Применение открытых картографических сервисов (Google, Яндекс, OSM) при создании исторических ГИС: разработка цифровой карты Транссибирской магистрали

Исследование проводится в рамках научного проекта «Роль Транссибирской магистрали в развитии инфраструктуры, экономики и социально-демографического потенциала восточных районов позднеимперской России», поддержанного в 2021 г. Русским географическим обществом (РГО).

Введение

В настоящее время, после долгих разговоров, наконец, кажется, сдвинулся с мертвой точки процесс создания общедоступных исторических цифровых карт России XIX–XX вв. Можно привести в пример такие проекты, как проект Mosaic университета Беркли (среди прочего, там доступны карты административного деления стран Европы, – в том числе территории Европейской России, – на 1900, 1930, 1960 гг.) ^[1], РИСТАТ (карта России 1897 г. в разрезе уездов) ^[2], составленные в НИУ ВШЭ карты административного деления Российской империи в 1897 г. и СССР в 1926 гг. (в разрезе губерний) ^[3]. Отдельный интерес представляет проект реконструкции уездного деления России конца XVIII в., результаты которого размещены на сайте исторического факультета МГУ ^[4]. Эти проекты, выполненные с разной степенью аккуратности, все открывают свободный доступ к картам административного деления разных лет в формате шейп-файлов. Насколько нам известно, в лаборатории экономической и социальной истории ИОН РАНХиГС ведется работа по созданию карт административного деления СССР в разные годы ХХ века, и уже заканчивается создание карт по делению Российской империи в разные годы XIX в. на уездном уровне, – тоже в шейп-файлах. Этот формат представляет собой набор векторных пространственных объектов, снабженных географической привязкой и предусматривающих полную совместимость разновременных слоев между собой и с современными картами. Под современными картами мы имеем в виду карты нынешнего административного деления и состояния инфраструктуры. Поскольку они нужны далеко не только историкам, в их разработку вложены огромные усилия, и сформированы большие комплексы разнообразной пространственной информации. С одной стороны, это векторные карты, в частности, также в шейп-файлах (найти их не слишком сложно; весьма приличные карты разных стран можно получить, например, на сайте «Global Administrative Division Maps (GADM)» ^[5]), с другой стороны, – открытые картографические сервисы: карты Google ^[6], Яндекса ^[7], OpenStreetMap (OSM) ^[8] и т.п. В исторической среде исследования с использованием ГИС часто используют открытую программную среду QGIS ^[9], которая позволяет совмещать (в разных слоях) векторные шейп-файлы и некоторые из вышеперечисленных сервисов, для чего нужно только использовать легкодоступный плагин OpenLayer. В настоящей статье мы рассмотрим опыт использования этих сервисов при разработке исторических ГИС.

Исходя из вышеизложенного направления разработок в области исторической картографии, представляется весьма вероятным, что через некоторое время появятся общедоступные цифровые исторические карты России, актуальные для различных исторических срезов. В необходимый для использования ГИС в конкретных тематических исследованиях минимум, пожалуй, входят карты административных границ, населенных пунктов и путей сообщения. Наверное, формирование таких карт потребует распределенных усилий: единая географическая привязка вполне позволяет это сделать. Перед нами, – в рамках реализуемого в 2021-2022 гг. научного проекта «Роль Транссибирской магистрали в развитии инфраструктуры, экономики и социально-демографического потенциала восточных районов позднеимперской России», – встала задача создания и анализа исторической карты строительства Транссибирской магистрали, и мы хотели бы сейчас разобрать опыт выполнения первой стадии этого проекта.

