Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Este necesară o schimbare de paradigmă īn Ştiinţa Informaţiilor Geospaţiale?

01 Decembrie 2010




Este necesară o schimbare de paradigmă ỉn Ştiinţa Informaţiilor Geospaţiale?

Anul 2010 marchează cea de a 20-a aniversare de când a ỉnceput să se vehiculeze termenul de “ştiinţa informaţiilor geospaţiale” sau GIScience şi constituie un moment de trecere ỉn revistă şi reflexie privind progresele care au fost făcute, care au fost realizarile majore din domeniu şi ce schimbări trebuie făcute ỉn vederea ỉmbunătăţirii rezultatelor ştiinţifice şi tehnice.
Din perspectiva anilor ’90 Geographic Information System (GIS) a fost asemănător cu un “desktop majordomo”, o maşină inteligentă care efectua ceea ce era prea plictisitor, imprecis, costisitor, complex sau se executa manual. Odată cu Internet-ul, GIS a devenit în primul rând un mediu, un mijloc de a comunica cunoştinţe despre suprafaţa planetei uneia sau alteia dintre persoanele dornice de cunoaştere, indiferent de ipostaza ỉn care se află: de la om de ştiinţă la elev şi student, de la politician la simplu cetăţean. Dintr-o dată schimbul şi diseminarea de date a devenit subiectul unor investiţii enorme, în biblioteci digitale, depozite de date, standarde de metadate şi geo-portaluri. Întregul domeniu al Geospatial Information Services (GIServices) nu a fost ỉntrevăzut în anii ‘90, după cum nici interoperabilitatea, cu preocuparea sa pentru diferenţele de sintaxă şi semantică, nu a fost subiect de cercetare provocator. Ỉn acest moment se poate vorbi despre o Ştiinţă a Informaţiilor Geospaţiale (GIScience) care pare a fi dominată de trei teme:
1. În primul rând, există argumente puternice că accentul pus de GIScience trebuie să se mute de la reprezentarea şi analiza formei suprafeţei Pământului la o preocupare mai profundă privind procesele care definesc dinamica acesteia. Dar în timp ce geografii au fost întotdeauna pătrători ai cunoştinţelor despre formă, fără îndoială, custozii proceselor au fost ştiinţele fundamentale: geologie, ecologie, hidrologie, epidemiologie, demografie, economie, etc. Se estimează că preocuparea pentru proces ar putea schimba dramatic peisajul GIScience, care necesită mult mai multă interacţiune ỉntre aceste ştiinte. Noţiunea de cercetare cu ajutorul GIS ia un sens diferit, care necesită ca GIS să fie reproiectat nu numai pentru reprezentarea generică şi simplistă a formei ci şi pentru a sprijini procesul de modelare din ştiinţe.
2. În al doilea rând, anii trecuţi au scos la iveală o serie de progrese fără precedent în modul în care publicul interacţionează cu GIS. Nicăieri nu este mai evident decât în cazul Google Earth şi a similarelor sale (Microsoft Virtual Earth, NASA World Wind, etc). Ne îndreptăm rapid de la modelul pianistului de concert oferit de GIS, ca un instrument limitat la experţi, la modelul unui copil de zece în care puterea GIS este disponibilă tuturor.
3. În al treilea rând, cunoştinţele acumulate ỉn disciplinele din GIScience se aplică, ỉn grade diferite, la orice spaţiu şi nu se limitează doar la suprafaţa Pământului. O mare parte din agenda de cercetare a GIScience poate fi motivată la fel de bine de către alte spaţii, cum ar fi spaţiul tri-dimensional al creierului uman sau spaţiul uni-dimensional al genomului uman. Ỉn acelaşi timp, progresele realizate în studiul altor spaţii pot fi surse adecvate de fertilizare pentru GIScience. Este de aşteptat ca următorul deceniu să scoată la iveală un grad mai mare de interacţiune între GIScience şi ştiinţele altor spaţii precum şi o colaborare mult mai productivă.
