«Цифровой поворот» в исторической науке и историческая геоинформатика

Фролов Алексей Анатольевич ORCID: 0000-0003-2366-6545 доктор исторических наук ведущий научный сотрудник, Институт всеобщей истории РАН, руководитель, Лаборатория исторической геоинформатики 119334, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 32A, каб. 1405 Frolov Alexey Doctor of History Leading researcher, Institute of World History of the Russian Academy of Sciences, head of Historical Geoinformatics Laboratory 119334, Russia, Moscow, Leninskii Prosp., 32A, kab. 1405 npkfrolov@gmail.com Другие публикации этого автора

Понятие "цифровой поворот" часто используется исследователями, в том числе гуманитариями, однако оно служит, скорее, как некий образ, намекающий читателю на значительный эффект, который оказывают информационные технологии на ту или иную область исследований, нежели как понятийный инструмент, необходимый для описания самого явления. Поэтому, размышляя о влиянии "цифрового поворота" на исследования пространственных аспектов исторического процесса, необходимо сначала оговорить, что именно подразумевается под "цифровым поворотом" в исторических исследованиях. Связывать это понятие главным образом с массовой оцифровкой исторических источников и последующей публикацией их в сети Интернет представляется не совсем последовательным: оцифровка сама по себе не генерирует нового научного знания об объекте, а является лишь формой передачи информации о нем, успешно (и даже очень!) конкурирующей с фотографической фиксацией, набором текста на пишущей машинке, рукописным текстом и т.д. А онлайн-публикация невозможна без оцифровки и логически следует из нее. Следовательно, оцифровка (понимаемая как перевод в цифровой вид, пригодный для записи на электронные носители ^[1]), хотя и способствует приращению научного знания, но не может являться его источником.

Для фиксации успеха именно цифровых методов передачи информации, пришедшего в первое десятилетие XXI в., более подходящим кажется понятие "цифровой переход" ^[1]. В том направлении научных исследований, которое занимается пространственными аспектами истории, "цифровой переход" ознаменовался отказом от создания карт-схем "аналоговыми" художественными средствами (применявшимися историками на протяжении многих десятилетий ^[2],[3],[4] и др.) в пользу создания электронных карт средствами графических программных средств, таких как Microsoft Paint, Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, Corel Photo-Paint, Corel Draw и др. ^[5],[6].

Семантика слова "поворот" ведет нас к явлению другого порядка. Ведь поворот даже у неподвижного субъекта неизбежно ведет к смене угла зрения, кругозора, а если исследование еще и движется куда-нибудь, то и к смене направления этого движения. Поэтому под "цифровым поворотом" в исследованиях логично понимать именно такое воздействие, которое качественно меняет исследовательский процесс.

Личный опыт позволяет мне проиллюстрировать разницу между "цифровым переходом" и "цифровым поворотом" на примере археологической деятельности. Подготовка полевых чертежей для отчета в 1990-х гг. проводилась с помощью листа ватмана, стекла, карандаша, перьевой (позднее – капиллярной) ручки и светового стола – классический аналоговый инструментарий, применение которого не вело к появлению нового знания, но позволяло создать наглядную иллюстрацию расположения курганного могильника, материковых ям в раскопе и т.д.

В конце 1990-х гг., с появлением в обиходе историка-аспиранта персонального компьютера и доступных (потому что "криво сломаных") проприетарных графических программ, удобно стало рисовать те же линии в растровом формате Adobe Photoshop, а чуть позднее в векторном формате Adobe Illustrator. Это был несомненный "цифровой переход", но прирост научного знания за счет использования этих средств по-прежнему был нулевым.

