Недосягаемый космос

Я настолько стар, что в детстве хотел стать космонавтом. Видимо желание это было так велико, что по инерции меня еще дважды заносило в подмосковный Центр управления полетами, старый советский космический скафандр и тренировочный аквариум Звездного городка. В Звездном городке я на контрольно-пропускном пункте впервые увидел лиственницу и совершенно изумился (ибо в то время я еще не научился как следует охуевать). Хвойное дерево, с мягкими как листья иголками это вам не акация с гледичкой. На тот момент, я уже принял решение, что космос может обойтись без меня, а вот таежные леса нет. Я так и записал в блокноте: «буду лесником», после чего перечитал в поселковой библиотеке все что имело отношение к лесу и лесному хозяйству.

В одну из зим, меня вместе с поземкой занесло за ворота конторы военного лесхоза. Это на специальность инженера лесного хозяйства я поступал обуреваемый мощным романтическим порывом. Сюда же пришел в полной убежденности, что настолько испорчен тлетворным влиянием института, что терять мне больше нечего и наконец-таки можно приступить к исполнению детских мечт. Так я получил два комплекта формы, петлицы с просветом без звездочек, юфтевые сапоги и красное удостоверение в котором между графой «выдано оружие…» и графой «наименование учреждения» стояла запись «Лесник (инспектор по охране леса»). Вскоре после этого я вывалился по пьянке из окна общежития и окончательно переселился в контору лесничества.

Данность, ниспосланная мне судьбой слабо походила на ожидания. Особенно зимой, когда вся основная работа затихала и я целиком посвящал себя обязанностям машиниста отопительной установки, которые исполнял в целях прибавки к жалованью и обогрева своего жилища.

Хорошо, что зима не длится вечно. Я был самый трезвый из кочегаров и все-равно пил так, что написал монографию, философский трактат, программу на С++ для ввода и анализа геоботанических данных и обошел в Морровинде вокруг Красной горы. Фактически, вся теория живых систем, методы расчета важности информации, понимание красоты как строгой (в математическом смысле) функции системы и диатропический подход к классификации объектов возникли во время безделья между подброской в печь дров и угля.

Даже сейчас, по прошествии лет, я нет-нет, да и задумаюсь, наливая стакан, о том, что иерархические классификации гораздо менее применимы, нежели диатропические. Особенно это касается естественных объектов, где провести уровенное деление далеко не всегда представляется возможным. Возьмем, к примеру картографию, как наиболее наглядную и прикладную дисциплину. При построении легенды мы прежде должны разработать подходящуюю классификацию объектов на карте. Сделать это можно разными способами, исходя из целей построения карты. Например, можно создать класс дорог и класс территорий и мы получим типичную дорожную карту. Можно, наоборот, все дороги свести к одному типу и включить его в каждый из классов территории — в этом случае мы получим карту землепользования. Для простых схем и примеров это работает просто и понятно.

Но даже небольшое усложнение картируемой территории приводит к неразрешимым проблемам. Мы вынуждены либо отбрасывать информацию, упрощая содержание карты, либо постоянно создавать новые типы и классы объектов. Рано или поздно схема неизбежно запутывается.

Мы наносим на карту родники. Это тип объекта, который, казалось-бы, прост и понятен. Но только до тех пор, пока не будет найден первый каптированный источник. Сразу родники становятся классом, содержащим два типа объектов: родники обустроенные и просто выходы вод. Что такое каптированный родник? Обычно это просто врезанная в землю труба, иногда достаточно большой длины, по которой родниковая вода течет цивилизовано. А теперь представьте, что нам, кроме родников, необходимо обозначить еще и трубопроводную сеть. Мы также представляем ее как класс, содержащий разные типы: система орошения, система канализации, и, черт возьми, сюда может попасть и наша труба, выводящая родниковые воды.

Что произошло? Два класса, абсолютно разные во всем, содержат в себе один и тот же тип объекта. В нормальной иерархической классификации такое абсолютно невозможно. У нас, вместо иерархии образуется сеть из типов объектов, в которых классы всего-лишь представляют собой группы типов с определенным набором признаков. Иерархия пропадает, возникает диатропизм. В ботанике и зоологии та же хрень описана еще палеоботаником С.В. Мейеном и его учеником Ю.В. Чайковским (смотри лучшее чтиво 1990-го года: «Элементы эволюционной диатропики»).