Deloc surprinzator, ca şi oamenii, ştiinţa se agaţă conservator de formalităţile sale, şi totuşi în nici un caz nu rămâne statică. Una dintre cele mai importante cauze ale schimbărilor în structura gândirii ştiinţifice apare ca urmare a schimbărilor din paradigmă care sunt atât cauza cât şi efectul evoluţiei tehnologice – evoluţie care este condusă pe de o parte de cerinţe industriale, iar pe de altă parte de inventivitatea omului. Dacă luăm ỉn considerare lentilele ochelarilor, calculatoarele, cronometrele, razele X, semiconductorii, dispozitive pentru imagine raster, GIS, etc., se vede că istoria ştiinţei este strâns legată de istoria noilor instrumente de cunoaştere. Noile instrumente oferă noi modalităţi de captare a cunoştinţelor şi noi modalităţi de a (le) privi.
Privind înapoi, avem tendinţa de a vedea progresul ştiinţific ghidat de geniu şi de logică. Ỉn prezent, suntem mai probabil tentaţi ỉn a vedea diversitatea şi controversele care, uneori, sunt rezultate din rezistenţa la utilizarea transformaţională a noilor concepte şi tehnologii. Acest lucru este parţial adevărat din cauză că vechile moduri de captare a cunoştinţelor oferă nu numai un mod familiar de a privi realitatea, ci, şi o bază confortabilă pentru aranjamentele financiare tradiţionale şi stabilitate instituţională. În acest context, unii cercetători şi unele cadre universitare au probleme ỉn adoptarea noilor rezultate tehnologice, reprezentatate prin apariţia a noi generaţii de standarde în domeniul tehnologiei geospaţiale - un rezultat direct al progresului omniprezent în ştiinţa şi tehnologia informaţiei şi comunicaţiilor - care dirijează progresele în calculul distribuit, paralel şi arhitecturi de servicii fără de care societatea cunoaşterii ar fi mai săracă ỉn conţinut.
O parte a argumentării noastre se concentrează pe considerarea tehnologiilor geospaţiale ca instrument de cercetare ştiinţifică: cât de greu au fost adoptate aceste tehnologii de către oamenii de ştiinţă, care a fost stimulul şi care au fost obstacole ỉn utilizarea acestora şi modul în care rezultatele ştiinţifice au afectat sau ỉmbogăţit ỉnţelegerea fenomenelor spaţiale? Cealaltă parte explorează semnificaţia mai largă dată informaţiilor şi tehnologiilor geospaţiale. Potrivit evoluţiilor recente în ştiinţă şi tehnologie tratăm oamenii de ştiinţă nu ca o clasă izolată, locatari ai unui turn de fildeş, ci în calitate de parteneri în comunităţile eterogene alături de alţi actori din sectoarele public şi privat.
Această idee de tratare a informaţiilor şi tehnologiilor geospaţiale care stabileşte sau consolidează cercetarea şi politicile uneia sau mai multor comunităţi devine mai clară dacă atenţia noastră se va muta de la tehnologie şi se va concentra asupra provocărilor reale la care poate fi aplicată. Încălzirea globală, criza creditelor, sărăcia şi terorismul, toate ỉşi au originile şi afectează o gamă largă de niveluri geografice. Pentru a minimiza distrugerile naturale şi mizeria umană cauzate de aceste fenomene, este vital să fie bine stăpânite conexiunile între cauze în locuri diferite şi să se dezvolte măsuri eficiente de prevenire şi adaptate la circumstanţele locale. Factorii politici de decizie, antreprenorii, oamenii de ştiinţă, inginerii, personalul din serviciul de urgenţă şi oamenii obişnuiţi, au toţi un rol de jucat.
Oamenii de ştiinţă sunt puşi ỉn situaţia de a aprecia faptul că standardele de interoperabilitate aduc beneficii importante pentru:
• ştiinţele formale care folosesc instrumente avansate cum sunt GIS, teledetecţie şi modelare;
• ştiinţele naturale care folosesc aceste instrumente pentru a înţelege caracteristicile geospaţiale şi fenomenele şi
• comunităţile de nespecialişti care folosesc tehnologii geospaţiale ỉn rezolvarea propriilor probleme.
