамки самой изображаемой территории, названия карты, легенды, дополнительных карт и других данных.

Важнейший элемент любой карты – легенда, т.е. система использованных на ней условных обозначений и текстовых пояснений к ним. На большинстве тематических карт обозначения не унифицированы, поэтому легенду размещают на самом листе карты. Она содержит разъяснения, истолкование знаков, отражает логическую основу и иерархическую соподчиненность картографируемых явлений. Последовательность обозначений, их взаимное соподчинение в легенде, подбор цветовой гаммы, штриховых элементов и шрифтов – все это подчинено логике классификации изображаемого объекта или процесса.

Карты классифицируются по масштабу, пространственному охвату и содержанию.

По масштабу карты делят на четыре основные группы:

• планы — 1:5 000 и крупнее;
• крупномасштабные —1:10 000-1:100 000;
• среднемасштабные — 1:200 000 до 1:1 000 000 включительно;
• мелкомасштабные — мельче 1:1 000 000.

По пространственному охвату на карте Земли вначале классифицируются материки и океаны, а после этого возможны разные разветвления классификации:

• по административно-территориальному делению;
• по природным районам;
• по экономическим регионам;
• по естественно-историческим областям.

По содержанию выделяют три большие группы:

• общегеографические карты;
• тематические карты;
• специальные карты.

Рассмотрим каждый из этих видов в отдельности.

Общегеографические карты.Эти карты отображают совокупность элементов местности, имеют универсальное многоцелевое применение при изучении территории, ориентировании на ней, решении научно-практических задач. На общегеографических картах изображают все объекты, видимые на местности, и всем элементам как бы уделяется равное внимание. Дальнейшая классификация общегеографических карт совпадает с их делением по масштабу:

• топографические – в масштабах 1:100 000 и крупнее;
• обзорно-топографические – в масштабах 1:200 000 – 1:1 000 000;
• обзорные – мельче 1:1 000 000.

Электронная карта (ЭК) — это векторная или растровая карта, сформированная на машинном носителе (например, на оптическом диске) с использованием програм­мных и технических средств в принятой проекции, системе координат и высот, услов­ных знаках, предназначенная для отображения, анализа и моделирования, а также ре­шения информационных и расчетных задач по данным о местности и обстановке.

На практике оба эти понятия часто смешивают. Термины «цифровая карта» и «цифровая модель местности» появились в 1980-х гг. в связи с необходимостью цифрования рельефа для наведения управляемых баллистических и крылатых ра­кет на цель. При этом визуализации цифровой модели не требовалось. Она пред­назначалась только для получения координат цели на бортовой ЭВМ. Этот вид ЦК является типичным примером, когда ЦК существует, а ЭК — нет. Позднее для управления полетами и моделирования понадобилась визуализация ЦК на мони­торе, что и соответствовало понятию ЭК. Но бывают случаи, когда ЭК существу­ет, а ЦК — нет. Примером подобных ЭК является видеокарта, которую можно видеть при передаче по телевизору прогноза погоды[2].

На цифровой карте объекты представляются в виде точек, линий, полигонов, или например такие объекты как колодец, тропинка и озеро соответственно. Также можно сказать, что электронная карта представляет собой ничто иное как модель цифровой карты.

Также встречается понятие «компьютерная карта», которая практически не нашла своего определения в научной литературе, при этом государственными стандартами данный термин наряду с термином «видеокарта» являются недопустимыми терминами-синонимами по отношению к «электронной карте».  Однако фактически «компьютерная» представляет собой общий термин, подразумевающий любую автоматически построенную карту, визуализированную на видеоэкране, построенную на графопостроителе или распечатанную на  бумаге, пластике, фотопленке и иных материалах.

При дальнейшем развитии цифровой картографии изменились формы и методы работы с информационными данными, которые в последующем включили в себя геоданные (пространственные, геопространственные данные). Геоданные представляют собой координатно-временные формы представления информации об объектах либо явлениях окружающей среды. В свою очередь, одним из видов информации является геоинформация, под которой понимается пространственно-распределенная информация об объектах или явлениях материального и нематериального мира. Иными словами геоинформация – это информация, привязанная к геоданным. В качестве объекта могут выступать совокупность предметов, понятий, свойств или других элементов некоторого множества, например, правонарушения.

Геопространственными данными могут быть охарактеризованы все реальные объекты и явления местности, для которых важны положение, форма, размеры, взаимоположение относительно других объектов и явлений. Геопространственные данные из-за своего относительного постоянства в отличие от семантических данных являются основной для интеграции данных в других автоматизированных системах. Для представления геоданных задается система отсчета (координатно-временная привязка).

Изучением структур, общих свойств и закономерностей геоданных, а также методов и процессов проектирования, создания, эксплуатации и использования пространственных информационных систем является геоинформатика. Геоинформатика позволяет обеспечить информацией, контролем и поддержкой при принятии управленческих решений в сферах планирования в социально-экономических науках, предупреждении чрезвычайных ситуаций, обеспечении обороноспособности и т.п.

Базовой составляющей геоинформатики являются географические информационные системы (геоинформационные системы). Сам термин «географическая информационная система» (geographic(al) informationsystem, G1S, spatialinformationsystem) имеет разную трактовку[3], но в целом их можно разделить на три вида:

1. ГИС – это информационная система, обеспечивающая сбор, хране­ние, обработку, отображение и распространение простран­ственно-координированных данных в форме их цифровых представлений. Во-вторых;
2. ГИС (программное средство ГИС) – программный продукт, в котором реализованы функ­циональные возможности геоинформационной системы. Он поддерживается программным, аппаратным, информаци­онным, нормативно-правовым, кадровым и организацион­ным обеспечением.
3. ГИС – это интегрированная компьютерная система, находящаяся под управлением специалистов-аналитиков, которая осуществляет сбор, хранение, манипулирование, анализ, моделирование и отображение пространственно соотнесенных данных.

Однако автор предпочел достаточно краткое, но в то же время емкое определение данного термина. Геоинформационная система – это специализированная информационная система, предназначенная для работы на интегрированной основе с геопространственными и различными по содержанию семантическими данными. Под семантическими данными в данном определении понимается набор качественных характеристик объекта (например: высота, глубина, количество жителей, название населенного пункта, цвет рисования и т.п.).

ГИС предназначена для ввода, хранения, обработки и вывода геопространственной информации по запросам пользователей и является сложной интегрированной системой, подчиняющаяся всем принципам системного анализа. Она содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и других формах).

Поскольку ГИС является сложной интегрированной системой, она подчиняет­ся всем принципам системного анализа. Системный анализ — это совокупность методов и средств исследования сложных, многоуровневых и многокомпонентных систем, объектов, процессов, опирающихся на комплексный подход, учет взаимо­связей и взаимодействий между элементами системы. В системном анализе под системой понимается множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство. Элементами системы являются ее части, представление о которых нецелесообразно подвергать дальнейшему членению. Сложная система — это система, характеризуемая боль­шим числом элементов и большим числом взаимосвязей.

Интеграцией называют восстановление и повышение качественного уровня взаимосвязей между элементами системы, а также процесс создания из несколь­ких разнородных систем единой системы с целью исключения функциональной и структурной избыточности и повышения общей эффективности функциони­рования.

Историю геоинформатики традиционно принято начи­нать с 60-х гг., когда в Канаде и Швеции пришли к необхо­димости построения информационных систем, ориентиро­ванных на обработку пространственных данных. В Канаде в 1963 – 1971 гг. под руководством Р. Томлинсона была соз­дана Канадская ГИС – универсальная ГИС национального уровня. В Швеции формировалась ГИС для учета землевладе­ний и недвижимости. ГИС «первого поколения» существенно отличались от современных аналогов. По сути, их функция состояла лишь во вводе в машинную среду и обновлении в ней учетных документов с их минимальной статистической обработкой[4].