В начале 2000-х гг. ограниченность возможностей графических программных пакетов для вычерчивания полевых чертежей раскопов и планов археологических памятников стала очевидной, и выбор был сделан в пользу AutoCAD. Несомненно, это был уже "цифровой поворот", хотя не сразу он был осознан как таковой. Но для совмещения данных археологии со свидетельствами исторических источников я привлекал планы дач Генерального межевания последней четверти XVIII в. ^{[7, с. 363–372]}. И довольно быстро знакомство с AutoCAD натолкнуло меня на мысль смоделировать межевой ход, отображенный на плане дачи Генерального межевания (а эта математическая основа нанесена на любой из сотен тысяч сохранившихся планов дач) с помощью скрипта, исполняемого в AutoCAD, в который подставляются значения длины отрезка межи и угла поворота. Даже без привязки к известной системе координат это дает существенное приращение источниковедческого знания. Теоретически теодолитный ход, построенный в ходе Генерального межевания, должен быть замкнутым, потому что межевщики обмеряли периметр дачи и завершали съемку в точке ее начала. Невысокая точность промеров (до полусажени и до полуградуса) приводила к невязке, которая на графическом отображении, то есть на самом плане дачи, отсутствует – она "разгонялась" при вычерчивании. Поэтому только моделирование межи по математической основе чертежа позволяет моментально оценить точность обмера конкретной дачи по величине геодезической невязки между первой и последней точками теодолитного хода, смоделированного по промерам XVIII в., а вместе с тем и информативность исторического источника. Кроме того, совмещение смоделированного полигона земельной дачи с современной крупномасштабной картой ориентирует в расположении на местности селений и пустошей, нанесенных на план в ходе межевания, позволяет не только выявлять археологические селища, но и предлагать их историческую атрибуцию. Еще более информативным оказывается использование чертежа AutoCAD в реальной системе координат, например, когда необходимо совместить план селища с чертежом проектируемого газопровода или свести чертежи по пластам для вычленения ярусов мостовых.

Другим следствием расширения моего кругозора под воздействием цифрового поворота стала, между прочим, идея локализовать на основе топонимики планов дач Генерального межевания поселенческую структуру огромного региона – Деревской пятины Новгородской земли. Это, в свою очередь, привело к знакомству с Ниной Валерьевной Пиотух и, с ее помощью, с геоинформационными системами (ГИС) ^[8].

Первые ГИС появились еще в 1960-е гг., а в последние десятилетия XX в. они произвели переворот в картографии. Через нее ГИС-технологии в какой-то мере усвоили и историки, что, возможно, объясняет центральную роль карты в творческой лаборатории историка, обратившегося к ГИС. Но по мере развития исторической геоинформатики все более очевидным становится то, что ГИС – это лишь во вторую очередь карта, а в первую очередь – пространственно-временная база данных, подобно тому, как интернет – это лишь во вторую очередь окно браузера, а в первую – система компьютерных сетей для хранения, обработки и передачи информации. Историки редко акцентируют на этом внимание ^{[9, с. 11–13]}, обычно менее категорично говорится о потенциальных возможностях связывания слоев ГИС с базами данных (см., напр. ^{[10, с. 59, 60, 98, 99 и др.],[11,с. 6],[12, с. 247]}). Однако понятие "пространственные данные" (или геоданные, геопространственные данные), определяемые как основа информационного обеспечения ГИС, включает две одинаково необходимые взаимосвязанные части – позиционные и непозиционные или тополого-геометрические и атрибутивные данные, а наиболее распространенной моделью представления атрибутивной части является реляционная (геореляционная) модель данных, основанная на поддержке атрибутивной части данных в СУБД реляционного типа ^{[13, с. 71]}.

Желая получить карту, историк вынужден работать с геоданными, которые существуют по своим правилам, не всегда для него удобным. Разумеется, это касается работы не только с пространственными данными. "Датификация" исторического исследования, по замечанию А.Ю. Володина, "становится сильным трендом" в цифровую эпоху ^{[14, с. 100]}. Поэтому работа историка с ГИС меняет методологию его исследования, объектом которого становится не карта, а лежащие в основе геоданные, предметом же становятся такие вопросы, на которые сама по себе карта ответить не может.

Часто обращение к средствам ГИС историку дается гораздо сложнее, чем картографу. Имеется в виду не субъективная сложность освоения технической стороны дела, а одно объективное обстоятельство, которое стало поводом для критики применения ГИС в гуманитарной сфере. Д. Боденхамер определил его как "противоречие между позитивистской эпистемологией ГИС и рефлексивным и рекурсивным подходами, предпочитаемыми историками, которые постоянно оперируют неоднозначными, неопределенными и неточными свидетельствами и которые ищут многовалентные ответы на свои вопросы" ^{[15, p. 30]}. Невозможно избежать указания точных координат вершин геометрической фигуры, описывающей территорию государства, где конфигурация границы не может быть реконструирована по свидетельствам исторических источников; невозможно "приблизительно" указать координаты геометрической сущности, соответствующей городу, положение которого достоверно неизвестно. На карте эта проблема решается обычно с помощью специальных условных обозначений, которые задаются одним или несколькими атрибутами. Например, плохо локализуемый участок границы можно показать пунктиром, а об условности положения селения, которое не локализовано точно, сообщить пользователю карты полупрозрачным условным знаком и т.п. Однако манипуляции с атрибутами в ГИС не помогают устранить корень проблемы, потому что эти манипуляции касаются лишь "верхнего" уровня – уровня карты. Что касается самих геоданных, то они не могут быть неопределенными в отдельных местах.