Пространственные аспекты истории Транссибирской магистрали

Как известно, Транссибирская железнодорожная магистраль, соединяющая Европейскую Россию с Сибирью и Дальним Востоком, или Великий Сибирский путь, Сибирская железная дорога, как ее называли тогда, была построена в конце XIX – начале XX в. (Библиография по этой тематике, хотя бы посвященная только дореволюционному времени, чрезвычайно обширна; можно сослаться как на отдельные издания ^{[10] [11] [12] [13] [14]}, так и на библиографии, из которых наиболее полной представляется доступная в Интернете библиография, собираемая С.К.Канном ^[15].) Перспектива построения такой дороги, естественно, обсуждалась в третьей четверти XIX в., когда началось активное развитие железнодорожной сети в Европейской части страны. Вводимая в эксплуатацию железнодорожная сеть постепенно продвигалась на восток, и к 1891 г. уже была проложена железная дорога от Самары через Уфу до Златоуста (1877–1890), а также работали ветка из Самары же до Оренбурга (1877) и не связанная тогда еще с центром страны Уральская дорога Пермь – Екатеринбург – Тюмень (1878–1885). Официально основание Транссибирской дороги считают от начала строительства встречных участков с востока: в феврале 1891 г. вышел указ, в котором говорилось о постройке Владивостоко-Графского участка новой Уссурийской дороги ^[16], а в мае наследник престола Николай Александрович прикатил первую тачку земли в основание вокзала во Владивостоке. В этом же году было окончательно решено, что главный путь с запада пройдет через Златоуст, и в 1892 г. были построены пути оттуда до Челябинска, а в 1896 г. открыто движение от Челябинска через Курган и Омск до станции Обь (будущего Новониколаевска, а сейчас Новосибирска); в 1894 г. был построен и первый участок Уссурийской дороги от Владивостока до станции Муравьев-Амурский (сейчас Лазо) длиной в 378 верст. Строительство велось исключительно быстрыми темпами: за несколько лет дорога с запада прошла через Красноярск (1898; 711 верст от Новониколаевска) до Иркутска (1899; еще 1005 верст), с востока дошла до Хабаровска (1897; 339 верст).

К этому времени остался невыполненным наиболее сложный участок, а внешнеполитическая обстановка, как тогда казалось, благоприятствовала тому, чтобы построить дорогу более коротким путем через Китай. Поэтому строительство дороги к западу от Хабаровска было приостановлено, зато, – в 1897 г., – начались работы по прокладке будущей Маньчжурской, или Китайско-Восточной железной дороги (КВЖД). За 1900–1901 гг. были введены в эксплуатацию участки от Иркутска до станции Байкал (на западном берегу озера, 61 верста), от Мысовой (на восточном берегу) до западного пункта на русско-китайской границе (1101 верста), от Уссурийской дороги в направлении границы (Никольск-Уссурийский – Гродеково, 90 верст), а также паромная переправа через озеро Байкал. Беспрецедентно быстро были проведены топографические работы и инженерное проектирование ветки на территории Китайской империи, и хотя работы были прерваны восстанием ихэтуаней (1898–1901), результаты восстания, в подавлении которого участвовали русские войска, привели к оформлению права России на пользование всей строящейся железной дорогой. Завершение строительства КВЖД и, таким образом, соединение веток с поправкой на паромную переправу через Байкал состоялось в 1903 г., однако уже по итогам Русско-Японской войны 1904–1905 гг. стала понятна уязвимость проекта, и возобновилось строительство по территории России Амурской железной дороги, соединившей Хабаровск и Читу уже только в 1916 г. Тем временем был (в 1905 г.) построен наиболее сложный в техническом отношении Кругобайкальский участок, так что открытие моста через Амур в Хабаровске (в октябре 1916 г.) фактически завершило строительство единого непрерывного пути из Европейской России к Тихому океану по территории Российской империи. Уральская же дорога, тем временем, присоединилась к Транссибу ветками Екатеринбург – Челябинск (в 1896 г.) и Тюмень – Омск (в 1913 г.).

С тех пор Транссибирская магистраль служит основной транспортной артерией, соединяющей центр России с востоком, и на послереволюционное время приходятся дальнейшие этапы ее строительства, связанные с электрификацией, перестройкой мостов и тоннелей, проведением радиальных веток (самая новая из них ведет от БАМа к Якутску, она сдана в постоянную эксплуатацию всего лишь два года назад).