Изначально «производство» ГИС имело штучный характер, было дорогостоящим, сами ГИС – сложными в использовании. Кроме того, первые ГИС обладали достаточно ограниченными возможностями и не предназначались для широкого применения. Сегодня ситуация кардинально изменилась – представители современного поколения ГИС: во-первых, разрабатываются и выпускаются в промышленных масштабах множеством коммерческих компаний; во-вторых, характеризуются достаточной экономичностью и простотой эксплуатации; в-третьих, обладают способностью качественно выполнять самые разнообразные функции; в-четвертых, используются как корпоративными, так и индивидуальными компаниями-потребителями; в-пятых, занимают значительный сегмент мирового рынка продукции информационных технологий.

Геоинформационная система способна интегрироваться, с одной стороны, с системами сбора информации (дистанционное зондирование, мониторинг окружающей среды), с другой – с системами хранения информации (информационно-поисковые системы, базы данных), с третьей стороны, с системами обработки информации (моделирование, обработка изображений), с четвертой стороны, с системами отображения информации (компьютерная графика, электронные карты).

В настоящее время численность созданных прикладных ГИС измеряется в десятках тысяч. Они используются в эко­номике, политике, управлении, охране природы и экологии, земельном кадастре, науке и образовании, правоохранитель­ных органах. В России созданы, например, ГИС органов вла­сти и управления, ГИС по наркомании и преступности, ГИС по рекам и озерам, ГИС заповедников, политики землеполь­зования, охраны окружающей среды, оценки промышленного загрязнения, муниципальные ГИС (для конкретных районов или населенных пунктов) и др.

В большинстве практически функционирующих ГИС всё многообразие задач ГИС сводится к выполнению в основном запросов из базы данных двух типов:

1. запрос информации «через карту» посредством «картографического интерфейса»;
2. создание/выдача картографического отчёта (т.е. в виде карты) по запросу из базы данных.

При этом ГИС оперирует немногими категориями, к которым относятся природные и антропогенные объекты, а также явления, изменяющимися в пространстве. Структура базы данных в первую очередь разрабатывается с учётом возможности обеспечения манипулирования этими категориями при работе с ГИС, а её функции закладываются в процессе создания ГИС.

Функциональные возможности геоинформационных систем можно свести к следующим группам:

• сбор, кодирование и ввод информации – обеспечение формирования цифрового представления пространственных объектов и явлений;
• редактирование, обновление, эффективное хранение данных, реорганизация в разные формы, контроль правильности и качества данных, поддержание системы на актуальном уровне;
• получение информации – в первичном и обобщенном виде, а также в виде результатов анализа, моделирования и интегрирования разнородной информации;
• сложные запросы, в том числе осуществляемые в ходе сложного анализа;
• вывод результатов в виде документов – таблиц, карт, диаграмм.

Проще говоря, в ГИС карта становится действительно динамическим объектом. У пользователя появляется возможность изменять масштаб в реальном времени, преобразовывать картографические проекции, варьировать объектным составом карты, получать через карту в режиме реального времени многочисленные базы данных, изменять способы отображения объектов (цвет, тип линии, символ и т.п.) в зависимости от содержимого баз данных, а также легко вносить любые изменения в карту.

В аспекте программно-аппаратного обеспечения ГИС включают в себя аппаратные средства, программное обеспечение, данные и ресурсы, технологии и информационный менеджмент.

Процесс создания карт в ГИС более производителен и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Он начинается с создания базы данных. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (т.е. без деления на отдельные листы и регионы) и не связанные с конкретным масштабом. На основе таких баз данных можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) на любую территорию, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с её выделением и отображением требуемыми символами. В любое время база данных может пополняться новыми данными, а имеющиеся в ней данные можно корректировать по мере необходимости. При этом созданная картографическая база данных может использоваться в качестве основы различными подразделениями при совместном доступе посредством локальных и глобальных сетей с высокой пропускной способностью.