Еще сложнее совмещение исторического материала с ГИС, когда речь идет не о материальных объектах прошлого, а о культурных явлениях, выраженных в пространстве, но не сводимых к наборам геометрий. Д. Боденхамер в связи с этим так обозначает отношение историка к ГИС: "Вопрос заключается в том, как мы, историки, заставляем ГИС делать то, для чего она не была предназначена, а именно представлять мир как культуру, а не просто отображать местоположения?

Другими словами, акцент должен делаться не на том, чтобы приспособить наши вопросы к инструменту, который не соответствует нашим потребностям, а скорее на том, как мы можем приспособить эти инструменты к нашей потребности исследовать пространство, время и место творчески и конструктивно" ^{[15, p. 31]}.

Данная постановка вопроса не лишена здравого смысла. Но в таком случае недальновидно уповать на решающую роль в этом деле специалистов ИТ. Получается, что чем более сложные задачи пытается решить средствами ГИС историк, тем больше ему приходится самому вникать в непривычные для гуманитария материи, связанные с форматами хранения геоданных и протоколами обмена данными, преобразованиями картографических проекций и логикой составления SQL-запросов – по меньшей мере для того, чтобы найти общий язык с ИТ-специалистом. Но того же требует и сколько-нибудь автономное общение историка с ГИС, в противном случае достаточно быстро он сталкивается в своей работе с той или иной проблемой, которую самостоятельно устранить не способен. Возможно, именно этими препятствиями объясняется весьма умеренное, по моей оценке, распространение ГИС-технологий среди историков.

Конечно, прогресс в ИТ-сфере делает ГИС-технологии все более доступными для широкого пользователя. Но если раньше, в 1990-е и 2000-е гг. возможности историка были ограничены доступом к геоданным, без которых сама работа с ГИС невозможна, то теперь от него требуется разобраться в различиях работы алгоритмов предлагаемого на выбор инструментария для получения релевантных результатов. Упрощенный подход к анализу географической информации исторических источников средствами ГИС ведет к серьезным методическим просчетам и, в конечном итоге, к ненадежным выводам.

Примером неудачного, на мой взгляд, использования ГИС в историческом исследовании является анализ поселенческой структуры конца XV в. в центральной части Деревской пятины ^{[16, с. 79–88]} на основе результатов локализации топонимов древнейшей писцовой книги этого региона ^[8]. Публикация результатов этой локализации содержит подробное описание методики, по которой в ГИС определялось положение деревни XV в., если для нее удалось найти соответствие среди пустошей Генерального межевания. Специфика этого историко-географического материала заключается в том, что точность локализации такой деревни зависит в первую очередь от площади соответствующей земельной дачи XVIII в. Чтобы предоставить читателю возможность оценить эту точность для конкретной деревни, отдельным томом были опубликованы уездные планы конца XVIII в., содержащие генерализованное отображение границ земельных дач.

Другим важным критерием оценки полноты реконструкции поселенческой структуры эпохи писцовых книг является доля локализованных селений земельного владения в их общем числе. Тем не менее предпринятый исследовательницей пространственный анализ поселенческой структуры (ландшафтная приуроченность селений, обеспеченность угодьями, взаимное расположение) не делал различия между территориями, где достаточно точно локализована "львиная доля" селений, и теми, где удалось указать положение лишь небольшого их числа, притом с низкой точностью (в пределах нескольких квадратных километров). Более корректные попытки анализа тех же результатов локализации топонимов XV в. см.: ^{[17, с. 46–61],[18, с. 22-38]}.