Academia, în special, trebuie să se ocupe de conexiunile dintre dispozitive şi tehnologii şi de a construi “permutări” utile ỉntre acestea pentru a satisface nevoia tot mai dramatică de integrare de resurse de informaţii geospaţiale cu tehnicile de cercetare ale unei varietăţi de discipline ştiinţifice clasice.
Oamenii de ştiinţă şi cei care finanţează cercetarea ar trebui să fie deosebit de tentaţi de propunerea ca datele geospaţiale pe care le-au dezvoltat în scopuri ştiinţifice să poată fi, într-un mediu Web, o resursă a cărei valoare creşte proporţional cu numărul de cercetători care o utilizează. Geografia a fost întotdeauna interdisciplinară şi GIS a fost întotdeauna un instrument pentru combinarea datelor provenite din surse diferite. În cazul în care cercetătorii ỉnţeleg să documenteze, arhiveze şi să publice datele lor şi să aplice în mod corespunzător metodologiile şi tehnologiile web disponibile, standardele şi cele mai bune practici, vor beneficia de:
• Îmbogăţirea oportunităţilor pentru studii transdisciplinare şi longitudinale. Acest lucru este esenţial. Geografia este în mod inerent transdisciplinară şi o temă principală care stă la baza ştiinţei moderne este legată de fenomenele ỉnrudite. Este nevoie de studii interdisciplinare şi longitudinale care vor ajuta la abordarea problemelor critice, cum ar fi epuizarea resurselor, schimbările climatice, populaţie, poluare, gestionarea dezastrelor şi furnizarea adecvată de hrană, apă, adăpost şi energie.
• Tehnici ỉmbunătăţite de verificare a rezultatelor. Ştiinţa impune ca experimentele să fie replicabile, şi, prin urmare, trebuie să fie disponibile date experimentale. În contextul standardelor, detaliile privind metodele şi semanticile devin mai accesibile pentru revizuire. În acest nou context, GIS şi studiile de teledetecţie vor fi mai puţin vulnerabile la acuzaţia că sunt destul de des folosite hărţi drăguţe pentru a acoperi un proiect sărac din punct de vedere experimental sau uzează de raţionamente părtinitoare.
• Îmbunătăţirea publicării bazate pe web a datelor/capabilităţi de căutare. Acestea pot face datele mult mai disponibile şi permit o evaluare mai eficientă a lor. În majoritatea cazurilor, căutările după literatura de specialitate vor fi o modalitate mult mai puţin eficientă de a descoperi date decât căutarea directă a datelor folosind cataloage online, deoarece cercetatorii care caută datele colectate anterior adesea nu ştiu ỉn care dintre blocurile de literatură să căute.
• Capacitate sporită de a reutiliza date pentru noi investigaţii, minimizarea redundanţei ỉn colectarea datelor, creşterea valorii datelor şi crearea de oportunităţi pentru creşterea valorii adăugate a datelor. Valoarea datelor creşte atunci când gradul de utilitate şi utilizabilitate creşte.
• Ỉmbunătăţirea posibilităţilor de a planifica ỉn mod colaborativ eforturile de colectare /publicare a datelor pentru a servi utilizărilor multiple definite şi nedefinite.
• Rigurozitate şi transparenţă ỉmbunătăţite în ceea ce priveşte metodele de colectare a datelor, metodele de procesare şi semantica datelor. Standardul SensorML de exemplu, face transparent lanţul de prelucrare. În general, convenţiile şi metodele pentru descrierea datelor pot să contribuie la claritate şi rigoare.
• Capacitate sporită de a descoperi relaţiile spaţiale. Pe măsură ce cercetătorii vor căuta date, vor deveni din ce ỉn ce mai curioşi să ştie mai multe despre modelele pe care le observă. Descrierile robuste şi accesul rapid la date vor permite explorarea mai rapidă a relaţiilor ipotetice.
