Введение
Геокодирование адреса, или просто геокодирование, — это процесс преобразования текстового описания местоположения, такого как адрес или название места, в географические координаты, чаще всего в пару широты и долготы, для определения местоположения на земной поверхности. Обратное геокодирование, напротив, преобразует географические координаты в описание местоположения, обычно в название места или адресуемое местоположение. Геокодирование опирается на компьютерное представление адресных точек, уличную/дорожную сеть, а также почтовые и административные границы. Геокодировать (глагол): определять географические координаты, соответствующие (местоположению). Геокод (существительное): код, представляющий географическую сущность (местоположение или объект). Как правило, это удобочитаемый и короткий идентификатор, например, номинальный геокод, такой как ISO 3166-1 alpha-2, или геокод сетки, например, Geohash. Геокодер (существительное): программное обеспечение или (веб-)сервис, реализующий процесс геокодирования, то есть набор взаимосвязанных компонентов в виде операций, алгоритмов и источников данных, работающих совместно для создания пространственного представления описательных локационных ссылок. Географические координаты, представляющие местоположения, часто значительно различаются по позиционной точности. Примеры включают центроиды зданий, центроиды земельных участков, интерполированные местоположения на основе диапазонов улиц, центроиды улиц, центроиды почтовых индексов (например, ZIP-коды, CEDEX) и центроиды административных делений.
Address geocoding, or simply geocoding, is the process of taking a text based description of a location, such as an address or the name of a place, and returning geographic coordinates, frequently latitude/longitude pair, to identify a location on the Earth's surface. Reverse geocoding, on the other hand, converts geographic coordinates to a description of a location, usually the name of a place or an addressable location. Geocoding relies on a computer representation of address points, the street / road network, together with postal and administrative boundaries. Geocode (verb): provide geographical coordinates corresponding to (a location). Geocode (noun): is a code that represents a geographic entity (location or object). In general is a human readable and short identifier; like a nominal geocode as ISO 3166 1 alpha 2, or a grid geocode, as Geohash geocode. Geocoder (noun): a piece of software or a (web) service that implements a geocoding process i. e. a set of interrelated components in the form of operations, algorithms, and data sources that work together to produce a spatial representation for descriptive locational references. The geographic coordinates representing locations often vary greatly in positional accuracy. Examples include building centroids, land parcel centroids, interpolated locations based on thoroughfare ranges, street segments centroids, postal code centroids (e. g. ZIP codes, CEDEX), and Administrative division Centroids.
История
Геокодирование — подмножество пространственного анализа географических информационных систем (ГИС) — представляет интерес с начала 1960-х годов.
1960-е годы
В 1960 году первая функционирующая ГИС, названная Канадской географической информационной системой (КГИС), была изобретена доктором Роджером Томлинсоном, который впоследствии был признан отцом ГИС. КГИС использовалась для хранения и анализа данных, собранных в рамках Канадской земельной инвентаризации, которая картографировала информацию о сельском хозяйстве, дикой природе и лесном хозяйстве в масштабе 1:50 000 для регулирования пригодности земель для сельской Канады. Однако КГИС просуществовала до 1990-х годов и так и не была коммерчески доступна. 1 июля 1963 года Почтовое ведомство США (USPOD) внедрило общенациональную систему пятизначных почтовых индексов. В 1983 году были введены девятизначные почтовые индексы +4 в качестве дополнительного идентификатора для более точного определения адресов. В 1964 году Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа разработала новаторский программный код, например, GRID и SYMAP, которые послужили основой для коммерческой разработки ГИС. В 1967 году команда Бюро переписи населения, включавшая математика Джеймса Корбетта и Дональда Кука, изобрела Dual Independent Map Encoding (DIME) – первую современную векторную модель картографирования, которая кодировала диапазоны адресов в файлы уличной сети и включала алгоритм геокодирования "процент вдоль". Алгоритм "процент вдоль", до сих пор используемый такими платформами, как Google Maps и MapQuest, указывает местоположение найденного адреса вдоль опорного объекта в процентах от общей длины этого объекта. DIME предназначалась для использования Бюро переписи населения США и включала точное картографирование кварталов, оцифровку узлов, представляющих перекрестки улиц, и установление пространственных связей. Нью-Хейвен, штат Коннектикут, стал первым городом на Земле с базой данных геокодируемых улиц.