Постепенная эволюция как методологии исторических подходов, так и самих ГИС изменяет и характер их взаимоотношений. Эпоху коммерческих ГИС сменила эпоха открытых ГИС, а пришедшая вместе с ней "модульность" ИТ-решений лишает актуальности неоднократно обсуждавшийся вопрос о необходимости выбора между "специализированным" программным обеспечением и неким "стандартным". Сейчас такой дилеммы практически не существует, потому что многие ГИС способны гибко модифицироваться под запросы конкретных пользователей – историков, биологов, почвоведов и т.д. путем создания специализированных плагинов, дополняющих "ядро" программного пакета для решения нескольких или даже одной определенной исследовательской задачи.

Таким образом, "цифровой поворот" – это результат воздействия "цифрового мира" в первую очередь на методологические основы и принципы профессиональной работы историка, а также на его инструментарий. И поскольку невозможно считать такое явление как Digital Humanities лишь побочным эффектом от "цифрового поворота" в гуманитарных науках, то невозможно связывать DH в основном с ресурсной компонентой, противопоставляемой компоненте аналитической. Более корректно относиться к Digital Humanities как к "зонтичному понятию", под которым скрываются обе компоненты, хотя термин Humanities все же подчеркивает центральную роль здесь гуманитарной составляющей (отсюда наиболее тесная связь с дисциплинами, изучающими язык и культуру) – в противовес социальной и экономической истории, из которой берут начало традиции квантификации ^{[12, с. 39–57 и др.]}.

Отмеченное выше противоречие между позитивистской эпистемологией ГИС и подходами исторического исследования наиболее остро дает о себе знать именно в связи с гуманитарной составляющей. Это и обуславливает, на мой взгляд, промежуточное положение исторической геоинформатики между Digital Humanities и социальной историей, на которое обратила внимание И.М. Гарскова ^{[19, с. 25–29]}. О том же говорят и сами современные зарубежные историки, активно применяющие ГИС-технологии, – сообщества DH ими воспринимаются как дружественные, но все-таки "чужие".

При этом ресурсная и аналитическая компоненты в исторических ГИС гармонично сочетаются. Основной функцией большинства современных исторических веб-ГИС является, конечно же, веб-ресурс, а не платформа с аналитическими возможностями. Настольные ГИС, доступные только их разработчикам, тоже в массе своей, как можно догадываться, решают в первую очередь задачи визуализации и навигации. Но фундаментом ГИС, в отличие от "компьютерной" или "электронной" карты, являются геоданные. Поэтому ГИС по определению обладает потенциалом, выводящим исследователя далеко за рамки визуализации географической информации на карте, даже если ему самому об этом не известно. Лежащая в основе ГИС база данных прекрасно подходит не только для удобного поиска и простой визуализации, но и для выполнения разнообразных операций геопроцессинга (характерных для ГИС операций наложения, выбора и анализа покрытий, обработки топологических отношений, преобразования данных ^[20]), необходимых для анализа данных: вычитания геометрических поверхностей, построения различного рода буферных зон, расчета оптимальных параметров маршрута (с учетом ландшафта, сезонных условий, особенностей используемого транспорта и т.д.), моделирования зон покрытия звуковым сигналом (с учетом конфигурации рельефа, частоты звука, атмосферной влажности, розы ветров), сетевого анализа связей пространственных объектов и перемещения людей, визуализация картины мира географов древности и т.д. Все это генерирует новое научное знание и едва ли может быть получено каким-то иным путем, без ГИС.

Здесь, впрочем, скрывается главная, на мой взгляд, опасность для успешного развития современной исторической геоинформатики – создание программными средствами ГИС электронной карты вместо полноценной ГИС. Далеко не все историки, применяющие ГИС-технологии в своей работе, относятся к геометриям, которые создают, как к геоданным. Проверка геометрии и топологии объектов в наборах геоданных, выкладываемых историками в сети Интернет, нередко обнаруживает, что фактически эти геометрии не могут быть корректно обработаны инструментами геопроцессинга. Так, даже весьма авторитетный ресурс исторических геоданных на сервере Гарвардского университета предлагает выгрузки шейп-файлов по истории Китая с "битыми" геометриями: проверка геометрий в QGIS (v. 2.18.) на 3888 полигональных объектах выявила 85 недействительных геометрий (набор геоданных версии 6, декабрь 2016 г. ^[21]). Пример этот отнюдь не уникален.