В нашем проекте рассматриваются вопросы строительства и эксплуатации Транссиба в дореволюционный период, и в рамках этих задач разрабатывается цифровая карта дореволюционного Транссиба. Заметим, что такой карты до сих пор нет в открытом доступе, хотя в Интернете есть масса справочной информации и растровых (сканированных) карт и схем разного качества. В этом отношении особенно примечателен веб-сайт «Транссиб.ру», целиком посвященный истории этой магистрали ^[17].

Целью данной статьи является рассмотрение технических аспектов, связанных с работой над такой картой. Представляется, что такое описание может быть полезным и при работе над составлением других исторических цифровых карт XIX–XX вв.

Базовый подход к сопоставлению исторических карт с сегодняшними

В первую очередь нужно отметить, что использование современных карт вполне удобно там, где современная карта совпадает с исторической, только нужно четко понимать, где возникают расхождения. Конечно, при формировании исторических карт нельзя слепо полагаться на современные, причем нельзя тем больше, чем дальше мы уходим в глубь десятилетий. Самыми подвижными являются административные границы, прежде всего внутренние, процесс перекройки которых в нашей стране был довольно простым, а в 1920–1950-е гг. – почти постоянным. Границы между странами меняются медленнее, и хотя за истекшее столетие они также менялись неоднократно, можно найти такие участки сухопутной границы России и сопредельных стран, которые и сто лет назад, и больше проходили там же, где сейчас. Гидрография подвержена меньшим изменениям, хотя на отдельных участках русла рек и береговая линия внутренних водоемов могли значительно измениться. Наиболее очевидный пример – пересыхание Аральского моря на горизонте всего трех-четырех десятилетий. Гидрография страны также претерпела изменения в связи со строительством плотин и каналов. Возникли огромные, видимые даже на картах страны водоемы, такие как, например, водохранилища на Волге (Куйбышевское, Рыбинское) или на Днепре (Кременчугское, Каховское). Кое-где изменились русла рек: к примеру, проведение канала Москва–Волга в 1930-е гг. значительно изменило русло Москвы-реки в западной части столицы. Однако изменения внутренних водных путей, а тем более морской береговой линии, не так уж часто настолько велики, чтобы их можно было увидеть на мелкомасштабной карте всей страны или области, а если так, то хорошо известны. Еще более стабильным можно считать положение крупных населенных пунктов. Случаи полного исчезновения значительных населенных пунктов с карты редки и хорошо документированы. Чаще всего это вызвано их вхождением в состав другого населенного пункта; так, только Москва поглотила в течение XX в. пять городов-спутников. Некоторые поселения объединялись, образуя новые: так, город Первомайск, стоящий на впадении притока в Южный Буг, образовался в 1920 г. слиянием расположенных на разных берегах (и даже находившихся до революции в разных уездах двух губерний) города Ольвиополь и местечек Голты и Боготол. Немало поселений исчезло с карты в связи с затоплением территории под искусственные водные объекты. Так при строительстве Рыбинского водохранилища был затоплен город Молога, Кременчугского – город Новогеоргиевск, Куйбышевского – Ставрополь-на-Волге и Куйбышев (Спасск), причем последние два перенесены на новые места с сохранением названий. Бывало, – хотя и редко, – что поселения гибли в связи с какими-то разрушительными событиями (Перекоп, Припять). Но все это скорее исключения, чем правило. Новые поселения появляются, какие-то некрупные исчезают, города поглощают пригородные населенные пункты, в том числе и другие города, но исторический центр крупного поселения, как правило, и сейчас находится если и не в центре, то по крайней мере на его территории. И здесь мы подходим к интересующей нас сейчас тематике путей сообщения.

