7. Верификация модели

Карты являются удобным средством сообщения информации. Их визуальное воздействие таково, что люди принимают изображенное как истинное, не задаваясь вопросами о данных, на основе которых эта карта построена, или методах моделирования, использованных при ее создании. Поэтому не должен вызывать удивления и тот факт, что многие, даже большинство, моделей принимаются как должное, подобно картам. Такое отношение может быть очень опасно для клиента, который может потерять деньги, престиж и даже весь свой бизнес, принимая решения на основе некачественных данных или некорректных комбинаций корректных данных. Это может быть опасно и для поставщика ГИС или консультационной фирмы, которым придется тратить больше времени и средств на судебные тяжбы, чем на создание картографических моделей.

Решением является верификация модели. Существует не так много примеров верификации моделей в практических приложениях и литературе. Это не должно вас удивлять, так как пользователи ГИС не имеют иммунитета против силы графического документа. Часто просто красивая карта выглядит ничуть не хуже, чем корректная карта. Оказавшись на демонстрации приложений ГИС, вы тут же подвергнетесь атаке широким спектром цветов, символов, шрифтов, картинок типографского качества. Не удивительно, что мы тратим гораздо больше времени на создание, нежели на верификацию. Кроме того, нужно немало труда, чтобы получить простой картографический продукт из сложной модели. Все-таки, несмотря на редкость верификации, мало кто не согласится с важностью ее проведения.

Итак, определение. Будем понимать термин "верификация" достаточно свободно, для описания не только корректных, но и полезных моделей. В конце концов, если результаты анализа корректны, но бесполезны, их нельзя назвать продуктом. В пределах этого определения должны получить ответы три вопроса:

1. Действительно ли используемые в модели данные отражают условия, которые мы пытаемся смоделировать?

2. Корректно ли мы скомбинировали факторы модели для представления их реального взаимодействия? Правильно ли описываем или предписываем таким образом процесс принятия решения?

3. Является ли конечный результат приемлемым и/или полезным для пользователей в качестве средства для принятия решений?

Первый вопрос должен рассматриваться еще на стадии ввода данных, но это не всегда возможно. Одной из причин составления блок-схемы модели является выявление недостающих переменных, определение возможности получения адекватного решения на основе имеющихся покрытий. Иногда бывает так, что используемые факторы не дают ожидаемого результата, что может свидетельствовать о неполноте модели или о том, что используемые факторы неадекватно представляют ограничения модели. В этом случае может помочь прогон модели на небольшом подмножестве БД, типичном для всего содержания.

Блок-схема будет очень полезной при поиске недочетов модели, в том числе и для рассмотрения подмоделей, в одной из которых может таиться недостаток, делающий некорректным общий результат. Иногда таким недостатком могут быть устаревшие данные, о чем также следует помнить.

Другой проблемой соответствия элементов модели реальному миру являются недостающие переменные. Всё-таки, ГИС может быть реализована и при отсутствии некоторых переменных. Они могут быть просто недоступны, и потому должны быть исключены из модели, при этом окончательный вариант модели должен указывать, каких факторов не хватает, и явно признавать, что модель не является полной картиной реальности.

В некоторых случаях переменные не отсутствуют, а слишком неясны или плохо определены (для их использования). Они также могут оказаться непространственными по определению, что не позволит поместить их в явно пространственный контекст при отсутствии пространственных представителей.

Вторым вопросом верификации является правильное комбинирование факторов. Прежде всего, нужно выяснить, дают ли аналитические функции ГИС должные результаты на основе известных входных данных. Поставщики многих систем не сообщают конкретной информации о том, как эти результаты достигаются. Разные системы могут давать несколько отличающиеся результаты при выполнении аналогичных операций на одной и той же исходной БД. Возможно, вам тоже понадобится подобное тестирование, хотя в реальной обстановке это вряд ли возможно из-за высокой стоимости приобретения и поддержки нескольких систем, различающихся программно и даже аппаратно. В качестве альтернативы можно предложить создание специальной контрольной БД с известными параметрами для проверки выполнения каждой аналитической операции на приемлемость результатов. Этот подход, как и предыдущий, требует немало времени, поэтому его можно рекомендовать в основном тогда, когда ваши данные очень чувствительны к используемым алгоритмам. На счет составления такой испытательной БД практически нет общих указаний, вам следует полагаться на ваше собственное знание данных и того, как программа должна их обрабатывать. Несомненно, это еще одна причина для приобретения концептуальных знаний функционирования ГИС.

Другая ситуация: вы убеждены в правильной работе всех нужных функций ГИС, но не имеете полной уверенности в том, что все шаги выполняются в правильной последовательности. Чтобы проверить это, вы можете использовать подход обращения процесса, похожий на проверку деления умножением (когда вы умножаете частное на делитель, чтобы получить делимое). В случае картографического моделирования вы можете взять простую БД, и, следуя по блок-схеме от результата к исходным данным, должны получить те покрытия, с которых начинали. Любой шаг, который производит отличающиеся покрытия, становится очевидным. Здесь может пригодиться сохранение промежуточных покрытий, пока результаты модели не получат подтверждения; их можно также использовать, чтобы не запускать модель каждый раз с самого начала.

