Понятие «пространство» занимает одно из центральных мест в философских науках, в которых оно понимается как объективная реальность, форма существования материи, характеризующаяся протяженностью и объемом. Существует огромное количество разновидностей пространств, в том числе воздушное пространство, космическое пространство, Евклидово пространство, географическое пространство, информационное пространство и др. Центральное место в системе наук о Земле занимает географическое пространство, которое в работе определяется как «форма существования географических объектов и явлений в пределах географической оболочки; совокупность отношений между географическими объектами, расположенными на конкретной территории и развивающимися во времени».
С развитием теории информации ученые стали отдельно выделять и изучать информационное пространство. Информационное пространство представляет собой совокупность объектов, вступающих друг с другом в информационное взаимодействие, а также сами технологии, обеспечивающие это взаимодействие. Информационное пространство образуется информационными ресурсами, средствами информационного взаимодействия и информационной инфраструктурой. Информационное пространство имеет своим центром субъект, который в процессе своей деятельности создает информацию, присваивает ее, накапливает и передает. Таким субъектом может выступать человек либо социальная группа, а также компании, органы государственного управления, ― все, кто в ходе осуществления деятельности использует возможности современных информационных технологий, но, в любом случае, информационное пространство не может существовать без деятельности человека.
Дальнейшее развитие географии и информатики в конце XX – начале XXI вв. привело к появлению возможности работы с географической информацией с помощью компьютерных информационных технологий. Начала развиваться новая наука — геоинформатика, объектом изучения которой стали географические информационные системы (ГИС). Постепенно с помощью геоинформационных систем были созданы электронные и цифровые карты, различные базы и банки геоданных, трехмерные модели окружающего пространства. Таким образом начало формироваться геоинформационное пространство (ГИП).
ГИП определяется как совокупность геоинформационных моделей территорий, массивов пространственных данных о территории, представленных в двумерном и трехмерном видах, охватывающих наземное, подземное и надземное пространство, связанных между собой единой координатной основой, позволяющей отображать и обрабатывать пространственные объекты одновременно из разных массивов данных любых масштабов, включая массивы тематических данных различных пользователей.
Отмечается, что геоинформационное пространство является моделью реального геопространства и предназначено для использования в автоматизированных системах инвентаризации, проектирования, навигации и управления, в том числе в ГИС. Оно образовано совокупностью геоданных, геоинформации и формируемыми на их основе геоинформационными моделями. Кроме того, отмечается, что геоинформационное пространство является цифровым описанием совокупности частных представлений изучаемого геопространства, созданных человеком в компьютерной среде и предназначенных для компьютерного использования при решении пространственных задач и выработки пространственных решений.
Геоинформационное пространство является не просто хранилищем информации, но и представляет механизмы для ее переработки. ГИП должно содержать унифицированные интерфейсы доступа для интеграции в однородную систему разнородных массивов данных, а также защиту информации, являющейся коммерческой тайной.
К основным функциям ГИП относят функции, связанные с обработкой геоинформации: прием, накопление и хранение базовой геоинформации о земных объектах, процессах и явлениях, которая имеет привязку к единой координатной основе и представлена в унифицированном виде; прием, накопление и хранение дополнительной (атрибутивной) информации в единых форматах об объектах, процессах и явлениях, расположенных или происходящих на определенной территории; проведение непрерывного мониторинга и обновление геоинформации о территории в базах геоданных; осуществление поисковых запросов по территориальному и/или тематическому признаку.
В техническом и информационном аспектах геоинформационное пространство должно представлять собой глобальную географическую информационную систему, включающую банк данных на территорию субъекта Федерации, Федерального округа или государства в целом. Геоинформационное пространство должно включать в себя специальную программную оболочку и объемный комплекс структурированных массивов информации разного вида: текстовой, табличной, графической, картографической, диаграммной, звуковой, фото, аэро- и космических снимков, видео. Сочетание большого объема информации с многообразием форм ее представления определяет новые возможности ее применения в различных сферах деятельности.
Геоинформационное пространство должно предоставлять пользователям и информационным системам по запросу уникальную ГИС-функциональность: пространственный анализ, 3D-моделирование, построение пространственных моделей, создание тематических карт специального назначения, предоставление геостатистических данных, создание картографических отчетов.
В техническом и информационном аспектах геоинформационное пространство представляет собой совокупность пространственных информационных систем на разных территориальных уровнях. Как инструмент для решения пространственных задач, ГИП является основой для принятия решений на различных уровнях: муниципальном, региональном, государственном, межгосударственном, глобальном.