Железная дорога, вообще говоря, не кажется настолько значительным сооружением, чтобы оставаться неизменной на протяжении исторически заметного периода. Старые ветки демонтируются, строятся новые, железнодорожные пути электрифицируются или перешиваются на новую колею (последнее неоднократно происходило с КВЖД). Вместе с тем, редко происходит так, что целый огромный участок дороги перемещается в совершенно новое место. Не то чтобы это было совсем невозможно: например, дорога от Каспийского побережья вглубь Туркмении, изначально, в 1881 г., проложенная от порта Узун-Ада, менее чем через двадцать лет была перенесена так, чтобы начинаться от более удобного порта в Красноводске, причем было демонтировано 20 верст путей. Но протяженная дорога, связывающая населенные пункты, начинает жить своей жизнью, формировать инфраструктуру. Железная дорога – не просто рельсы и шпалы, это насыпи и телеграфные провода, просеки, тоннели и мосты. Обычно дешевле переложить рельсы на старом участке, чем построить новую дорогу. Более того, строительство железной дороги сопровождается возникновением станционных поселков, некоторые из которых развиваются в города, и «передвинуть» большой железнодорожный участок так, чтобы он оставил эти города в стороне, уже не так просто. Заметим вот еще что: если плотность железных дорог велика, то экономическая целесообразность вполне может привести к демонтажу некоторых путей и переброске перевозок на соседние ветки или даже на шоссейные пути. Но магистральную дорогу труднее сдвинуть, ведь для этого нужно найти новый участок, который настолько сэкономит ресурсы при эксплуатации за обозримый период, что будет выгоднее кардинально сменить путь. По этой логике, такая важная дорога, как Транссибирская магистраль, мало изменила свою траекторию за прошедшее столетие.

Сопоставление исторической и современной карт Транссибирской магистрали

В самом деле, предпринятое нами тщательное изучение пути следования Транссиба показывает, что изменения на карте минимальны. Главное из них состоит в том, что путь от Иркутска к Байкалу, ранее проходивший вдоль Ангары, был затоплен в 1950-е гг. при строительстве Иркутского водохранилища, а новая дорога проходит, условно говоря, прямо от Иркутска до Слюдянки, то есть до южной оконечности озера. Само по себе это решение по изменению пути было вполне целесообразным, и оно же наглядно демонстрирует инерционность в размещении путей сообщения. Дело в том, что прежний участок строился в два этапа. На первом этапе, как уже говорилось, поезда почти по прямой курсировали между Иркутском и станцией Байкал, западной точкой паромной переправы, и грузы дважды перекладывались с поездов на паром и обратно. Так было дешевле. Затем, в 1905 г., была достроена Кругобайкальская дорога, и в тех условиях было тоже дешевле пристроить участок Байкал–Слюдянка к существующей ветке, чем тянуть новую дорогу из Иркутска. Это чувствительно увеличивало путь, но дорога продержалась в таком состоянии несколько десятилетий, и новая дорога, которая бы срезала получившийся крюк, была введена в строй только в 1949 г., незадолго до начала работ по строительству водохранилища, уничтожавшего большой участок дороги. Поэтому сейчас поезда идут по линии, построенной тогда, а участок Кругобайкальской дороги от истока Ангары до южного берега Байкала представляет собой одноколейную дорогу с редким движением. Ее, кстати, было бы трудно развить достаточно, чтобы удовлетворять транспортному значению Транссиба во второй половине XX в., потому что на всем этом участке сопки довольно круто спускаются к берегу, здесь мало ровного места для дороги и много тоннелей. Возможно, путь не удалось бы спрямить даже тогда, если бы на нынешнем одноколейном участке находились крупные поселки, но их там нет, вокруг станций разбросано в лучшем случае по десятку деревянных домов, и поезд развозит в основном туристов.

Другие очевидные изменения путей встречаются на территории Китая (мы считаем основной прямой участок КВЖД, связывающий Читу и Владивосток, исторической частью Транссиба). Там на некоторых участках в последние десятилетия проведены скоростные железные дороги, которые в целом идут параллельно КВЖД, притом совсем недалеко (так проявляется взаимная сила притяжения дорог и населенных пунктов), и они прямо проходят через горные массивы по целой системе тоннелей и виадуков там, где КВЖД скромно петляла по склонам. Местами на спутниковых снимках (до которых мы еще дойдем) видно, что старые пути частично разобраны, но следы старой дороги просматриваются на всем протяжении. Других изменений путевой линии не выявлено. Даже в тех довольно громких случаях, когда строилась новая инфраструктура, значительного отклонения дороги не происходило. Так, в 2004 г. был сдан новый Тарманчуканский тоннель (протяженностью более двух километров, второй по длине на Транссибе после тоннеля под Амуром в Хабаровске), а старый законсервирован, но отклонение дороги в результате постройки находится в пределах 150 м. Или вот, – примерно тогда же, – был разобран старый («Царский») железнодорожный мост в Красноярске (между прочим, памятник культуры, за сохранение которого громко выступала общественность), а новый (собственно, даже два новых, под два полотна дороги) был построен вплотную к разобранному.