1980-е годы
В конце 1970-х годов разрабатывались две основные платформы геокодирования с открытым исходным кодом: GRASS GIS и MOSS. В начале 1980-х годов появилось множество коммерческих поставщиков программного обеспечения для геокодирования, в частности Intergraph, ESRI, CARIS, ERDAS и MapInfo Corporation. Эти платформы объединили подход 1960-х годов, заключавшийся в разделении пространственных данных, с подходом к организации этих данных в структуры баз данных. В 1986 году Mapping Display and Analysis System (MIDAS) стала первым настольным программным обеспечением для геокодирования, разработанным для операционной системы DOS. Приобретение MIDAS компанией MapInfo вывело геокодирование из исследовательских лабораторий в сферу бизнеса. С тех пор MapInfo была приобретена Pitney Bowes и стала пионером в объединении геокодирования с бизнес-аналитикой, позволяя использовать геоинформацию для решения задач в государственном и частном секторах.
1990-е годы
В конце 20-го века геокодирование стало более ориентированным на пользователя, особенно благодаря GIS-программному обеспечению с открытым исходным кодом. Картографические приложения и геопространственные данные стали более доступными в Интернете. Поскольку метод "отправка-возврат" оказался столь успешным в переписи населения 1980 года, Бюро переписи населения США смогло создать обширную геопространственную базу данных, используя интерполированное геокодирование улиц. Эта база данных, в сочетании с общенациональным охватом домохозяйств при переписи населения, позволила создать TIGER (Топологически интегрированное географическое кодирование и привязка). Содержа TIGER диапазоны адресов вместо отдельных адресов, он с тех пор был реализован практически во всех современных геокодирующих программных платформах. К концу переписи населения 1990 года TIGER "содержал координаты широты и долготы для более чем 30 миллионов пересечений и конечных точек, а также почти 145 миллионов точек, определяющих форму, которые определяли более 42 миллионов сегментов, очерчивающих более 12 миллионов полигонов". TIGER стал прорывом в области геопространственных решений для работы с "большими данными".
2000-е годы
В начале 2000-х годов получила развитие стандартизация адресов с помощью системы поддержки точности кодирования (CASS). Сертификация CASS предлагается всем поставщикам программного обеспечения и организациям, занимающимся массовой почтовой рассылкой, которые хотят, чтобы Почтовая служба США (USPS) оценила качество их программного обеспечения для стандартизации адресов. Ежегодно возобновляемая сертификация CASS основана на кодах пунктов доставки, почтовых индексах и кодах ZIP+4. Использование сертифицированного программного обеспечения CASS позволяет поставщикам программного обеспечения получать скидки на расходы по массовой рассылке и доставке. Они могут повысить точность и эффективность таких рассылок, используя сертифицированную базу данных. В начале 2000-х годов геокодирующие платформы также получили возможность поддерживать несколько наборов данных. В 2003 году геокодирующие платформы стали способны объединять почтовые индексы с данными об улицах, которые обновлялись ежемесячно. Этот процесс получил название "конфляция". Начиная с 2005 года, геокодирующие платформы стали включать геокодирование центроидов участков. Геокодирование центроидов участков обеспечивало высокую точность при геокодировании адресов. Например, центроид участка позволял геокодеру определить центр конкретного здания или земельного участка. Платформы также получили возможность определять высоту конкретных участков. В 2005 году также был представлен номер кадастрового участка (APN). Налоговый оценщик в юрисдикции мог присваивать этот номер объектам недвижимости. Это обеспечивало надлежащую идентификацию и ведение учета. APN важен для геокодирования территорий, охваченных договорами аренды на добычу газа или нефти, а также для индексации информации о налогах на недвижимость, предоставляемой общественности. В 2006 году в геокодирующие платформы были добавлены обратное геокодирование и обратный поиск APN. Это включало геокодирование числовых координат местоположения (долготы и широты) в текстовый, читаемый адрес. В 2008 и 2009 годах наблюдался рост интерактивных, ориентированных на пользователя геокодирующих платформ, таких как MapQuest, Google Maps, Bing Maps и системы глобального позиционирования (GPS). Эти платформы стали еще более доступными для общественности благодаря одновременному росту мобильной индустрии, особенно смартфонов.
