Хрвойе Лукатела: Геодезистите правим лоботомия на света

Откривателят на точката Немо за компютрите и съвременния свят

Петък, 22 Януари 2016

През 1992 г. хърватско-канадският инженер Хрвойе Лукатела изчислява къде е точката, отстояща на най-голямо разстояние от три най-близки крайбрежни континентални линии. Точката е наречена Немо, а координатите й са 48°52.6′ южна ширина и 123°23.6′ западна дължина. Тя отстои на 2688 километра от тройката земни точки – о. Дуче на север, Моту Нио на североизток и леденият остров Махер на юг до Антарктида.

На младини Лукатела работи за IBM, по-късно заминава за Северна Америка и продава патент на Microsoft.

Днес си говорим за компютрите, за европейското образование по геодезия, за Джеферсъновите заснемания, за Хипарх и ГИС на древния свят, за литературата на Жул Верн и Омир, за Кенеди и посланието му към берлинчани, за JesuisParisienи за заплахите в съвременния свят и за бъдещето на геодезията.

- Разкажете ни малко за себе си. Как геодезист, възпитаник на университета в Загреб през 1971 г., започва да работи за една от най-големите и проспериращи компании IBM и успява да продаде едно от изобретенията си на Microsoft?

- Завърших Геодезическия факултет към Университета в Загреб през пролетта на 1971 г. След кратка работа на терен за кадастъра, хидрорегулацията и други подобни проекти, воден най-вече от любопитството, в някакъв момент се оказах да решавам "тест за абстрактно мислене" на компанията IBM от онези години за набиране на кадри, които да работят в областта на технологиите и компютрите. Говорим за времената отпреди каквото и да е било знание да е достъпно чрез компютрите.

Всичко изглеждаше толкова ново и интересно, че дори и не се замислих сериозно преди да се сбогувам с геодезията и да започна да работя като инженер към IBM. Работата ми се заключаваше главно в "обработката на данни" – още един овехтял термин. Изглеждаше, като че никога не бих отново практикувал геодезия, картография или кадастрално заснемане.

Всичко това в контекста на бивша Югославия. Първите години на моя професионален живот съвпаднаха с влошаването на политическата и на икономическата обстановка особено в Хърватия. Краткият период на либерализация, известен като Хърватската пролет, бе смазан напълно от комунистическото правителство на Тито в Белград точно в годината на дипломирането ми в университета.

Нещата изглеждаха твърде мрачни за млад, наскоро омъжен хърватски инженер. Не отне много време да покълнат семената на идеята да се преместим – може би първоначално само за няколко години в САЩ или Канада. Така през декември 1973 г. се приземихме в Торонто.

- Трудно ли започнахте от нулата в Канада?

- Независимо колко беше гостоприемна Канада през онези години, за по-голямата част от чуждестранните специалисти беше наистина доста трудно. Но бях късметлия: работа "с компютри" бе нещо толкова ново, а търсенето на всеки компетентен индивид – толкова голямо, че бях взет на работа на практика още от деня на пристигането ни. И дори нещата потръгнаха още по-добре: докато в Загреб и с IBM можех да работя само най-общо с компютри, то в Торонто бързо намерих интересно място в екип, който разработваше най-модерния в целия свят тогава софтуер за компютърни геодезически корекции. Тогава за първи път у мен проблесна идеята за отдалечаване от Гаусовия подход за изчисляване на основните геодезически положения (Първа и втора геодезически задачи, решаване на две геодезически засечки и т.н.) и изнамиране на нещо по-подходящо за пресмятане с компютър.

- Имахте ли възможност да работите като геодезист в Канада? Подготвен ли бяхте за такава работа? Какво отличава канадската кадастрална система от останалите в света? От тези в Европа например?

- В тези ранни години в Канада съм работил съвсем малко кадастрални дейности: малко работа за кадастъра на покрайнините и по един интересен проект, свързан с астрономически наблюдения, на компания от Торонто, която работи в Саудитска Арабия. Геодезическото инженерно образование, което получих в Загреб, бе много по-добро от всички типичните курсове на университетско ниво, предлагани във всички университети навсякъде в Северна Америка. Всъщност, по онова време висшите инженерни геодезически училища на континента са две: Държавният университет в Охайо и университетът на Ню Брънзуик в Канада.