• Capacitate sporită de a caracteriza într-un mod standardizat inteligibil de către om şi de către maşină, parametrii ai senzorilor, sistemele de senzori şi lanţurile integrate de prelucrare de senzori (inclusiv intervenţii umane). Acest lucru permite unificarea mai multor tipuri de observaţii, inclusiv pe cele care conduc mai degrabă către un termen (calitativ) decât către un număr (cantitativ).
• Capacitate sporită de a “fuziona” măsurătorile in-situ cu date de la senzorii de scanare. Se construieşte astfel un pod peste o divizare istorică între comunităţile de cercetare care s-au concentrat în principal fie pe şirurile de date spaţio-temporale nemediate fie pe date spaţio-temporale, care este rezultatul unui lanţ de prelucrare complex.
• Capacitate sporită de a “ỉnlănţui” servicii Web pentru analiza datelor şi capacitate sporită de a introduce date în modele computerizate care utilizează mai multe intrări de la depozite aflate la distanţă sau date în timp real.
• Capacitate sporită de a codifica datele provenite de la senzori în ISO Feature Model (ISO 19109). Acesta este doar unul dintre modurile în care standardele, cum ar fi de exemplu OGC Sensor Web Enablement (SWE), vor permite oamenilor de ştiinţă să se impulsioneze ei ỉnşişi, să utilizeze instrumente bazate pe standarde pentru modelarea şi gestionarea datelor, la fel cum folosesc în prezent calculul tabelar şi programele de baze de date comerciale, cuburile de date multidimensional ş.a.
• Îmbunătăţirea ratei de revenire a investiţiilor făcute ỉn domeniul de cercetare social şi instituţional şi o capacitate sporită a instituţiilor de finanţare a cercetării pentru a face toate diligenţele necesare ỉn elaborarea de politici.
• Dezbatere ştiinţifică mai eficientă şi accelerarea ritmului de descoperire ştiinţifică, precum şi automatizarea proceselor şi activitaţilor de rutină şi noi acorduri instituţionale pentru a reduce cantitatea de timp consumat pentru gestionarea datelor, eliberând astfel timpul cercetătorilor şi permiţându-le acestora să se dedice activităţii creative şi să comunice din ce ỉn ce mai mult unii cu alţii.
Ỉn prezent se constată o orientare către Open Acces în toate ştiinţele care produc şi utilizează date geospaţiale. Dar, în plus faţă de Open Acces, se constată un efort concertat la nivel mondial pentru a studia şi a face ca interoperabilitatea să evolueze ỉn sensul ỉn care datele şi serviciile geospaţiale să devină o parte importantă a mediului Tehnologiilor Informaţiilor şi Comunicaţiilor (TIC), cu o evoluţie rapidă, ceea ce revine la a construi o mai bună legătură între lumea reală şi lumea digitală.
Ca urmare, este de recomandat crearea de noi centre de cercetare iar departamentele existente trebuie să creeze noi (sub)specializări care să fie recunoscute şi programe noi care să exploreze şi inoveze sistemele informaţionale axate pe caracteristicile terestre şi ale fenomenelor, ỉn spaţiu şi timp. Proiectele şi programele propuse vor putea fi promovate prin crearea de locuri de muncă, crearea de întreprinderi şi avantaj competitiv naţional bazat pe informaţiile geospaţiale, accesarea şi utilizarea lor ỉn diverse domenii de activitate. Se poate argumenta că aceste programe vor ỉnarma cercetătorii şi agenţii economici din sectorul public sau privat cu mijloace puternice pentru a rezolva problemele sociale şi constituie un mecanism pentru cheltuirea cu folos a banilor publici pentru crearea de date care, prin acces liber, pot deveni o resursă partajată naţională importantă. Acestea nu sunt cuvinte goale. Ele creionează un cadru de lucru care revine ỉn responsabilitatea tuturor factorilor implicaţi ỉn luarea de decizii ỉn cercetare şi ỉn politica cercetării de la nivel naţional.