Нет такой классификации объектов, которая будучи иерархической была бы эффективной для работы с глобальной базой геоданных. Сложность иерархических классификаций обратно пропорциональна количеству классов низшего уровня. На большом количестве объектов это особенно заметно — красивая иерархия превращается в беспорядочную сеть, вынуждая нас в конечном итоге подбирать высшие классы исходя из типа объекта, вместо того, что-бы определять тип, исходя из высшего класса.

Мы рисуем контур конкретного объекта с редкостоящими дервьями, после чего решаем: отнести его к лесу, скверу или вообще к газону? Мы рисуем линию и решаем: отнести ее к ручью или ограждению (ров вокруг замка это ограждение или водоем?). Мы рисуем точку и думаем, обозначать ли этот канализационный люк как преграда на дороге, если с него раз в два месяца какие-то пидарасы снимают крышку? Возьмите OSM-мовские natural=wood и landuse=forest. Всегда ли легко установить разницу, особенно если речь идет о стране в которой лесное хозяйство официально отменено с 2007 года? А ведь это разные классы, объекты в них должны быть отличимы между собой как тротуар и ручей. Но что делать, если по тротуару уже второй год течет ручей водопроводного порыва, не мешая гулять пешеходам? Что это за объект-то такой?

Кстати, в России landuse=forest и при действующем лесном хозяйстве нельзя было трактовать однозначно. Например северные гористые леса, принадлежащие лесхозу, который ввиду бессмысленности или отсутствия дорог не проводил там хозяйственные мероприятия.

Примитивная классификация данных OpenStreetMap позволяет отображать на карте огромное количество нюансов. Новый объект? — не вопрос, вот новое значение тега. Что-то совсем странное? — не вопрос, вот новый тег. Выбери в свое время Кост многоуровневую классификацию, мы получили бы сейчас головную боль в виде действия закона Ципфа: имели бы пять-шесть верхних классов, включающих 80-90 процентов всех объектов и овердохуя классов, содержащих по одному-два объекта. А в таком виде, классификация OSM сродни низкоуровневому языку или безработному без долгов: постоянно требуется вникать во множество деталей, зато никаких ограничений для творчества.

Лучше нынешней классификации OSM может быть только полный отказ от иерархии. Объединяем существующие теги и их значения в единые свойства и указываем наличие этих свойств у любого объекта. А поскольку свойства выражены в разной степени, добавляем значение истинности. Так для густого леса, вместо natural=wood мы получаем naturalwood=0.9, а для редкостойного, вместо natural=wood мы получаем naturalwood=0.3.

— Эй, бля! С твоей классификацией, мы получим таких монстров, что хер кто их распознает! Вот что это например за хуйня такая:  natural_wood=0.3, natural_scrub=0.2, natural_wetland=0.2, highway_construction=0.5,  highway_path=0.9,  barrier_ditch=1.0, landuse_construction=0.5, landuse_fill=0.7?

— Никакая это не хуйня. Это коммунальщики в девяностых на Нежданке разрыли по весне дорогу, заткнули дыру чопиком, засыпали и зачем-то понавтыкали в землю наломанных тополевых веток (может место так пометили). Естественно, чопик со временем себя изжил, а ветки проросли, да так, что когда приехали на это место в следующий раз выдернуть их никто не смог. Зато прокопали траншею для того что-бы подобравшись к трубе вставить новый чопик. После этого уехали и похоже что навсегда. А там теперь дорога, упирающаяся в тополевник с кустами (кусты уже сами выросли), рвом, тропинкой и постоянно подтопленной мусорной свалкой. А теперь идите и изобразите это в легенде с помощью стандартной иерархической классификации.

Я тут не буду намекать о том, что допуск отображения значения тегов через другие теги дает вообще космические возможности. Например, этот же объект можно в упрощенном виде записать как barrier: {natural_wood=0.3, natural_wetland=0.2, barrier_ditch=1.0}. Хотите увековечить на карте топиарное искусство? -говно вопрос: historic_memorial:{natural_scrub=1.0}. Обратите внимание, что в данном случае, natural_scrub относится именно к памятнику, то есть является его неотделимой частью. Если бы мы хотели обозначить могилу в кустах, то поступили бы по другому: historic_memorial=1.0, natural_scrub=0.4.

Каждый раз, когда я вспоминаю об этом, передо мной открывается целая вселенная возможностей. Поэтому, не теряя ни секунды я немедленно улетаю с этой планеты на синей ракете и вращаюсь где-то в космосе. Так, что можно сказать, детская мечта сбылась. И чем больше я вращаюсь там наверху, поглядывая на все происходящее свысока, тем меньше меня тянет возвращаться. Может быть однажды я улечу нахрен и больше никогда не вернусь.