Има обаче нещо важно, свързано с кадастъра и картографията на Северна Америка, което забелязах още тогава. Огромни райони, особено в западната част от континента, е трябвало да бъдат заснемани и парцелирани за земеделски земи съвсем наскоро – само преди някакви си сто, сто и петдесет години. По това време централните европейски страни вече са били развили кадастър на цялата си територия, който е бил технически точен, съдържал е интегрирани мрежи за контрол и е включвал границите на отделните поземлени имоти.

В сравнение с европейските, така наречените Джеферсънови заснемания може да изглеждат примитивни, но не трябва да се пропуска, че голямо количество от работата на терен е завършена през само за няколко десетилетия, при неблагоприятни политически условия и от новоизпечени „геодезисти” и непрофесионалисти без абсолютно никаква теоретична и практическа подготовка. Въпреки това работата е била свършена и резултатът е доста добър. Но човек не може да избяга от очарователния факт, че по същото време Карл Фридрих Гаус е бил зает с триангулацията на Хановер...

- Да се ​​върнем към компютрите: какъв е този продукт, чиито патент продавате на Microsoft? Защо избрахте името „Hipparchus”?

- С течение на времето експериментирах все повече и повече с разработването на компютърен код, който се отклонява от традиционните методи за решаване на основните геодезически изчислителни проблеми.

Става дума за обикновено диференциално уравнение, което описва някои геометрични качества на елипсоида, а след това същото диференциално уравнение се разширява в непрекъснат полином, описващ нарастващите степени на ексцентрицитета. За даден "размер" на задачата (например, дължината на ръб) се взимат само тези стойности, които влияят на някои предефинирани стойности, и получените математически формули се ползват за ръчно изчисление или са превърнати в компютърен код.

Въпреки това, ако изчислението се извършва чрез компютър, работещ с ъгловите стойности на ширината и на дължината, развитието на ексцентрицитета на елипсода в прогресия не е най-добрият начин да се получи числено решаване на тези диференциални уравнения.

Много по-добре е да се използват отделни итеративни алгоритми, които, ако са правилно конструирани, дават резултати с всяка желана точност. Така търсената точност може да се определи не преди да е написан компютърния код, а по време на изпълнението на изчислението. В допълнение, изчисления с ъглови стойности на географска ширина и дължина се извършваха бавно на компютър, тъй като трябва да се пресмятат тригонометрични функции.

Много по-добре е елипсоидът да бъде представен като нормален и да се ползва векторна алгебра вместо тригонометрия. Между другото, същият метод на изчисление е приложим за решаване на основните проблеми, свързани с небесната механика: например изчисляване на позицията на спътник като функция на времето, както постулира Вторият закон на Кеплер. Спирам да ви досаждам с тези подробности, но те могат да бъдат намерени сред техническите документи в интернет страницата: www.lukatela.com/hrvoje/papers.

И така продуктът Hipparchus Library е компютърно кодирана библиотека на основните геодезически алгоритми, както и на векторната алгебра, свързана с тях. Заедно те правят възможно построението на "round-world" (на кръглия свят) географски информационни системи (ГИС), т.е. на системи за пространствени данни, които не са изработени в някаква произволна декартова равнина, а в непрекъснати глобални елипсоидни координати. Хипарх, древногръцкият астроном и математик, е първият, който заговаря за система от ширини и дължини: което е числен израз на местоположението на точката не просто на ограничено парче земя, а в непрекъснатата безгранична повърхност на планетата ни. Може би да говорим за ГИС е твърде пресилено, но бихме могли да кажем, че древните са познавали два вида географски информационни системи: египетска – на плоската Земя, която е подходяща за развитието на земеделието по делтата на Нил; и гръцка – на кръглия свят, подходяща за навигацията в безкрайните морета. Всички компютърни ГИС-ове на наши дни започват от плоската земя и се трансформират бавно и с голямо нежелание от страна на техните попечители в системи от кръглия свят.

- Ставате особено известен през 1992 г., когато изчислявате местоположението на точката Немо. Кой се нуждае от нея? Защо Немо? Nemo на латински значи никой. Кой е Кръстникът на точката?

- Известен може би не е точната дума, защото тя е резервирана за популярни артисти, добри спортисти, бизнесмени и бизнесдами, успешни и недотам политици. Така че да кажем, че скромната ми популярност се дължи не на моя експериментален нов метод за числени решения на диференциални уравнения, свързани с елипсоида, а на описанието на „никому ненужен” географски фрагмент. Шумотевица, често случваща се в попкултурата днес, благодарение на интернет пространството.