Геоинформационное пространство может быть муниципальным, если оно формируется на территории одного муниципального образования (города). В масштабах региона (района) государства оно может быть региональным. Далее идет уровень одного государства, на котором можно организовать государственную (или национальную) ГИП. Наконец, ГИП может быть межгосударственным или глобальным в рамках нескольких государств, континентов или всех стран. Масштаб ГИП непосредственно влияет на возможности ее использования, а также задает типы моделей, применяемых для реализации геоинформационного пространства.
Геоинформационное пространство, ориентированное на определенную территорию, предназначено для массового пользователя, например органов местного самоуправления, коммерческих структур, различных организаций и учреждений, широкого круга граждан и юридических лиц, а также международных и иностранных организаций, фирм, граждан других государств, а также всех жителей округа.
Использование геоинформационного пространства отдельными отраслями экономики и частным бизнесом возможно в качестве инструмента для проектирования и построения сети различных видов коммуникаций (сеть опорных точек для размещения передатчиков сотовой связи, определение прямой видимости между двумя объектами для беспроводной сети), также построения и оптимизации движения авто- и железнодорожного транспорта и т.д.
Таким образом, создание геоинформационного пространства («Цифровая Земля») для разных территориальных уровней, разных сегментов природной среды, разных объектов, процессов, явлений и видов деятельности требует специальных междисциплинарных научных исследований. В рамках этих исследований должны быть разработаны содержание, свойства, параметры и структуры накапливаемой информации, технологии распределенной обработки, управления данными, формирования и использования знаний о геопространстве, многомерного пространственного моделирования, представления в сети Интернет.
В зарубежной литературе учеными-географами используется понятие «виртуальная географическая среда» («virtual geographic environment»); она создается в компьютерной среде в дополнение к реальному географическому пространству. Виртуальная географическая среда (ВГС) представляет собой доступную многим пользователям интеллектуальную виртуальную среду (окружение, пространство), отображающую реальную географическую среду для проведения инженерных изысканий, геопространственного анализа, геовизуализации, поддержки совместной работы, планирования и принятия решений, а также служащую для обучения, географического образования и развлечений.
Виртуальная географическая среда связана с такими технологиями, как ГИС (3D-ГИС), геовизуализация, виртуальная реальность, телекоммуникации, и базируется на положениях теории геоинформатики, касающихся вопросов взаимодействия пользователей и аппаратно-программного обеспечения. ВГС могут быть использованы в качестве инструмента для выполнения географического анализа на совершенно новом уровне, что внесет определенный вклад в человеческое понимание окружающего мира и поможет в решении географических проблем на более глубоком уровне.
Интересна точка зрения авторов работы, по которой ВГС включает в себя географические процессы трех категорий: исторические, современные и экспериментальные географические процессы. Включая исторические географические процессы в ВГС, исследователи могут сравнивать временные изменения в географическом контексте. Очень часто информация, представляющая такие исторические географические процессы, находится на традиционных географических картах или в виде неструктурированных текстов, что сильно затрудняет ее использование в ВГС.
Несмотря на это создаются различные виртуальные модели пространства, которые пока что имеют только функцию наглядного представления трехмерной информации в динамике, но не подходят для выполнения точных расчетов параметров пространства. Современные географические процессы могут быть введены в ВГС с помощью различных датчиков, фиксирующих потоковые данные об окружающей среде в режиме реального времени. Это позволяет создавать виртуальные системы, работающие с актуальными данными и помогающие принимать пространственные решения в настоящем времени.
Экспериментальная виртуальная среда позволяет проводить моделирование различных природных и социальных географических динамических процессов. Это дает возможность исследователям выполнять геопространственный анализ тех процессов, которые потенциально могут происходить в будущем, и формировать определенный прогноз. ВГС отличается от других виртуальных программных продуктов, таких, как «цифровой город», «виртуальное социальное сообщество», «система дополненной реальности», «виртуальные миры» и других подобных сред. Разработка подобных сред направлена в первую очередь на социальное взаимодействие людей, а также визуальное отображение пространственной и атрибутивной информации.
Таким образом, ВГС является виртуальным отражением различных географических процессов, происходящих на территории, и создается для комплексного решения географических задач. Поэтому ВГС изучается с точки зрения географического подхода. В то же время, термин «геоинформационное пространство» предложен в России и не встречается в работах зарубежных авторов. В отличие от ВГС, исследования геоинформационного пространства направлены, прежде всего, на анализ работы самой системы и формализацию процессов, происходящих в ГИП.