2010-е годы
В 2010-х годах поставщики обеспечили полную поддержку геокодирования и обратного геокодирования по всему миру. Облачные геокодирующие API и локальные решения для геокодирования позволили добиться более высокой степени соответствия, большей точности и скорости обработки. Сейчас все большую популярность приобретает идея использования геокодирования для принятия бизнес-решений. Это интеграция процесса геокодирования с бизнес-аналитикой. Будущее геокодирования также связано с трехмерным геокодированием, геокодированием внутри помещений и возможностью получения результатов на нескольких языках для геокодирующих платформ.
Процесс геокодирования
Геокодирование — это задача, требующая использования множества наборов данных и процессов, которые взаимодействуют друг с другом. Геокодер состоит из двух основных компонентов: эталонного набора данных и алгоритма геокодирования. Каждый из этих компонентов включает в себя ряд подпроцессов и подкомпонентов. Без понимания принципов работы этих процессов геокодирования сложно принимать взвешенные бизнес-решения, основанные на геокодировании.
Входные данные
Входные данные — это описательная текстовая информация (адрес или название здания), которую пользователь хочет преобразовать в числовые пространственные данные (широта и долгота) с помощью процесса геокодирования.
Классификация входных данных
Входные данные классифицируются на две категории: относительные и абсолютные.
Относительные входные данные
Относительные входные данные — это текстовые описания местоположения, которые сами по себе не позволяют получить его пространственное представление. Такие данные выдают относительный геокод, который зависит и географически привязан к другим опорным местоположениям. Примером относительного геокода является интерполяция адресов на основе площадных объектов или линейных векторов. "Напротив Эмпайр-стейт-билдинг" — пример относительных входных данных. Искомое местоположение невозможно определить без идентификации Эмпайр-стейт-билдинг. Геокодирующие платформы часто не поддерживают такие относительные местоположения, но в этом направлении наблюдается прогресс.
Абсолютные входные данные
Абсолютные входные данные – это текстовые описания местоположения, которые сами по себе позволяют получить пространственное представление этого местоположения. Этот тип данных выдает абсолютное известное местоположение, не зависящее от других местоположений. Например, почтовые индексы USPS, почтовые индексы USPS+4, полные и частичные почтовые адреса, почтовые ящики USPS, сельские маршруты, города, округа, перекрестки и названия географических объектов могут быть указаны в источнике данных абсолютно. Когда существует значительная вариативность в способах представления адресов – например, из-за избытка или недостатка входных данных – геокодеры используют нормализацию и стандартизацию адресов для решения этой проблемы.
Интерполяция адресов
Простой метод геокодирования — интерполяция адресов. Этот метод использует данные из уличной географической информационной системы, в которой уличная сеть уже представлена в географической системе координат. Каждому участку улицы присваиваются диапазоны адресов (например, номера домов от начала до конца участка). Геокодирование принимает адрес, определяет улицу и конкретный участок (например, квартал, в городах, использующих квартальную систему). Затем геокодирование интерполирует положение адреса внутри этого диапазона вдоль участка.