Такие данные годятся только для восприятия глазом пользователя на карте, но не для машинной обработки. К примеру, набор линий, обозначающих конфигурацию границы уезда, может восприниматься на карте как замкнутая фигура даже при довольно сильном увеличении. Однако, если нет математически точного совпадения координат соответствующих вершин двух сходящихся в одной точке линий, то с точки зрения геопроцессинга эти две линии не образуют замкнутый контур. Соответственно, множество задач с участием этих линий (например, построение из набора линий полигона с последующим расчетом площади, выборка линий, имеющих общие точки и пр.) не может быть корректно выполнено средствами ГИС.

Недостаточное осознание историками того, что ГИС – это лишь во вторую очередь карта, а в первую – пространствено-временная база данных, чревато в будущем проблемами при попытке объединения исторических материалов различных исследовательских групп на общей платформе – независимо от того, каким будет механизм интеграции ^[22]. Само же по себе объединение, как показывает опыт западноевропейского сообщества, является логическим продолжением процесса постепенного накопления пространственных данных различными группами исследователей, решающих различные задачи. Естественной представляется реализация механизмов этой интеграции через сеть Интернет, в рамках комплексного подхода к организации, реализации и поддержке веб-ресурсов, известного как Web 2.0. Этот подход, трактуемый довольно широко, в качестве определяющих черт включает разработку проектов и сервисов, активно развиваемых и улучшаемых самими пользователями с возможностью не только комментировать, но и редактировать, удалять, дополнять данные ресурса (блоги, вики-проекты, социальные сети). Другим элементом концепции Web 2.0., перспективным для интеграции исторических геоданных, является предоставление пользователю доступа к данным посредством веб-сервисов, размещенных на серверах различных организаций, которые сами следят за поддержанием своих данных в актуальном состоянии ^[23].

Наиболее масштабным примером реализации такого подхода в области исторических ГИС является сетевой проект Pelagios ^[24], одним из наиболее развитых компонентов которого является интеграция геоданных по античной эпохе в Западной Европе на сервере Лундского университета (Швеция). Цифровой атлас Римской империи состоит из нескольких десятков слоев, подгружаемых динамически с локальных и удаленных серверов различных учреждений, предоставивших доступ к своим тематическим данным ^[25].

Лаборатория исторической геоинформатики ИВИ РАН недавно получила опыт подобной динамической "раздачи" геоданных проекта по границам Руси и России с сервера Руниверс ^[26] на сторонний ресурс историко-географической тематики, посвященный истории железнодорожного транспорта в России с 1838 до 1930 г. ^[27]. Задача была осложнена тем, что раздавались не один-два слоя, видимость которых регулируется пользователем ресурса посредством флаговой кнопки (чекбокса), а более 60 слоев, фильтруемых для ленты времени (таймлайна) по принадлежности к диапазону дат, в пределах каждого из которых границы страны сохранялись неизменными. Выбор пользователем конкретного года на браузерной странице проекта вызывает загрузку нарезанного небольшими фрагментами (векторными тайлами) соответствующего участка слоя с сервера Руниверс. Изменение года на таймлайне автоматически влечет за собой замену прежнего слоя динамической карты границ на новый. Корректировка геометрий в слоях на сервере Руниверса автоматически отражается и на странице стороннего проекта, поскольку он не дублирует исходные геоданные на своем сервере, а динамически подгружает на страницу актуальный экземпляр геоданных.

Подводя итог сказанному, отмечу, что именно распространение ГИС-технологий и следует рассматривать как суть "цифрового поворота" в изучении пространственных аспектов истории. Но едва ли можно утверждать, что этот поворот завершен, он по-прежнему происходит. Несмотря на относительно небольшое количество историков, использующих ГИС в своей работе, появляются все новые углы зрения, под которыми эти технологии применяются в гуманитарном знании. Более отчетливое осознание того, что за картой в ГИС стоят геоданные, несомненно, не только принесет пользу самим историкам, но и повысит качество тех материалов, которые постепенно накапливаются на их компьютерах. Будем надеяться, что в ближайшее десятилетие это сделает возможной интеграцию на общей исследовательской платформе исторических геоданных российских исследователей.