 

Нечеткий пацанчик

В труды Лотфри Заде я влюбился с первого прочтения и до сегодняшнего дня любовь эта не только не угасла, но даже окрепла, подведя меня к открытию субъективной логики. Говоря о безмерности такой страсти, достаточно хотя-бы вспомнить историю того утра, которое я провел в компании со свежеприбывшим в часть азером, застав его в армейском толчке с гашишем вместо тряпки. Его родители и предположить не могли, что выбрав имя знаменитого математика, они оберегли сына от хорошей пиздюлины на фоне журчащих чаш Генуя. Судя по тому, как он прожигал дырку в бутылке из под «фанты», проблема здоровья его совершенно не интересовала. Я отобрал у этого идиота бутылку и раскуривались мы с ним через нормальную полторашку отечественного уставного лимонада «Дюшес».

С тех пор я постоянно вижу возможности эффективного применения аппарата фаззи-логики как в научных, так и в сугубо прикладных задачах. Ведь только глупец не замечает того, что показатель неэвклидовой размерности в сложных системах есть не что иное, как значение характеристической функции истинности. Это столь же очевидно, как и то, что пиво выпитое до выдоха после первой затяжки индифферирует ваши ощущения социальной несправедливости и классовой неполноценности.

Простой пример. В процессе классификации растительности теряется часть информации о классифицируемых объектах (их «индивидуальные особенности») [5]. Это приводит либо к недоиспользованию, либо к перерасходу ресурсов окружающей среды и производства.

Вот было бы заебато, усовершенствовать имеющуюся типологию лесов Северо-Западных районов России [5], для возможности учета индивидуальных особенностей растительного покрова! Такая типология была-бы актуальной при проектировании объектов строительства, сельского и лесного хозяйства.

Говно-вопрос! Для этого только требуется современную типологию [5] перестроить на основе теории нечетких множеств [1].

Классификации лесной растительности, использующие теорию нечетких множеств неизвестны. Аналогом нечеткой классификация в лесной таксации можно считать метод характеристики состава древостоя (Чистые насаждения – классы, коэффициенты в формуле состава древостоя – значения характеристических функций, определяющих степень приближенности к каждому классу). Теоретические аспекты нечетких классификаций рассматриваются в [2].

Я, например, когда покупал в полуторалитровых бутылках портвейн «Агдам» (такие бутылки с углублением для руки) всегда представлял себе двухуровневую типологию. Наименьшая единица – тип леса, выделяется аналогично [5] (на основе преобладающей породы и серии типов леса). Серии типов леса (далее – «серии») выделяются на основе обилия групп индикаторных видов [5]. Для каждой серии характерна индикаторная группа с уникальным набором видов. Растительное сообщество может одновременно относиться к одной (истинной) серии или нескольким (переходным) сериям. Истинная серия характеризуется присутствием только одной индикаторной группы с суммарным проективным покрытием травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового яруса 100 %. Показатель истинности серии рассчитывается как мера количественного сходства (коэффициент Чекановского, Эвклидово расстояние и др. [4]) между рассматриваемым растительным сообществом и истинной серией типа леса.

Да что там говорить, я даже серии типов леса выделил:

1. Лишайниковая (ЛШ). Основные индикаторные виды: Arctostaphylos uva-ursi, Carex ericetorum, Cladonia amaurocraea, Cladonia unicalis, Cladina arbuscula, Cladina rangiferina, Cladina stellaris, Cetraria islandica, Licopodium complanatum. Вспомогательные индикаторные виды: Polytrichum juniperinum, Polytrichum piliferum;

2. Кустарничковая (КТ). Основные индикаторные виды: Vaccinium myrtillus, Vaccinium vitis-idaea. Вспомогательные индикаторные виды: Melampyrum pratense;

3. Мелкотравная (МТР). Основные индикаторные виды: Majanthemum bifolium, Trienthalis europaea, Rubus saxatilis, Luzula pilosa, Oxalis acetosella, Pteridium aquilinum. Вспомогательные индикаторные виды: Dryoptheris carthusiana, Linnaea borealis, Melampyrum sylvaticum, Orthilia secunda, Lycopodium annotinum, Platanthera bifolia;

4. Неморальная (НЕМ). Основные индикаторные виды: Melica nutans, Viola riviniana, Carex digitata, Pyrola rotundifolia, Paris quadrifolia, Aegopodium podagraria, Pulmonaria obscura, Stellaria holostea, Actaea spicata, Lathyrus vernus. Вспомогательные индикаторные виды: Veronica officinalis, Veronica chamaedrys, Milium effusum, Dryoptheris filix-mas, Anemone nemorosa, Hepatica nobilis, Galeobdolon luteum, Rhodobryum roseum, Ranunculus cassubicus, Asarum europaeum, Viola mirabilis, Myosotis sylvatica, Galium odoratum;

5. Сфагновая (СФ). Основные индикаторные виды: Carex globularis, Sphagnum girgensohnii, Sphagnum capilifolium, Polytrichum commune, Sphagnum magellanicum. Вспомогательные индикаторные виды: Rubus chamaemorus, Molinia coerulea, Aulacomnium palustre, Sphagnum wulfianum;

6. Багульниковая (БАГ). Основные индикаторные виды: Ledum palustre, Chamaedaphne calyculata, Vaccinium uliginosum, Oxycoccus palustris, Andromeda polifolia, Eriophorum vaginatum, Empetrum nigrum, Drosera rotundifolia, Oxycoccus microcarpus, Sphagnum fuscum. Вспомогательные индикаторные виды: Sphagnum angustifolium, Carex pauciflora, Carex limosa, Betula nana;

7. Долгомошная (ДОЛ). Основные индикаторные виды: Pleurozium schreberi, Hylocomium splendens, Dicranum scoparium, Dicranum majus, Dicranum polysetum;

8. Болотнотравяная (БТР). Основные индикаторные виды: Comarum palustre, Menyanthes trifoliate, Equisetum fluviatile, Carex lasiocarpa, Phragmites australis, Calla palustris. Вспомогательные индикаторные виды: Carex rhynchophysa, Scirpus sylvaticus, Solanum dulcamara, Carex vesicaria, Naumburgia thyrsiflora, Equisetum palustre, Carex acuta, Eriophorum polystachyon, Sphagnum riparium

9. Таволжная (ТАВ). Основные индикаторные виды: Filipendula ulmaria, Geum rivale, Ranunculus repens, Galium palustre, Viola epipsila, Cirsium oleraceum. Вспомогательные индикаторные виды: Caltha palustris, Carex cespitosa, Scutellaria galericulata, Cardamine amara, Impatiens noli-tangere, Chrysosplenium alternifolium, Equisetum pratense, Calliergon cordifolium, Plagiomnium undulatum;

10. Приручейная (ПР). Основные индикаторные виды: Athyrium filix-femina, Dryopteris expansa, Deschampsia cespitosa, Rubus-idaeus, Gymnocarpium dryopteris, Plagiochila major. Вспомогательные индикаторные виды: Phegopteris connectilis, Cirsium heterophyllum, Crepis paludosa, Circaea alpine, Aconitum septentrionale, Plagiomnium medium, Sphagnum squarrosum.

Что у нас тут? Брусничная серия говорите, согласно [5]? А это что? Ах, это тоже брусничная? А это? Позвольте, сударь, может мы прекратим отметать явные различия в увиденном и согласимся с тем, что наша прогулка проходит по кустарничково-лишайниковому типу КТx ЛШy, где x и y просто принимают различные значения?

Нечеткая классификация более достоверно описывает условия произрастания. Так при сравнении серий типов леса и ценозов в координатной системе, где оси означают богатство и влажность (рисунок) видно, что большинство растительных сообществ, которые по старой классификации относятся к «чистым» (лишайниковая, таволжная) на самом деле являются переходными. Ординация произведена по методу [3]. Проективное покрытие основных индикаторных видов принималось больше 8%, вспомогательных – единично.

ramensk
Рисунок. Четкие [5] (серый цвет) и нечеткие серии типов леса соординированные по влажности и богатству почвы.

 

Использование нечеткой типологии дает нехуевые преимущества:

1. Возможность более точного определения и планирования объема необходимых работ.

2. Допустимость менее детального обследования территории, поскольку существует возможность обоснованной интерполяции данных.

3. Возможность более обоснованного утверждения границ проектных решений.

А ведь это только те преимущества,  которые очевидны для любого дегенерата! Я даже молчу о том, что критерий истинности растительного сообщества открывает нам необычные возможности прогноза динамики растительных сообществ как систем с детерминированным хаосом, над чем уже не одно десятилетие бьются геоботаники, экологи и математики разных стран.

— Говно это, а не типология, прокомментировал мой доклад известный геоботаник В.И. Василевич. Он, конечно, человек интеллигентный, выразился мягче, но я сразу понял, что разработал действительно хорошую типологию.