Капитан Немо е главен герой на най-известния роман на Жул Верн „Двадесет хиляди левги под водата”, който е, да цитирам от интернет страницата на www.geocuriosa.com: „Романтична смесица от морски приключения, технологично вълшебство и безстрашна устойчивост на Британската империя. Такива герои като капитан Немо са склонни да останат незаличими обитателите в паметта на онези, познали ги от литературата в младостта си.”

Същият екземпляр на книгата на Жул Верн, на чиито страници като ученик за първи път срещнах Немо, е оцелял и до днес след над шейсет години и безброй премествания, и стои на лавицата ми до пълния набор от „Handbuch der Vermessungskunde” (Учебник по геодезия – бел. прев.) на Вилхелм Йордан, „Geodesy" (Геодезия) на Ги Бомфорд и "Geodetic Astronomy" (Геодезическа астрономия) на Иван Мюлер. Героят на Жул Верн Немо изумява света, плавайки по седемте морета, без да стъпи на сушата отново. Затова ми се стори подходящо името Немо за тази точка в световния океан, която е най-отдалечена от всяка суша.

- Има твърде много литература и много митология около тази точка на капитан Немо и „Двайсет хиляди левги под водата”. Защо все пак трябваше да се изчисли и били ли сте на нея?

- Да се върнем за малко назад.

Освен математическите функции, които се справят с геометрията на елипсоида, моят софтуер Hipparchus Library изисква твърде много компютърен код, който обикновено се описва като software development scaffolding: компилаторът съдържа предефинирани примери за използването на различни библиотечни функции, генериране на тестове и отстраняване на грешки от данни и прочее. За да бъде наистина полезен, този софтуер трябваше да дава картографска продукция на монитора на компютъра. Приятелите ми знаеха, че винаги съм бил нащрек за решаването на интересни географски проблеми с Hipparchus Library.

Приятел програмист, свързан с Woods Hole Oceanographic Institution, чул, че океанографите често спекулират, докато си бъбрят, за точното местоположение на най-отдалечената от сушата точка в световния океан, и ми сподели за този казус. Същият въпрос ми постави и Ник Крисман, тогава професор по картография и ГИС в Университета на Вашингтон. По едно и също време в електронната ми поща пристигнаха два имейла с едно и също съдържание! Тогава разбрах, че този глобален геометричен проблем ще даде интригуващ пример за ползване на програмата ми Hipparchus Library.

За истинския геодезист обаче проблемът изисква определена строгост при решаването: максималните разстояния до най-близките три точки на сушата трябваше да бъдат изчислени с елипсоидна геодезия, а не само приблизителните дължини на идеалния кръг.

И така няколко дена след имейлите в пощата имах готов и този пример, с видим картографски резултат да бъде включен в Hipparchus Library. Не му придавах особен смисъл, но като добавка към кода на продукта, създадох и гореспоменатата страница с описание на проблема и решението му.

За моя голяма изненада, това веднага привлече вниманието на различни сърфиращи из интернет хора: от моряци и любители на природата до много ентусиасти, привлечени от идеята за възможно най-отдалечена точка от баналната и дразнеща реалност по някакви собствени причини.

Никога не съм бил там. Плавал съм само през Атлантика и в Средиземноморието. Кой знае дали ще стигна Немо с платноходка... Може да се появи млад и силен капитан, готов да направи обиколка на южната част на Тихия океан, като търси стар и жилав екипаж. Кой знае...

- Освен Хипарх, геодезическата ви фирма е кръстена Geodyssey Limited - на Одисей. Защо?

- Може би заради моя европейски корен, защото съвременната погълната от собствената си култура Северна Америка не се интересува много от Античността. Името на фирмата, "Geodyssey", идва от моя приятел и партньор Джон Ръсел, още през 90-те години. Сред най-великите на Античността, Одисей е в дъното на класацията ми на онези, на които се възхищавам, защото е алчен и хитър морски грабител, с един сляп, но изключително талантлив рекламен агент Омир. Но така името на компанията ни се помни лесно.

- Какви други точки на Земята са важни за вас, но са малко познати?

- На младини имах късмет да кача някои планини на източния бряг на Гренландия. Красотата е спираща дъха: стръмни, вкочанени от лед планини, с остри ръбове и отвесни стени, с фрезовани ледникови фиорди сред океана с плаващи късове лед от една страна, и безкрайна, предимно равна ледена земя от другата. Когато се качихме там през 1971 г., преживяхме месец на невероятно усещане за пълно откъсване от от човечеството – нещо, недостъпно днес за съвременните експедиции, оборудвани с мобилни и сателитни телефони.

