Revista >> Decembrie 2022 [Nr. 250] >> IT&C

Sisteme geo-informatice (GIS)

Mircea Badut

14 Decembrie 2022

Fiind mult timp apanajul aplicărilor strict profesionale, cu mize serioase, Sistemele Geografice Informatice (GIS) nu au avut o evoluție prea dinamică, dar premisa le-a conferit un renume de robustețe și de abilitate în integrarea volumelor complexe de date. Însă în ultimele decenii a avut loc o democratizare, iar creșterea accesibilității soluțiilor software a determinat și o prezență tot mai substanțială pe piață, ajungând inclusiv până la apariția de soluții geo-informatice gratuite.

Dinspre trecutul conceptului GIS
La începuturi (anii 60-70) sistemele geo-informatice existau ca module software cu funcții distincte în lanțul de procesare: (1) colectarea datelor geospațiale (fie ca valori numerice ale punctelor geografice, fie ca entități vectoriale create prin digitalizarea de hărți existente în diverse organizații); (2) corelarea sistemelor de proiecție și de coordonate; (3) definirea de legături între entitățile geometrice și înregistrări din bazele de date exterioare; (3) popularea bazelor de date cu atribute descriptive asociate entităților vectoriale; (4) definirea și derularea de analize geospațiale; (5) afișarea și tipărirea informațiilor rezultate prin analizele geospațiale sau prin tema proiectului.

Nici portarea aplicațiilor GIS pe calculatoarele personale (din linia IBM-PC) nu a reformat acea arhitectură modulară (pentru că sistemul de operare DOS oricum lucra eminamente serial), și de-abia proliferarea Windows-ului (mai întâi ca interfață grafică multi-tasking și apoi ca sistem de operare) a determinat furnizorii de soluții GIS să adopte arhitecturi care să fuzioneze acele funcțiuni (anterior modulare) în aplicații integrate. De altfel, adoptarea largă a mediului Windows a coincis cu apariția mai multor furnizori, respectiv cu o structurare verticală a pieței GIS. Astfel, pe lângă deja-consacrații ESRI și Intergraph, aveau să apară nume noi: Bentley, Autodesk, MapInfo (Pitney Bowes), LizardTech, Earth Resource Mapping, GeoConcept, SuperMap, GRASS Development Team, QGIS Development Team, Google/Alphabet, etc.

Datele de intrare pentru GIS
Pentru că la începuturi aplicările geo-informatice apăreau ca translatări înspre calculatorul electronic ale unor probleme de cartografie – și cum cartografia avea în spate secole de evoluție – era firesc ca o primă chestiune de rezolvat să o constituie digitalizarea de hărți existente, sens în care s-au și dezvoltat acele periferice numite "mese de digitizare" sau "tablete de digitizare". (Masa de digitizare este compusă dintr-o suprafață plană senzitivă pe care se fixează harta dorită și peste care evoluează un dispozitiv de interacțiune dotat cu lupă (colimator), dispozitiv poziționat și declanșat succesiv de utilizator acolo unde sunt punctele ce trebuie introduse în sistemul informatic.) Analizând un pic procesul „digitalizării prin digitizare" observăm că nu se realiza transpunerea întregii hărți în memoria calculatorului, ci se preluau doar entitățile vizate prin tema proiectului GIS, rezultând entități geometrice construite vectorial (polilinii, poligoane, sau colecții de puncte – reprezentând simplificat entități din geografia reală/planificată, precum parcele de teren, clădiri, fire de ape, contururi de lacuri, contururi de pădure, parcuri, ș.a.m.d.). Vedem aici o similaritate esențială cu domeniul CAD, cu care de altfel GIS-ul are multe în comun, inclusiv în privința pionieratului.

Înregistrarea vectorială a datelor cartografice presupune că sunt memorate (în fișiere cunoscute de aplicația GIS) perechiile de valori numerice constituind coordonatele geometrice ale punctelor (vertexurilor) care definesc respectivele entități geo-spațiale. Când este vorba de puncte geometrice în plan, acestea sunt referite la un "sistem de coordonate" (la o pereche de axe de coordonate, de genul X-o-Y). Or, în cazul aplicărilor geo-spațiale – fiind vorba de o geometrie raportată la un teritoriu (întins) care este, la rândul lui, parte din scoarța terestră, care scoarță este cu atât mai sferică (mai depărtată de planeitatea ideală) cu cât este mai largă – sistemul de coordonate devine o chesiune complicată.
Suprafața planetei noastre este oarecum sferică și nu există un procedeu (geometric, algoritmic) prin care suprafața sferei (eminamente tridimensională) să poată fi proiectată fără pierderi pe o suprafață plană (bidimensională). Mai mult, suprafața Terrei este de fapt cea a unei sfere ușor turtite la poli (elipsoidală deci) și cu dese neregularități locale.