Или вот вам, другой пример. Потребовалось однажды нитку ЛЭП вести через ООПТ [6]. А тогда все дико задрачивались на лобарию пульмонарию и мирику гале. Но восковник в месте проектирования не растет, а вот лишай надо было оберегать всеми силами. Да и кроме него хватало видов, которые требовалось охранить. Нужна была карта на которой сразу бы читался породный состав во всем его многообразии, полнота древостоя, да еще, что-бы карту эту можно было как подложку использовать. Так, что-бы человек смотря на карту сказал, что в этой точке лес гуще и елки больше. Не в абсолютных показателях, их можно и из таксации посмотреть, а именно относительно прилегающих участков.

При такой задаче, обычным планом лесонасаждений можно только жопу подтереть.

четкая

 

И никакие ГИСы (а в то время был только старый добрый ArcView 3.2a) вам не помогут решить эту задачу, пока вы не откроете свое сердце фаззи-множествам и не смиритесь с мыслью о том, что четкость элементов карты может быть не только достоинством, но и недостатком.

Я даже больше скажу: булевы классификации допустимы лишь для качественно различимых объектов. Примение дискретного деления для количественно разнородных объектов в областях, связанных с эксплуатацией природных ресурсов есть экономическое и экологическое преступление. Картограф, проводящий линию обязан нести ответственность не меньшую, чем врач делающий надрез. В следующий раз, когда будете четырьмя точками озеро обклацивать, представьте, что так-же хирург будет вашу опухоль вырезать.

Но все-что связано с природными ресурсами у нас не логично, а упраздненное в 2007 году лесное хозяйство и вовсе парадоксально. У нас квартала квадратные, а выдела имеют форму животных из ЛСД-шного наркотрипа, в то время как должно быть совершенно наоборот! Просто почувствуйте масштабы пиздеца. В сельском хозяйстве, где все на порядок проще, сходные вопросы поднимал, если не ошибаюсь, академик Виноградов, но один хрен за пределы опытных полей Новочеркасского НИИ виноградорства ничего не сдвинулось.

Так что-же делать? Все? Пиздец? Спокойно, товарищи! Это как плавание: для начала перестаньте бояться воды. В нашем случае, перестаньте бояться того, что вы не сможете, указав на карте точку, озвучить абсолютное значение показателя в этой точке. Оно вам нахуй не надо: важно знать, что в этой точке показатель больше чем в соседней. Распределяем цвета по породам, согласно правилам оформления лесотаксационных документов, далее создадим отдельные слои по каждой породе, установив для каждого выдела прозрачность, пропорциональную четверти полноты древостоя в этом выделе. Если распечатать каждый из слоев, получится карта полноты ельников, карта полноты сосняков и т.д. А теперь магия — наложим слои друг на друга.

нечеткая

 

Согласен, выглядит непривычно. Чем ярче цвет — тем гуще лес. Чем чище цвет — тем однороднее состав. Конечно, это только условно нечеткая карта — что поделать, исходные данные накладывают известные ограничения. Сама карта тоже явно требует доработки стиля, однако стоит ли требовать игру актеров от фильма «Прибытие поезда на вокзал Ла-Сьота»?

— Говно это, а не карта, прокомментировал мое творение друг и по совместительству известный в узких кругах геолог. Он, конечно, человек интеллигентный, выразился жестче, но я сразу понял, что разработал действительно хорошую карту.

Жаль только за время жизненных пертурбаций оригинал этой карты исчез, оставив после себя только свою уменьшенную копию:

fuzzymap

 

А парня того, говорят, через пол-года менты в увольнении взяли с целым пакетом травы. И ничего, подержали пару часов и отпустили. Видимо в школах милиции тоже изучают нечеткие множества.

 

Литература:

1. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений / Пер. с англ.— М.: Мир, 1976.— 167 с.;

2. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения: Пер. с англ. / Под ред. Р.Р. Ягера. – М.: Радио и связь, 1986, — 408 с.;

3. Раменский Л.Г., Цаценкин И.А., Чижиков О.Н., Антипин Н.А. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову – М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1956, 472 с.;

4. Словарь понятий и терминов современной фитоценологии / Б.М. Миркин, Г.С. Розенберг, Л.Г. Наумова. – М.: Наука, 1989. – 223 с.;

5. Федорчук В.Н., Нешатаев В.Ю., Кузнецова М.Л. Лесные экосистемы северо-западных районов России: Типология, динамика, хозяйственные особенности. – С.-Пб., 2005. 382 с.

6. Материалы комплексного экологического обследования участков территории, обосновывающие внесение изменений в положение о природном комплексном заказнике регионального значения «Лисинский». — С.-Пб., 2011. 159 с.