Ştiinţa calculatoarelor singură este prea abstractă. Dar fără ea, lucrurile nu ar ţine pasul cu evoluţia societăţii cunoaşterii. Se ỉntrezăreşte un nou domeniu care poate fi ancorat ỉn geodezie, ỉn tehnologia bazată pe localizare geografică şi acesta trebuie să evolueze odată cu cadrul de lucru oferit de standardele deschise referitoare la interoperabilitate geospaţială. Noul domeniu se constituie ca o disciplină de studiu şi progres care este legată de mediul fizic şi social în care trăim. Elementele noului domeniu, denumit ”ştiinţa informaţiilor şi tehnologiilor geospaţiale” sau, poate mai sugestiv, “ştiinţa interoperabilităţii geospaţiale” , sunt:
1. Geodezie şi poziţionare, pentru a stabili un sistem precis de referinţă pentru pământ (care nu este perfect sferic).Ỉntreaga noastră ỉnţelegere asupra observării pământului şi proceselor asociate depinde de capacitatea de a măsura pământul cu precizie şi acurateţe şi de a localiza cu precizie obiectele şi traiectoriile lor în spaţiu şi timp. Geodezia este mult mai complexă şi mai dificilă decât ỉşi pot imagina mulţi oameni, dar această complexitate a fost stăpânită de domeniul GIS.
2. Semantica şi ontologiile implică numele, ỉnţelesurile şi relaţiile dintre entităţi într-un cadru de discurs. Semantica geospaţială ỉncorporează măsurători spaţiale şi relaţii spaţiale/temporale între obiecte. Semantica şi ontologiile sunt elemente critice pentru interoperabilitate, deoarece modelele de date digitale sunt reprezentări ale mai multor sisteme umane de simboluri şi semne, fiecare model de date reflectând punctul de vedere al unei discipline anume, al unei profesii sau competenţe sau al unui cercetător. Varietatea semantică contribuie la non-interoperabilitate, dar tehnologiile web oferă instrumente de traducere automată ỉntre modele de date, care sunt deschiderea către schimbul de date pe scară largă. Aceste instrumente şi standardele aferente vor furniza, de asemenea, informaţiile necesare cu privire la calitatea datelor, gradul de adecvare şi despre proprietate.
3. Calculul de înaltă performanţă omniprezent face uz pe deplin de reţele fixe avansate de calcul şi de reţele mobile, facilitând achiziţia de date în timp real, modelare şi simulare. Progresul rapid al tehnologiei de calcul se produce în timp util, deoarece interoperabilitatea geospaţială este deosebit de importantă pentru soluţionarea celor mai complicate probleme – cele care se ocupă cu interrelaţionarea evenimentelor spaţiale distribuite şi cu fenomenele dintr-un univers asincron şi complex. Constrângerile hardware şi software şi non-interoperabilitatea modelelor de date au modelat şi limitat percepţiile noastre asupra realităţii. Este nevoie de o extindere agresivă a modelării asupra caracteristicilor, fenomenelor şi relaţiilor în timp şi spaţiu, pe măsură ce constrângerile de calcul şi lăţimea de bandă se micşorează, pe măsură ce accesul ỉn timp real la mii de surse de date actualizate în mod constant şi la servicii devine practicabil, precum şi pe măsură ce ỉncep să prolifereze reţelele de senzori accesibile prin Web. Sistemele imaginate nu pot funcţiona decât dacă în reţea sunt găzduite resurse foarte importante şi acestea sunt accesibile prin intermediul interfeţelor şi a codificărilor standard. Sunt necesare eforturi noi de proiectare de baze de date, cuburi multidimensionale, baze de cunoştinţe, reţele de telefonie mobilă, plasarea inteligentă de conexiuni de bandă largă şi utilizarea judicioasă a schemelor bazate pe XML (eXtended Markap Language) şi a serviciilor bazate pe web. Toate acestea pot fi dezvoltate în mod eficient ỉn cadrul cercetărilor axate pe noua ştiinţă a interoperabilităţii geospaţiale.