Другие методы
В сельских районах или других местах, где отсутствуют высококачественные данные об уличной сети и адресации, GPS полезен для определения местоположения. В случае дорожно-транспортных происшествий, геокодирование до перекрестка улиц или середины участка улицы является подходящим методом. Большинство автомагистралей в развитых странах оснащены километровыми столбами для помощи в экстренном реагировании, обслуживании и навигации. Также возможно использовать комбинацию этих методов геокодирования, применяя определенный метод для конкретных случаев и ситуаций, а другие – для иных. В отличие от геокодирования структурированных почтовых адресов, карты топонимов сопоставляют названия мест в неструктурированных документах с их соответствующими пространственными границами. Коды мест предлагают способ создания цифровых адресов там, где информация отсутствует, используя спутниковые снимки и машинное обучение, например, Robocodes. Natural Address Codes – это запатентованная геокодовая система, способная адресовать любую область на Земле или объем пространства вокруг Земли. Использование буквенно-цифровых символов вместо десяти цифр делает NAC короче, чем его числовой эквивалент широты/долготы. Военная система координат – это геокоординационный стандарт, используемый вооруженными силами НАТО для определения местоположения точек на Земле. Универсальная поперечная проекция Меркатора – это система проекций карт для присвоения координат местоположениям на поверхности Земли. Система определения местоположения "Мейденхед" популярна среди радиолюбителей. Всемирная географическая система отсчета (GEOREF), разработанная для глобальных военных операций, была заменена текущей глобальной системой отсчета районов (GARS). Open Location Code или "Plus Codes", разработанный Google и переданный в общественное достояние. Geohash – система общего доступа, основанная на кривой порядка Мортона Z. What3words – запатентованная система, кодирующая координаты GCS в псевдослучайные наборы слов путем деления координат на три числа и поиска слов в индексированном словаре.
Natural Address Codes are a proprietary geocode system that can address an area anywhere on the Earth, or a volume of space anywhere around the Earth. The use of alphanumeric characters instead of only ten digits makes a NAC shorter than its numerical latitude/longitude equivalent. Military Grid Reference System is the geocoordinate standard used by NATO militaries for locating points on Earth. Universal Transverse Mercator coordinate system is a map projection system for assigning coordinates to locations on the surface of the Earth. the Maidenhead Locator System, popular with radio operators. the World Geographic Reference System (GEOREF), developed for global military operations, replaced by the current Global Area Reference System (GARS). Open Location Code or "Plus Codes," developed by Google and released into the public domain. Geohash, a public domain system based on the Morton Z order curve. What3words, a proprietary system that encodes GCS coordinates as pseudorandom sets of words by dividing the coordinates into three numbers and looking up words in an indexed dictionary.
Исследования
Исследования представили новый подход к управлению и аспектам знаний в геокодировании, используя агентно-ориентированную парадигму. Помимо новой парадигмы геокодирования, были разработаны дополнительные методы коррекции и алгоритмы управления. В рамках данного подхода географические элементы, обычно встречающиеся в адресах, представлены в виде отдельных агентов. Это обеспечивает единообразие и двойственность в управлении и географическом представлении. Помимо научных публикаций, новый подход и последующий прототип получили освещение в национальных СМИ Австралии. Исследование проводилось в Университете Кертина в Перте, Западная Австралия. С недавним прогрессом в области глубокого обучения и компьютерного зрения был предложен новый рабочий процесс геокодирования, использующий методы обнаружения объектов для непосредственного извлечения центроида крыш зданий в качестве результата геокодирования.
Применение
Геокодированные местоположения полезны для множества ГИС-анализов, картографии, рабочих процессов поддержки принятия решений, создания комбинированных сервисов и интеграции в более масштабные бизнес-процессы. В сети Интернет геокодирование применяется в сервисах маршрутизации и локального поиска. Геокодирование, наряду с GPS, предоставляет данные о местоположении для геотегов, добавляемых к медиафайлам, таким как фотографии или RSS-ленты.
Проблемы конфиденциальности
Распространение и простота доступа к геокодированию (и обратному геокодированию) вызывают опасения относительно конфиденциальности. Например, при картографировании преступлений правоохранительные органы стремятся сбалансировать право на частную жизнь жертв и правонарушителей с правом общественности на информацию. Правоохранительные органы экспериментировали с альтернативными методами геокодирования, позволяющими им скрывать часть информации о местоположении (например, конкретные данные об адресе, которые могли бы привести к идентификации жертвы или правонарушителя). Помимо этого, предоставляя общественности онлайн-карты преступности, они также размещают заявления об ограничении ответственности в отношении точности местоположения точек на карте, признавая использование этих методов сокрытия местоположения и устанавливая условия использования информации.