Структура ГІС і класифікація

Обов’язковими елементами більш менш повного визначення ГІС слід вважати вказівку на "просторовість", операційно-функціональні можливості та прикладну орієнтацію систем.

Вважається, маючи на увазі ГІС професійно-географічної направленості, що просторовість є необхідною умовою для кваліфікації певної інформаційної системи як географічної (наприклад, автоматизовані радіонавігаційні системи, хоч і оперують просторово визначеними даними, до географічних інформаційних систем не належать). Основою для відокремлення “ географічних ” від “негеографічних “ інформаційних систем не може служити і зміст даних, які збирають: ідентичні за своїм змістом бази даних можуть обслуговувати зовсім відмінні (в тому числі чисто географічні і явно негеографічні) додатки. Навпаки, системи різного цільового призначення вимушені акумулювати одинакові дані. Наприклад, база даних з цифровим представленням рельєфу використовується для автоматизованого викреслювання ізогіпсів на топографічній карті (топографічна картографія), розрахунку та картографування морфометричних показників (геоморфологія і тематична картографія), пошуку оптимальних трас шосейних доріг чи інших комунікацій (інженерні пошуки та проектування).

ГІС зберігає інформацію про реальний світ у вигляді набору тематичних шарів, які об’єднані на основі географічного положення. Цей простий, але дуже гнучкий підхід довів свою цінність при розв’язуванні різноманітних реальних задач: для слідкування за пересуванням транспортних засобів і матеріалів, детального відображення реальної обстановки та запланованих заходів, моделювання глобальної циркуляції атмосфери.

Будь яка географічна інформація містить дані про просторове положення, чи то прив’язка до географічних чи інших координат, чи посилання на адресу, поштовий індекс, виборчий округ чи округ перепису населення, ідентифікатор земельної чи лісової ділянки, назва дороги і т.п. При використанні подібних посилань для автоматичного визначення місцезнаходження об’єкта (об’єктів) застосовується процедура, яка називається геокодуванням. За її допомогою можна швидко визначити і подивитись на карті, де знаходиться об’єкт чи явище, яке нас цікавить, таке як будинок, в котрому проживає ваш знайомий чи знаходиться потрібна вам організація, де відбувся землетрус чи повінь, за яким маршрутом простіше і швидше можна дістатися до потрібного вам пункту чи будинку.

Проте, завдання ГІС виходять далеко за межі картографії, роблячи їх основою для інтеграції приватних географічних та інших (геологічних, ґрунтових, економічних тощо) наук при комплексних системних геонаукових дослідженнях.

Набір функціональних компонентів інформаційних систем кадастрового призначення повинен містити ефективний та швидкодіючий інтерфейс, засоби автоматизованого введення даних, адаптовану для розв’язування відповідних задач систему управління базами даних, широкий набір засобів аналізу, а також засобів генерації зображень, візуалізації та виведення картографічних документів.

Описова інформація організовується в базу даних, окремі таблиці зв’язуються між собою через ключові поля, для них можуть бути визначені індекси, відношення тощо. Крім того, в ГІС описова інформація зв’язується з просторовими даними.

Відмінність ГІС від стандартних систем управління базами даних (dBASE, Access і т.п.) полягає як раз в тому, що ГІС дає можливість працювати з просторовими даними.

Просторові дані в ГІС представляються у двох основних формах - векторній і растровій.

Векторна модель даних базується на представленні карти у вигляді точок, ліній і плоских замкнутих фігур. Растрова модель даних базується на представленні карти з допомогою регулярної сітки однакових за формою і площею елементів. Відмінності між цими моделями даних пояснюються рисунком 5.2.

В нижній частині рисунка показано відображення озера і річки в іншій проекції. Тут видно, що растрова модель даних це набір однакових за величиною, але по різному розфарбованих, квадратиків. В векторній моделі даних озеро зображено пофарбованим многокутником, який в ARC\INFO називається полігоном (polygon), а річка ламаною лінією, яка називається дугою (arc). Початок і кінець цієї ламаної лінії називаються вузлами (node).

На верхньому рівні класифікації всі інформаційні системи розподіляються на просторові і непросторові. ГІС, відповідно, відносяться до просторових, діляться на тематичні (наприклад, соціально-економічні) і земельні (кадастрові, лісові, інвентаризаційні та інші).

Існує розподіл за територіальним охопленням (загальнонаціональні і регіональні ГІС); за метою (багатоцільові, спеціалізовані, в тому числі інформаційно-довідкові, інвентаризаційні, для нужд планування, управління); за тематичною орієнтацією (загальногеографічні, галузеві, в тому числі водних ресурсів, використання земель, лісокористування, туризму, рекреацій тощо).

Рис. 5.2 - Растрова и векторна моделі просторових даних.