Существующие системы управления базами данных (СУБД), предназначенные для хранения и управления всеми типами данных, включая геоданные, в отличие от ГИС, не имеют сходных инструментов для графического анализа, визуализации и других видов интерпретации пространственных данных. Кроме того, несмотря на то, что обычные (атрибутивные) СУБД с лёгкостью справляются с табличными (атрибутивными или фактографическими) базами данных, содержащие алфавитно-цифровые либо числовые данные, то для работы с пространственными объектами такие СУБД оказываются практически бесполезными. Это связано с тем, что информация о пространственном положении объекта, его формы и размера требует хранения в виде упорядоченного списка координатных точек, задаваемых, как минимум, одной парой координат – X и Y. Такой порядок хранения информации позволяют решать задачи, в которых важен именно пространственный характер объекта. К таким задачам, прежде всего, относятся отображение объектов на экране, пространственный поиск и анализ (например: отображение преступления, совершенные в определённом районе).

ГИС наряду с цифровой картой содержит базу данных и во многие ГИС встроена поддержка внешней СУБД. Базы данных ГИС является по сути интегрированными и совместно используемыми хранилищами постоянных данных, и становятся доступными для пользователей на этапах их создания и эксплуатации посредством СУБД, определяемой как совокупность языковых и программных средств, необходимых для создания баз данных, поддержания её в актуальном состоянии и организации поиска необходимой информации. И если в ГИС используется стандартная СУБД, то появляются более широкие возможности по интеграции данных из других баз данных, создаваемых вне ГИС.

Интеграция различных баз данных при работе ГИС реализуется методом послойной организации информации. Такой метод позволяет организовать позиционные данные путём их группировки в различных слоях картографических покрытий, объединяя картографическую основу и характеристики пространственных объектов. При этом обеспечивается раздельное хранение пространственных и атрибутивных данных. Кроме того, слоевой характер ГИС придаёт гибкость в работе с её структурой, которая достигается путём установления соответствующих связей с файлами картографических покрытий и связанных с ними данными.

Способность ГИС осуществлять поиск в базах данных и осуществлять пространственные запросы позволяет сократить время получения ответов на запросы пользователей; выявлять территории, подходящие для требуемых мероприятий; устанавливать взаимосвязи между различными объектами местности и совершёнными преступлениями и т.д. Например, сотрудники полиции, не знакомые с особенностями местности могут использовать ГИС для определения преступной активности вблизи развлекательных заведений, либо определить степень нейтрализации уличной преступности после установки на проблемной территории стационарного поста полиции.

ГИС предоставляет возможность на единой информационной платформе при использовании разнородных геоданных получить решение комплекса отдельных задач. Эффективность решения этих задач в ГИС достигается благодаря своей комплексности, основанной на её интегрированности, картографической визуализации, наглядности информации и наличия удобного графического интерфейса. Эти качества ГИС способствуют как улучшению управления определенной деятельностью в целом, так и её отдельными элементами на принципе объединения имеющих информационных данных. Информированность посредством ГИС, как и другими информационными технологиями, способствует принятию оптимального решения.

Однако ГИС не является инструментом для выдачи окончательного решения, а представляет собой только средство, помогающее ускорить и повысить эффективность принятия решений, обеспечивающие ответы на запросы и функции анализа пространственных данных, представления результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде.

Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в виде электронного картографического изображения с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами, а также в виде трёхмерных моделей. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет аналитику либо субъекту управления сосредоточить свои усилия на поиске решения, не затрачивая времени на сбор и осмысление доступных разнородных данных. Достаточно быстро можно рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффективный.

Итак, ГИС предлагает совершенно новый путь развития картографии. Эта система позволяет преодолеть основные недостатки классических бумажных карт — их статичность и ограниченную емкость как носителя информации.