- А кой наследи Hipparchus Library? Софтуерът е направена през 1987 г. - в началото на изчислителни ера. Как ще изглежда днес?

- Продадохме софтуера на Microsoft. Те включиха различни части от технологията в собствени продукти, обработващи пространствени данни продукти, но така и не направиха един продукт като Hipparchus Library за разработчиците на софтуер. След като изтекоха правата на компанията Microsoft, реших отново да се посветя на елипсоидната геодезия вместо ъгловите размери на ширина и дължина. Резултатите са на лице, а продуктът е наречен "Globecalc", и може да бъде видян на www.globecalc.com.

- Докъде сме стигнали днес с технологиите и науката?

- Не мисля, че докъдето трябва да бъдем. Почти безкрайна тема. Ще спомена само едно специфично противоречие: така наречените закони за "интелектуалната собственост". Говоря конкретно за патентите, а не за търговските тайни и законите за авторското право.

Днес разполагаме с неприлично скъпа Северно-американска съдебна индустрия за интелектуална собственост, която смуче от живота от нови, иновативни предприятия. Същевременно грешките при патентите са оставени да бъдат оправяни от съда, в комбинация с политически натиск и силно манипулирано обществено мнение за предполагаемото "значение на глобализацията върху правата на интелектуална собственост".

- Каква трябва да е ролята на геодезистите в компютърните технологии и на компютърните технологии в живота на геодезистите?

- Интересен въпрос. Можете да намерите отговора ми донякъде изненадващ: наистина няма граница между двете. Проектирането на специфичен компютърен софтуер за дадена инженерна дисциплина не е някаква Вуду магия, а неразделна част от инженерството.

Цялата областта на компютърното картиране и ГИС са възникнали в Харвардската лаборатория по компютърна графика и пространствен анализ в края на 60-те години – имената са познати: Ник Крисман, Джефри Дътън и т.н. Никой измежду тези пионери не е имал академична подготовка по геодезия. Те бяха брилянтни, но стъпиха върху идеята за плоската Земята при картирането и ГИС (пример за това е дядото на всички програми SYMAP). Всички институти по геодезия, които познавам днес, преподават софтуерно инженерство или програмиране – като част от енциклопедичността на геодезистите. Предполага се, че завършилият геодезия ще бъде потребител, а не създател на GIS компютърни приложения.

Сегмент от нашия занаят - пресмятане на грешките или диференциалната геометрия на елипсоид от времето на Гаус, вече не е част от геодезията.

- Работил сте за IBM, консултирал сте Shell, Microsoft, Motorola са сред вашите клиенти. Какво се иска, за да работи човек в такива големи компании?

- Както се казва: „Приятно, но за кратко...” Поглеждайки назад, не тъгувам за тези големи мултинационални гиганти. Всеки от нас има различно разбиране за баланс между сигурността и свободата. В началото на кариерата ми допринесоха за моя опит, а в края – ме научиха да знам добре към какво принадлежа и какво трябва да избягвам.

- Смятате ли се за човек от Балканите?

- Разбира се. Балканите и Леванта! Например, бях активен в малкия и очевидно неуспешен конгломерат на хора, които бяха против хърватския референдум за присъединяването към ЕС. Нашето колективното чувство за принадлежност към Балканите бе помрачено от дългите години на югославска хегемония и потисничество. Тъй като проблемите на ЕС растат и се размножават, ние, хърватите, трябва да погледнем мъдро на юг и на изток. По-мъдро от 1918 г. или от 2012 г.

- Били ли сте някога в България?

- За съжаление не съм. Но София е на по-малко от осемстотин километра от Загреб, най-много два дена път с мотор. След вашия въпрос – пътуването до България влезе в списъка ми със задачи.

- Да се върнем към Жул Верн и книгата му „Двадесет хиляди левги под водата“ от 1870 г., която освен всичко, оставя и в новата история пример за съпричастност. Именно героят на Жул Верн първи стига до идеята „Аз съм...”, подета по-късно от американския президент Джон Кенеди на 26 юни 1963 г., който в разделен Берлин казва: „Ich bin ein Berliner”, а днес хората по света се обединиха под мотото Je suis Parisien. Кои са най-големите заплахи пред Земята според вас?

- Има много заплахи, а ние ги игнорираме. Те не са, както е модерно да се прокламира, промените в околната среда, причинени от човешка дейност.