Одним із основних джерел даних для ГІС є матеріали дистанційного зондування. Вони об’єднують всі типи даних, які отримують з носіїв космічного (пілотовані орбітальні станції, кораблі багаторазового використання типу "ШАТТЛ", автономні супутникові знімальні системи і т.п.) та авіаційного базування (літаки, гелікоптери та мікроавіаційні радіокеровані апарати) і складають значну частину дистанційних даних як антонім контактних (перш за все наземних) видів зйомок, способів отримання даних вимірювальними системами в умовах фізичного контакту з об’єктами зйомки.

До неконтактних (дистанційних) методів зйомки окрім аерокосмічних відносяться різноманітні вимірювальні системи морського (надводного) и наземного базування, включаючи, наприклад, фототеодолітну зйомку, сейсмо -, електро-, магніторозвідку та інші методи геофізичного зондування надр, гідроакустичні зйомки рельєфу морського дна з допомогою гідролокаторів бокового огляду, інші способи, засновані на реєстрації власного чи відбитого сигналу хвильової природи.

Геоінформаційні системи є важливим інструментом збору та планування географічних об’єктів. Світові ГІС можна досить чітко розбити на три основні категорії:

· Потужні повнофункціональні ГІС на основі робочих станцій на UNIX- системах та RISC-процесорах.

· ГІС середньої потужності (чи ГІС з редукованими можливостями)

класу MAPINFO на PC-платформі.

· Програми, які побудовані за принципом ГІС та мають малі потреби в

ресурсах ЕОМ.

Останнім часом в середовищі ГІС широко використовуються портативні приймачі даних про координати об’єктів з глобальної системи навігації (позиціонування) GPS, які дають можливість отримувати планові і висотні координати з точністю від кількох метрів до кількох міліметрів, що у поєднанні з портативними персональними ЕОМ та спеціалізованим програмним забезпеченням обробки даних з системи GPS дозволяє використовувати їх для польових зйомок в умовах необхідності їх надоперативного виконання (наприклад, при ліквідації наслідків стихійних лих та техногенних катастроф).

Мінімальний набір критеріїв, які дозволяють ідентифікувати кожну конкретну геоінформаційну систему, створює "систему координат" трьохвимірного простору, осями якого є: територіальне охоплення і пов’язаний з ним функціонально масштаб (чи просторовий розв’язок), предметна галузь інформаційного моделювання та проблемна орієнтація.

5.3 Цифрові моделі місцевості

Поряд з образно-знаковими моделями в топографії все більше поширення знаходять цифрові моделі місцевості, в яких вся інформація про місцевість подана дискретно і зберігається в запам'ятовуючих пристроях ЕОМ.

Цифрові моделі місцевості (ЦММ) – множина, елементами якої є топографо-геодезична інформація про місцевість і правила поводження з нею.

Інформація про місцевість повинна містити наступні елементи:

1. Тип об'єкта, тобто його предметна і геометрична класифікаційна категорія – будинки, спорудження, шляхи сполучення, ліси, чагарники і т.д.; точковий, лінійний, площадковий; самостійний об'єкт чи частина іншого, більш складного об'єкта. Для класифікації й однозначного кодування об'єктів складають класифікатори.

2. Ім'я об'єкта – ідентифікатор, у тому числі ім'я власне, що дозволяє однозначно визначити даний конкретний об'єкт.

3. Метричний опис положення і форми об'єкта – список координат і висот характерних та інших точок, що визначають положення об'єкта в просторі.

4. Атрибути об'єкта – якісні й кількісні характеристики об'єкта (матеріал будинку, моста, покриття доріг, кількість поверхів, ширина дорогі; глибина колодязя; характеристика деревостану в лісі і т.д.)

5. Топографічні зв'язки і відносини між об'єктами, що можуть бути трьох видів:

структурні (частина – ціле), наприклад, окремі дерева –ліс чи парк; будинок – житловий квартал і т.д.

топологічні (ціле – ціле), наприклад, перехрестя вулиць чи доріг, міст на перетинанні дороги і ріки, острів на річці чи озері.

функціональні (ціле – частина), наприклад, будинок і його ґанок, міст і його опора, лінія електропередачі і її опори і т.д.

Якщо говорити про рельєф, то залежно від того як розміщені точки і подана інформація, можна виділити три види цифрових моделей рельєфу (ЦМР):

1) регулярні – з розміщенням точок у вершинах сітки квадратів заданої густоти. Вся інформація про рельєф представлена матрицею висот точок. Така модель дуже компактна за обсягом інформації, але зовсім не враховує характер рельєфу, і в цьому її недолік;

2) напіврегулярні – у виді системи рівновіддалених паралельних профілів. Інформація про рельєф представлена висотами характерних точок профілю і відстанями між цими точками. Така модель повністю враховує характер рельєфу тільки по лініях профілів;

3) структурні – інформація про рельєф подана множиною координат і висот характерних та інших точок, а також зв'язками і відносинами між цими точками. Така модель повністю відображає всю сукупність нерівностей земної поверхні.

Наявні програмні продукти дають змогу використовувати ЦММ для розв`язання широкого кола задач, багато з яких не вирішуються за допомогою образно-знакових моделей.

Дата добавления: 2014-10-15