В последние десятилетия бумажные карты из-за перегруженности информацией становятся нечитабельными. Однако в деятельности ОВД, в соответствии с наставлением об организации комплексного использования сил и средств ОВД РФ по обеспечению правопорядка на улицах и в иных общественных местах, по-прежнему, для ведения наглядного картографического анализа предусмотрено использование бумажных карт посредством нанесения через них на кальку мест совершения уличных преступлений, с возможностью замены кальки и последующим ее уничтожением. Интересно заметить, что данный метод (совмещения и наложения) датируется еще XVIII веком, т.е. в деятельности российской полиции используются технология картографического анализа 300-летней давности! Не много ли будет для полиции XXI века? В свою очередь ГИС предоставляет практически безграничную возможность управления визуализацией информации, при этом отпадает необходимость уничтожать накопленную информацию.

Появляется возможность выводить не только на экран, но и на твердую копию только интересующие объекты или их множества. Фактически осуществляется переход от сложных комплексных карт к серии взаимоувязанных частных карт. При этом улучшается структурированность информации, а, следовательно, повышается эффективность ее обработки и анализа. Чего особенно не хватает информационно-аналитическому обеспечению деятельности ОВД.

Таким образом, развитие информационных технологий охарактеризовало геоинформационную картографию наиболее перспективным направлением среди ранее существовавших методов картографии. На сегодняшний день геоинформационное картографирование представляет собой программно-управляемое создание и использование карт на основе ГИС и баз картографических данных и знаний.

С учетом рассмотренных методов картографии следует проанализировать конечные результаты возможностей, получаемые при использовании каждого из них. Для наглядности составим сравнительную таблицу признаков, отличающих карты, получаемые данными методами (табл.1).

Таблица 1.

Из табл.1 можно увидеть, что классическая и цифровая во многом уступают геоинформационной картографии в технологии подготовки карты. Особенно, если посмотреть на возможности ГИС через призму острой потребности ОВД в качественном информационно-аналитическом обеспечении, то следует обратить на такие важные качества как интеграция сведений из других баз данных; возможность преобразования изображения из одной координатной системы в другую; проекционные преобразования; справочно-информационные запросы; моделирование; топологическая корректность; получение атрибутивной информации; создание принципиально нового изображения графических объектов.

Вместе с тем, при всех возможностях геоинформационных технологий не стоит полагать, что «ГИС может все» и получаемые результаты не всегда адекватно могут отражать реальные и довольно сложные географические ситуации. Так, ГИС может иметь прямую зависимость от исходных географических данных, их точности и четкости их переноса в ГИС. Недостатком может быть и некоторая сложность анализа объектов, преодолеть которую можно с помощью подключаемых модулей и настройкой системы под конкретные проблемы.

На основании вышеизложенного, недостаточной эффективности существующей системы информационно-аналитического обеспечения деятельности ОВД по профилактике правонарушений и учитывая, что по целому ряду причин большинство аппаратно-программных комплексов в ОВД остались невостребованными, это могло произойти из-за отсутствия научных подходов к их разработке и внедрению в практическую деятельность. Следовательно, технические требования к информационно-аналитической системе ОВД на основе ГИС могут быть сформулированы только с использованием научных методов исследования, накопленного положительного и отрицательного опыта в данной области.

Список использованной литературы:

1. Картоведение: Учебник для вузов / под ред. А.М. Берлянта – М.: Аспект Пресс, 2003. – 477 с. – ISBN 5-7567-0304-7.
2. Журкин И.Г., Шайтура С.В. Геоинформационные системы. – М.: КУДИС-ПРЕСС, 2009. – 272 с. – ISBN 978-5-91136-065-8.
3. Лукашов Н.В. Информационные технологии в системе управления органами внутренних дел: монография. М.: Академия управления МВД России, 2013. – 192 с.
4. Лукашов Н.В. Информационные технологии управления: курс лекций. М.: Академия управления МВД России, 2012. – 88 с.