Последний пример довольно показателен. Казалось бы, сместить пути в границах города при значительных изменениях в его застройке, в отличие от прямого участка, идущего по степи или вдоль реки, довольно легко. Трамвайные рельсы, во всяком случае, регулярно стираются с городских карт. Однако городской вокзал стоит на старом месте, и магистральная дорога проходит там же, где и сто лет назад, – это показывают старые карты городов. Дорогу постоянно нужно ремонтировать и обновлять, но как найти новое место для пути, да и зачем? Поэтому и новый мост строится вплотную рядом со старым.

Технологические аспекты создания цифровой карты

Если нам удается прийти к выводу, что некоторые объекты исторической карты соответствуют современным (в нашем случае это почти вся железная дорога в несколько тысяч километров), то задача создания ГИС значительно упрощается, причем и аккуратность построения карты улучшается на порядок: мы можем следовать за готовыми и точными современными аналогами.

Заметим отдельно, что такой авторитетный, но развивающийся на краудсорсинговой основе сервис, как OpenStreetMap, позволяет скачать объекты сразу в шейп-файлах. Это не очень удобно делать на самом сайте OSM, но поскольку работа по наполнению карт OSM проводится распределенно и не защищена корпоративными правами собственности, эти данные можно скачать в разных местах ^[18]. Недостаток, как ни странно, состоит в чрезмерной дробности проекта: сам сервис позволяет получить только все объекты из выделенной области, на других сайтах, как на указанном в предыдущей сноске, возможен и отбор объектов в соответствии с фильтром (например, только дороги), но даже в этом случае если участок расходится на десяток параллельных веток, сервис выдаст каждую колею в виде линии из десятков тысяч точек. Естественно, мы в этом случае получаем файлы на сотни мегабайт, а это не всегда хорошо. Исторические ГИС не нуждаются в такой дробности, они должны быть обращены к пользователям, не обязательно имеющим суперсовременные компьютеры, на которых программа легко обрабатывает такое множество точек, справляется с пересчетом проекций или комбинацией стилей для тематических карт, позволяет добавить или удалить линии к существующему файлу. В основном поэтому в нашем проекте было принято решение о собственной отрисовке железной дороги.

Отрисовку можно проводить по слою какого-нибудь из картографических сервисов. При внимательном взгляде оказывается, что карты разных сервисов не такие уж и одинаковые в крупномасштабном приближении. На рис. 1 приведено изображение в едином масштабе в разных сервисах одного и того же участка карты (в районе озера Хасан, к западу от которого проходит граница между Россией и Китаем, а еще чуть западнее, по реке, – граница между Китаем и КНДР).

Рис. 1. Изображение одного и того же участка территории в различных открытых картографических сервисах. Верхний ряд – Яндекс.Карты и Google.Maps, средний ряд – OSM и Wikimapia ^[19], нижний ряд – карты Microsoft Bing ^[20] и Baidu ^[21].

Легко видеть, что разница состоит не только в том, что одна и та же линия отрисовывается с разной степенью подробности, – границы водоемов сильно различаются, и даже не везде одинаково сочетание линий: обратите внимание, например, на соотношение линий границы и автомобильной дороги на китайской территории. Представляется, что для территории России наиболее точными являются карты Яндекса: только здесь четкие границы городов совпадают с кадастровыми картами, и похоже, что Яндекс имеет доступ к закрытым картам Роскартографии.