De-a lungul timpului s-au încercat mai multe idei pentru a rezolva proiecția în plan a scoarței terestre (adică din forma 3D în planul 2D al hărții), însă fiecare avea limitări/dezavantaje (deformând fie distanțele, fie unghiurile, fie suprafețele). De altfel, cu toții ne putem imagina că este imposibil să „apeși" pe un plan o coajă de portocală fără sa o rupi/strivești deloc. Însă, din rațiuni practice, fiecare țară și-a ales/definit (la un moment dat în istoria ei, și devenind astfel convenție oficială și standard funcțional) un anume sistem de proiecție (de proiectare în plan 2D a propriei suprafețe terestre 3D), un sistem ales cât mai convenabil ei (din perspectiva formei granițelor sale, dar și din perspectivă culturală sau chiar geo-politică).
Ar fi de dorit ca software-ul GIS să poată gestiona multiple sisteme de proiecție/coordonate și să poată realiza translatare între ele.

De notat aici că liberalizarea accesului la datele de geo-localizare GNSS (provenind de la pleiada de sateliți GPS) a determinat o asimilare masivă a sistemului de proiecție/coordonate nativ GNSS, adică WGS 84, ceea ce a fluidizat procedurile/algoritmii de translatare între sistemele locale şi cel global (sau chiar a dus la adoptarea acestuia din urmă). De asemenea, ne-am putea hazarda să spunem că într-un anume viitor se va fi realizat „trecerea" în spațiul 3-D a cvasi-totalității aplicărilor geo-informatice, și deci proiecția nu va mai fi necesară.

Dar probabil că cel mai important lucru în GIS constă în faptul că materialul grafic este organizat prin grupare pe straturi distincte (layers), iar această stratificare tematică (împărțire pe clase tematice) constituie premisă esențială pentru analiză.
De menționat că sistemele geo-informatice pot azi să includă în compoziția cartografică și imagini raster/bitmap, provenite din scanarea de hărți sau din aerofotografierea scoarței terestre. Procesul de aducere a imaginii raster în corespondență geospațială cu celelalte entități vectoriale (sau în corespondență cu repere convenționale din zona respectivă) se numește georeferențiere, și el presupune – din punct de vedere geometric – aplicarea internă a operațiilor de translatare, rotire și scalare a imaginii.
Am vorbit doar despre informația grafică și nu am menționat mai nimic despre datele alfa-numerice asociate entităților grafice colectate în sistemul geo-informatic. (Date alfa-numerice: denumiri textuale, identificatori, valori numerice cantitative/calitative, atribute definitorii, date calendaristice, proprietăți cheie, identificatori de clase/tipuri, etc.) Aceste atribute – asociate/introduse individual în GIS pe măsura colectării entităților vectoriale, sau importate din surse exterioare și asociate corespunzător și biunivoc entităților grafice din proiect – sunt organizate în forma tabelelor (formă specifică bazelor de date relaționale).

Exploatarea GIS: analize și hărți tematice
Am putea spune că aplicările GIS acoperă de la cvasi-frivolele strategii de marketing folosind demografie distribuită geospațial și până la asistența gravă pentru managementul crizelor provocate de calamități/catastrofe. Adevărul e că până nu înțelegi potențialul de analiză ascuns în conceptul GIS, acest gen de aplicații informatice îți apare cumva ermetic, autarhic, creat pentru sine-însuși. Însă odată asimilată capacitatea sa de a agrega datele de intrare și de a extrage din ele informații superioare și răspunsuri la întrebări evoluate, vom realiza că GIS înseamnă mai mult decât transpunerea în digital a hărților clasice. Sau, dacă mergem pe analogia și pe extrapolarea clasicului, atunci înțelegem că este totuși vorba despre hărți, însă unele diamice, specializate tematic, și apte să răspundă unor scenarii și întrebări complexe, întrebări ce angrenează atât materialul cartografic (harta vectorială din GIS), cât și atributele alfa-numerice asociate entităților vectoriale. Pentru persoanele familiarizate cu sistemele de gestiune a bazelor de date (SGBD), sistemul geo-informatic poate fi văzut (din perspectiva analizei/exploatării) ca o extensie înspre grafică a potențelor de interogare specifice SGBD: adică QBE (Query by Example) și SQL (Structured Query Language).

Spuneam că proiectul GIS poate conține în compoziția cartografică și imagini raster/bitmap. Deși de obicei inserarea acestor imagini se adresează aproape exclusiv ochiului (conferind completitudine și expresivitate compoziției), trebuie spus că există și soluții/tehnologii informatice specializate pe analizarea datelor raster (prin recunoașterea și interpretarea valorilor cromatice și a formelor din imaginea bitmap). Şi exemplificăm prin facilități precum: modelarea tridimensională a terenurilor; izoliniile de nivel; vectorizare (semi)automată; identificare de entități; analize multi-spectrale; detectare de aspecte/fenomene discrete (în subsol, în aer, în vegetație, în culturile agricole); ș.a.