Заплахата е поведението ни един към друг и дори повече, много повече, поведението между народите. Заплахата е, че повече от всичко друго упорито отказваме да приемем една проста истина: не може да има мир, ако няма справедливост. Ако кажа Je suis Parisien, трябва първо да декларирам съчувствие към страдащите в Афганистан, Конго, Газа, Сирия или Пакистан, към коренното население в Мексико, Бразилия и Австралия, към далитите в Индия... Накратко към милиони човешки същества, чиито нещастни лица няма да попаднат върху екраните на телевизорите или по първите страници на лъскавите списания. За разлика от Париж.

- Какво е бъдещето на геодезията?

- Измерваме ъглите и разстоянията на безкрайната кръгла повърхност на планетата, после пресмятаме малко и проверяваме дали е възможно да сплескаме, да направим лоботомия на този безценен кръгъл свят в някаква си картографска проекция. С малки изключения, целият този обем от данни после е усукван, изкривяван с неточни изчисления.

Ако данните са в цифрова база данни и изчисленията се извършват от компютри, а не от човек, няма никаква пречка това да не се прави по естествен геодезически начин. Тогава трансформацията на данни в картографска равнинна система става само с една единствена цел: визуализация.

Ние сме на ръба на пословичната смяна на парадигмата. Ще видим много други промени в геодезията на бъдещето, особено при автоматизацията на събирането на входните данни.

- И накрая, кой ви е вдъхновявал в работата.

- Спомням си с голяма симпатия за Франьо Браум - моя професор по фотограметрия в университета в Загреб. По много различни причини никога не съм имал възможност да практикувам тази дисциплина, но тези лекции бяха от голямо значение в развитието на уменията, необходими за възприемането на пространствените връзки не само като геометрия, но също като алгебричен резултат. Умението да опише триизмерното пространство с цифри, а не само с рисунки, се оказа много ценно по-късно в моя геодезическа инженерна кариера.

mrEllipse Custom

Ротационен елипсоид:

x*x*b*b + y*y*b*b + z*z*a*a = a*a*b*b

а: Голяма полуос(O-A), (F-B)

b: Малка полуос (O-B)

h: Наделипсоидна височина (P-R)

f: Фокусно разстояние (O-F)

f = a*a - b*b = (a + b)*(a - b)

Ширина и дължина:

s: Синус от ширината

c: Косинус от ширината

p: Синус от дължината

- Косинус от дължината

s = kn

c = SQRT(in*in + jn*jn)

p = jn/c

q = in/c

Косинуси на нормалата:

in = c*q

jn = c*p

kn = s

Косунуси на първия вертикал:

ip = -s*q

jp = -s*p

kp = c

Тангена на геоцентричната ширина:

z/x = (s*b*b)/(c*a*a)

            t: Тангенциалана равнина (T-P)

t = -SQRT(a*a*c*c + b*b*s*s)

g: Нормален междуосов сегмент (E-N)

g = f/t

o: Първи вертикал free term (O-T)

o = g*s*c

n: Радиус на първия вертикал (N-P)

n = (a*a)/t

l: Нормална екваториална дълбочина (E-P)

l = (b*b)/t

m: Радиус на меридиана

m = (n*l)/t

r: Геометрично среднотежестно (n, n)

r = (n*b)/t

Координати на пара-центъра (T)

u = g*s*s*c*q

v = g*s*s*c*p

w = -q*s*c*c

Координати на точката от повърхнината(P):

x = (n + h)*c*q = u - in*t

y = (n + h)*c*p = v - jn*t

z = -q*s*c*c = w - kn*t

Прочетена 1193 пъти

"Първа отговорност на всеки гражданин е да оспорва властта."

Бенджамин Франклин

Редакцията не носи отговорност за съдържанието на коментарите. Призоваваме ви за толерантност и спазване на добрия тон.


Условия за ползване на коментарите

geomax l

Baner GEOPORTAL

Със съдействието на Камарата на инженерите по геодезия и Асоциацията на геодезическите фирми

 

Връзка с нас

map

Списание ГЕОМЕДИЯ

Всичко за геодезията

София 1303
ул. "Св. Св. Кирил и Методий" 146,
ет. 3, ателие 6; тел: 02/ 831 90 01;
e-mail: geomedia@abv.bg
office@geomedia.bg

Банкова сметка

ЕИК 175378844
Банкова сметка
Уникредит Булбанк, клон Европа
BIC - UNCRBGSF
IBAN - BG74UNCR 7000 1500 6707 03
ISSN - 1313-3365

Абонамент

27 лв. за една година

15 лв. за половин година

Свържете се с нас, ако искате да се абонирате.