Тем не менее, мы не можем достаточно обоснованно выбрать более точную из двух открытых цифровых карт, а расхождения между ними не позволяют полностью на них полагаться. (Представляется, что лучше всего совпадают автодороги, потому что они нужны для работы навигаторов. Рис. 1 это подтверждает.) Поэтому лучше ориентироваться по спутниковым снимкам, которые в виде отдельного слоя размещаются в Google, в Яндексе и в ряде других. На спутниковых снимках хорошо прослеживается полотно железной дороги, видно вокзалы, станционные здания и платформы, мосты и тоннели.

Однако спутниковые слои, которые имеют растровую природу, также недоступны в QGIS. Для отрисовки картографических объектов, по нашему мнению, наилучшим образом подходит не любой из веб-сервисов, дающих возможность посмотреть на карту в браузере (или даже подгрузить их в виде отдельного слоя в QGIS), но отдельный картографический сервис Google.Earth (или в русскоязычной редакции – Google Планета Земля ^[22]). Работать с ним можно непосредственно в браузере, но лучше установить отдельную программу, которая работает с теми же картами Google, но показывает их в виде глобуса, а не картами определенных проекций. Любые мелкомасштабные картографические проекции искажают изображение местности, и в Google.Earth мы тоже, строго говоря, в каждый момент видим проекцию глобуса на плоскость экрана, но поскольку мы можем крутить этот глобус по нашему желанию, эффект глобуса в полной мере проявляется. Главное отличие от картографических сервисов состоит в том, что базовым здесь является слой не карты, но спутниковых снимков.

Здесь уместно сделать отступление от основной линии повествования и уделить внимание небольшому обзору открытых сервисов, которые предоставляют спутниковые снимки Земли.

О двух проектах мы уже сказали, – это карты Google и Яндекс. Первый появился раньше; но спутниковые снимки Яндекса высокой четкости раньше были распространены на всю территорию России, а сейчас они органично дополняют друг друга. Если рассматривать не города, одинаково хорошо представленные этими сервисами, а полотно дороги, проходящей через тайгу, то в Google до сих пор, как будет показано ниже, можно найти участки с низким разрешением снимков. В Яндексе такого не наблюдается, но там, где все же находятся новые снимки Google, они, как правило, чуть более четкие, чем снимки Яндекса. Только в картах Google сохраняются ранние снимки, по которым можно проследить историю преобразования территории за последние пятнадцать–двадцать лет. Яндекс же поддерживает таймлайн для панорамных фотографий, но не для карт и спутниковых снимков. Как Google, так и Яндекс предоставляют спутниковые снимки всей планеты, но за пределами России карты Google существенно более подробны и содержат больше объектов.

Две другие крупнейшие независимые поисковые системы, которые поддерживают свои картографические сервисы и уже упоминались в данной статье, значительно уступают первым в этом отношении. Bing, поисковая система компании Microsoft, вовсе не имеет слоя спутниковых фотографий на своих картах. Зато у китайской поисковой системы Baidu спутниковые карты есть. Интересно, что при выборе планетарного масштаба спутниковые изображения здесь предстают в виде глобуса, как в Google.Earth, а не в виде довольно искаженной цилиндрической проекции (WGS-84, EPSG:3857), как прочие карты, представленные на рис.1. Однако спутниковые снимки Baidu только для территории КНР являются достаточно четкими для того, чтобы можно было увидеть дома и прочие объекты сопоставимого размера; они даже обрезаны ровно по границе. То же самое, – но со своими снимками, – предлагает открытая часть китайского сервиса Tencent ^[23]. Равным образом, французский Géoportal ^[24] лишь для Франции предлагает очень качественные снимки (на них автомобили выглядят как автомобили, а не как цветные прямоугольнички, как на снимках Яндекса или Google вне территории США). Для заморских территорий (Французская Гвиана) снимки такие, что дома видно четко, но автомобили – уже нет; для чужих стран снимки позволяют увидеть отдельные дома в лучшем случае в виде размытых пятен.

Нужно упомянуть также еще ряд картографических сервисов, на которых вся поверхность Земли представлена спутниковыми снимками