Намного сложнее вторая часть вопроса: взаимодействуют ли сами факторы таким образом, чтобы адекватно моделировать происходящее в реальности. Здесь нет простого рецепта, можно только сослаться на опыт и интуицию разработчиков. Во многих случаях они знакомятся с моделируемой средой и представляющими ее данными настолько, что любые несоответствия между данными и моделью для них сразу же видны. То же можно сказать и о правильном выборе факторов. Если модель противоречит интуиции, то есть немалая вероятность того, что "здесь что-то не так".

Если отрицается возможность плохих данных или некорректных функций ГИС, то остается только некорректность самой модели. Между прочим, некорректные или неестественные результаты должны, как и в статистическом анализе, приводить к дальнейшему исследованию реального функционирования моделируемой среды. В таком случае ГИС оказывается полезным инструментом для развития науки, а также внедрения в практику ее достижений.

Третья сторона верификации модели связана с полезностью модели в качестве инструмента принятия решений. Здесь важно представление выходной информации. Неадекватная картографическая форма может легко повести пользователя в ложном направлении. Это может случиться, например, когда модель использует цвета, которые обычно подразумевают повышенную значимость или опасность (например, красный) для обозначения малозначительных объектов. Даже если не было намерения присвоить значительный вес неправильно понятому фактору, результатом может стать анализ, приводящий к принятию неправильного решения. Возможен и такой случай: в результате классификации вы выделяете небольшую область повышенной опасности со стороны радиоактивных отходов, игнорируя при этом множество других областей, которые ненамного менее опасны, чем эта.

Важным вопросом является соответствие представления информации задачам клиента. Возможны различные формы вывода, не только карта. В некоторых случаях таблица может оказаться более полезной. Например, если клиентом является владелец газеты, пытающийся увеличить тираж, то полученный в результате список местных жителей, не являющихся подписчиками, будет более полезным для прямого маркетинга, нежели карта распределения тиража. Другим случаем большей полезности таблицы может быть распределение больных с определенным заболеванием по территориальным единицам страны или региона. Некоторым пользователям полезнее будет список территориальных единиц, отсортированный в порядке убывания числа или процента таких больных, нежели карта хороплет. Причиной может быть незнакомство с картографическими методами одних пользователей или желание других иметь численные данные, на основе которых такая карта могла бы быть построена, чтобы обнаружить критические значения.

Возможны и другие формы вывода. Например, при использовании ГИС в службах экстренного реагирования, помимо создания карты с кратчайшим маршрутом к месту происшествия, система может посылать электронный сигнал непосредственно в то отделение службы, которое должно принять вызов. Хотя сегодня это может быть для ГИС несколько экзотической формой вывода, по мере развития техники и спектра клиентов ГИС, она может стать вполне обычной.

Последний рассматриваемый вопрос верификации модели – приемлемость результатов для пользователя. Возможно, клиенту нужен вполне определенный результат, соответствующий его пониманию, предубеждению или политической ориентации. Если клиент дает данные для включения в модель, то ответственность за их качество и качество принятия решений на их основе ложится на клиента. Следует понимать, что ваша работа может использоваться для оправдания принятых решений "задним числом". Поэтому, если вы обнаруживаете негативную оценку клиентом корректных результатов, вы можете попытаться объяснить ему, в Чем его взгляд не соответствует действительности, возможно, используя для этого блок-схему и объяснение работы модели. Согласие заказчика будет положительным результатом этой части верификации модели. Если же он настаивает на получении заданных им результатов, то это уже вопрос профессиональной этики: будете вы "играть заказанную им музыку" или будете более щепетильны в выборе клиентов.

Контрольные вопросы

1. Что такое картографическое моделирование?

2. Что такое картографическая модель?

3. Чем обусловлена необходимость взаимодействия картографических операций друг с другом при картографическом моделировании?

4. Покажите на примере циклический процесс моделирования?

5. Что представляет собой модель изолированного состояния?

6. Для решения каких задач используется модель размещения и назначения?

7. Охарактеризуйте модель гравитации?

8. Для чего применяется модель распространения инноваций?

9. Охарактеризуйте описательные картографические модели?

10. К какому из основных типов картографических моделей относится прогнозирующая модель?

11. Охарактеризуйте предписательные картографические модели?

12. Что такое индуктивное моделирование?

13. Что такое дедуктивное моделирование?

14. Для чего применяется блок-схема моделей?

15. Как происходит и для чего нужна проверка работоспособности модели?

16. Что такое верификация модели и для чего она нужна?

Литература

1.	ДеМерс Майкл Н.	Географические информационные системы. Основы. Пер. с англ.	М.: 1999
2.	Бугаевский Л.М., Цветков В.Я.	Геоинформационные системы	М.: 2000
3.	Технический комитет по стандартизации ТК 394 "Географическая информация/геоматика"	ГОСТ Р 52438-2005 - Географические информационные системы. Термины и определения	М.: 2006