4. Managementul interfeţei utilizator şi a fluxului de lucru - conceptualizarea şi gestionarea interacţiunii umane cu universul digital - este cel de al patrulea element al interoperabilităţii geospaţiale. Această zonă este potenţial cel mai puternic promotor al inovaţiei în domeniul cercetării interoperabilităţii, deoarece este locul de confruntare al percepţiei reale şi imaginaţiei umane, care se aplică la instrumentele din ştiinţă. Mai ales în cazul aplicaţiilor complexe, proiectarea unui mediu digital care se bazează pe om pentru a percepe şi a opera cu date, influenţează în mod semnificativ calitatea interacţiunii om-calculator. Prin progresele făcute ỉn ceea ce priveşte lăţimea de bandă şi viteza de prelucrare, este posibilă creşterea numărului de cazuri de modelare interactivă. Ca şi în proiectarea parametrică din CAD (Computer Aided Design) sau în procesul de modelare în care schimbările în fluxul de evenimente pot fi observate în funcţie de ỉngemănarea interactivă a parametrilor de proces, ar trebui să fie posibil să se manipuleze cadre vaste de relaţii geospaţiale, dovedite sau ipotetice, cu aceeaşi abilitate a ochiului/mâinii/minţii implicate de folosirea unui creion. Ceea ce este important, nu sunt dezvoltatorii din industrie, ci, mai degrabă oamenii de ştiinţă specializaţi în domenii cum ar fi cunoaşterea, percepţia, semantica, studiile de mass-media şi semiotică, care vor produce o ỉnţelegere mai profundă a modului ỉn care relaţiile din lumea reală sunt alterate sau ỉmbogăţite prin intermediul acestor tehnologii evolutive.
Aceste patru elemente definesc un domeniu de explorare, invenţie şi cooperare care este esenţial, dacă vrem să se dezvolte modalităţi mai eficiente de a urmări şi modela mediul natural şi interacţiunile complexe cu el. Aceste tehnologii vor forma un nou mod de gândire despre fenomenele complexe geospaţiale fiind în acelaşi timp modelat printr-o înţelegere a constrângerilor etice şi pe baza acceptabilităţii sociale, care trebuie în orice moment să fie luate în considerare şi să răspundă cerinţelor societăţilor democratice.
Monopolizarea acestui domeniu de către una sau alta dintre ştiinţele fundamentale (geografia, geologia, geodezia etc.) oricỉt de inter- sau trans- disciplinare sunt, nu poate sa conducă la progres. Pe de altă parte considerarea doar a rezultatelor cercetărilor care provin numai de la ştiinţe fundamentale păcătuieşte prin lipsa de orizont ştiinţific, prin ỉnchistare. Ỉncadrarea rezultatelor obţinute prin aplicarea tehnologiilor geospaţiale ỉntr-una sau alta dintre disciplinele fundamentale şi eventual clasificare a lor ca puţin (uneori deloc) relevante pentru aceste domenii, este o mare eroare. Este momentul deci pentru o schimbare de paradigmă. Cercetătorilor şi dezvoltatorilor care trudesc ỉn abordarea şi aprofundarea celor patru elemente menţionate trebuie să li se recunoască meritele şi nu să fie evaluaţi şi clasificaţi ca exponenţi ai detaliului legat de automatizare şi digitizare, din prisma academică a pregătirii lor de bază sau prin ỉncadrarea lor forţată ỉntr-unul dintre domeniile fundamentale. Întrebarea care se pune este: putem găsi resursele necesare pentru ca fenomenele nenaturale enumerate mai sus să nu se ỉntâmple şi la noi? Aşa cum semnificaţia Web-ului nu a putut fi apreciată pe scară largă decât atunci când au apărut standardele Web necesare, se poate crede că toate domeniile ştiinţei informaţiei şi tehnologiei geospaţiale şi aplicaţiile ei sunt pe cale de a experimenta o transformare remarcabilă ca urmare a adoptării şi codificării interfeţelor standard ale Geospatial Web Service. Bogatele “efecte de reţea” posibile prin ỉnlănţuirea de servicii Web, grid computing, senzor Web, semantici geospaţiale şi cataloage online de date, servicii şi scheme sunt o mare promisiune, dar nu există nici o garanţie că această promisiune va fi îndeplinită fără o schimbare de paradigmă.

Angela Ioniţă
Institutul de Cercetări pentru Inteligenţă Artificială al Academiei Române



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite