Сферы применения ГИС 1 страница

В настоящее время геоинформационные технологии проникли практически во все сферы жизни. Отметим основные:

• Экология и природопользование

• Земельный кадастр и землеустройство

• Морская, авиационная и автомобильная навигация

• Управление городским хозяйством

• Региональное планирование

• Маркетинг

• Демография и исследование трудовых ресурсов

• Управление дорожным движением

• Оперативное управление и планирование в чрезвычайных ситуациях

• Социология и политология

Кроме того, ГИС используются для решения разнородных задач, таких как:

• обеспечение комплексного и отраслевого кадастра;

• поиск и эффективное использование природных ресурсов;

• территориальное и отраслевое планирование;

• контроль условий жизни населения, здравоохранение, социальное обслуживание, трудовая занятость;

• обеспечение деятельности правоохранительных органов и силовых структур;

• наука и образование;

• картографирование.

Большинство современных ГИС осуществляют комплексную обработку информации.

Обобщенные функции ГИС-систем:

1) ввод и редактирование данных;

2) поддержка моделей пространственных данных;

3) хранение информации;

4) преобразование систем координат и трансформация картографических проекций;

5) растрово-векторные операции;

6) измерительные операции;

7) полигональные операции;

8) операции пространственного анализа;

9) различные виды пространственного моделирования;

10) цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей;

11) вывод результатов в разных формах.

Сущность перечисленных функций будет рассмотрена в дальнейшем.

1.4 ГІС серед інших автоматизованих систем.

Необходимо рассмотреть место ГИС среди других автоматизированных систем, что требует дать краткую классификацию этих систем. Выбирая различные аспекты рассмотрения автоматизированных информационных систем можно дать различные их различные классификации.

По принадлежности к конкретной предметной области можно подразделить информационные системы на три класса: технические, экономические, информационно-аналитические

К техническим относят автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), системы автоматизированного проектирования (САПР), гибкие производственные системы (ГПС), робототехнические комплексы (РТК)идр.

Информационно-аналитические автоматизированные системы включают: автоматизированные справочно-информационные системы (АСИС), базы данных (БД), экспертные системы (ЭС), статистические информационные системы (СтИС) и т.п.

Примером экономических систем могут служить автоматизированные системы управления (АСУ), бухгалтерские информационные системы (БУ-ИС), банковские информационные системы (БИС), биржевые информационные системы (БИС), маркетинговые информационные системы (МИС) и др.

Особенностью ГИС как интегрированной системы является то, что она интегрирует технологии трех перечисленных выше классов систем: технических, информационно-аналитических и экономических. Следовательно, ГИС могут быть использованы как любая из этих систем.

ГИС имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при изучении этих систем.

Одна из особенностей ГИС и геоинформационных технологий состоит в том, что они являются элементами информатизации общества. Это заключается во внедрении ГИС и геоинформационных технологий в науку, производство, образование и применение в практической деятельности получаемой информации об окружающей реальности.

Геоинформационные технологии являются новыми информационными технологиями, направленными на достижение ра»личных целей, включая информатизацию производственно-управленческих процессов.

Другой особенностью ГИС является то, что как информационные системы они являются результатом эволюции этих систем и поэтому включают в себя основы построения и функционирования информационных систем.

ГИС как система включает множество взаимосвязанных элементов, каждый из которых связан прямо или косвенно с каждым другим элементом, а два любые подмножества этого множества не могут быть независимыми не нарушая целостность, единство системы.

Автоматизированной информационной системой (АИС) называют организационно-техническую систему, использующую автоматизированные информационные технологии в целях обучения, информационно-аналитического обеспечения научно-инженерных работ и процессов управления

В настоящее время существует множество определений ГИС. Эта особенность обусловлена тем, что исторически ГИС развивались длительной время. Естественно, что они совершенствовались и, по мере их изменения, менялись их основные функции и свойства. Все это приводило к появлению новых определений ГИС, учитывающих их новые свойства и новые особенности.

Первые ГИС назывались "Географические информационные системы". Их определяли как комплексный блок компьютеров, предназначенных для ввода, хранения, анализа и вывода пространственно связанных данных. Эти ГИС ведут свое происхождение от Географической информационной системы Канады, построенной на базе первых больших ЭВМ и пакетной системы обработки данных. Эта первая ГИС была разработана в начале 1960х гг. задолго до появления недорогих персональных компьютеров и доступных для пользования баз данных. В это время геоинформатика как наука еще не сформировалась.

Несмотря на технические ограничения таких систем, было выявлено, что определенные виды анализа карт и инвентаризации, могут выполняться на ЭВМ значительно эффективней, чем вручную.

Следующим этапом развития ГИС считают начало 80х годов. Этот этап связывают с появлением реляционной модели данных, разработанной Коддом еще в 196970 гг. и разработанных на ее основе реляционных баз, заменивших иерархические базы данных.

Увлечение базами данных привело к тому, что ГИС стали называть "компьютеризированной базой данных" для хранения географической и тематической информации.

Однако базы данных предназначаются в основном для хранения, а не для обработки информации. Поэтому ГИС продолжали развиваться.

После разработки и использования специального программного обеспечения для решения задач геоинформатики появились новые определения ГИС, как "систем программного обеспечения" (без включения в них технологических возможностей). В этот период геоинформатика как наука завершала свое формирование.

Увлечение автоматизацией кадастра, в первую очередь городского, привело к появлению названия городские информационные системы.

Следующим этапом развития ГИС следует считать использование программного обеспечения систем автоматизированного проектирования (САПР) для работы с графической информацией и построения карт. Это середина 80х годов. В это время еще не были созданы специализированные программные продукты для задач ГИС и работы по автоматизированному составлению карт велись с помощью программных пакетов САПР. Следует упомянуть популярный продукт того времени "Автокад" фирмы Автодеск.

Главным достижением программного обеспечения САПР явилось создание системы послойного представления графической информации (чертежей, карт). Графическая информация типизировалась (см. гл.2) и типизированные данные помещались в отдельный слой. Каждый слой напоминал ы прозрачную бумагу. Совокупность слоев создавала привычную картину графической информации, но в отдельности каждый слой было удобно обрабатывать независимо от других.

Другим достижением САПР было введение так называемых "блоков" для получения проектных документов. Блоками называли типовые повторяющиеся элементы, хранящиеся в базе данных. Блок создавался независимо и вставлялся в заданные точки чертежа неограниченное число раз. Это существенно сокращало объем данного чертежа при его хранении в базе данных.

В случае редактирования блока, редакция автоматически происходила во всех частях чертежа, в которых этот бок был вставлен. Этим существенно сокращались редакционные работы графического документа. Позже механизм блоков послужит основой создания библиотек условных картографических знаков.

В начале 90х годов стали появляться интегрированные программные продукты и интегрированные информационные системы. Информатика становится основой подготовки различных специалистов в области обработки информации.

Кроме того, появилась потребность в информационных системах, позволяющих осуществлять глобальную интеграцию различных видов информации. Появились новые информационные технологии и системы.

Все это привело к необходимости создания ГИС как автоматизированной интегрированной информационной системы.

Информатизация коснулась сегодня всех сторон жизни общества, и трудно, пожалуй, назвать какую-либо сферу человеческой деятельности - где не ощущалось бы ее мощное воздействие. В науках о Земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС), причем слово "географические" обозначает в данном случае не столько "пространственность" или "территориальность", а скорее комплексность и системность исследовательского похода.

Начало развития геоинформационных систем относится к концу 60-х годов, но только в последние 6-7 лет эти системы получили бурное распространение. Основной причиной такого скачка является развитие вычислительной техники. Современные геоинформационные системы оперируют колоссальнымиобъемами текстовой и графической информации, модельными расчетами, качественной графикой, требующих значительных машинных ресурсов. До недавнего времени ЭВМ, имеющие характеристики, приемлемые для ГИС, стоили очень дорого, и подобную покупку могли позволить себе лишь крупные организации. Сегодня в связи со значительным снижением цен на вычислительную технику машины с высоким быстродействием стали доступны гораздо большему кругу потенциальных покупателей. Кроме этого, значительно увеличилось на рынке число поставщиков геоинформационных систем, проводится большое количество ГИС ориентированных конференций, огромная работа ведется членами профессиональных ассоциаций.

Существует несколько причин растущей популярности геоинформационных систем. Среди них - постоянное совершенствование диалога между машиной и пользователем, благодаря которому овладеть работой с ГИС можно путем минимального обучения. Все расширяющийся круг пользователей ГИС открыл новые возможности для обмена накопленной информацией. Некоторые системы комплектуются по желанию заказчика готовыми базами данных. Все это приводит к тому, что в настоящее время покупателями ГИС становятся небольшие города и области, отдельные отрасли промышленности, здравоохранение, образование и т. п.

На сегодняшний день существуют тысячи ГИС, используемых в экономике, политике, экологии, управлении ресурсами и охране природы, кадастре, науке и образовании. Геоинформационные системы охватывают все пространственные уровни: глобальный, региональный, национальный, локальный, муниципальный, интегрируя разнообразную информацию о нашей планете: картографическую, данные дистанционного зондирования, статистику и переписи, кадастровые сведения, гидрометеорологические данные, материалы полевых экспедиционных наблюдений, результаты бурения и подводного зондирования и т.д.

ГИС тесно связана рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не существует единой общепринятой классификации информационных систем, приведенное ниже описание должно помочь дистанциировать ГИС от настольных картографических систем, систем САПР (CAD), дистанционного зондирования, систем управления базами данных (СУБД или DBMS) и технологии глобального позиционирования (GPS).

1.5 Классификация ГИС

ГИС системы разрабатываются с целью решения научных и прикладных задач по мониторингу экологических ситуаций, рациональному использованию природных ресурсов, а также для инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, для принятия оперативных мер в условиях чрезвычайных ситуаций др.

Множество задач, возникающих в жизни, привело к созданию различных ГИС, которые могут классифицироваться по следующим признакам:

По функциональным возможностям:

- полнофункциональные ГИС общего назначения;

- специализированные ГИС ориентированы на решение конкретной задачи в какой либо предметной области;

- информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования.

Функциональные возможности ГИС определяются также архитектурным принципом их построения:

- закрытые системы - не имеют возможностей расширения, они способны выполнять только тот набор функций, который однозначно определен на момент покупки.

- открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования).

По пространственному (территориальному) охвату:

- глобальные (планетарные);

- общенациональные;

- региональные;

- локальные (в том числе муниципальные).

По проблемно-тематической ориентации:

- общегеографические;

- экологические и природопользовательские;

- отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, геологические, туризма и т.д.);

По способу организации географических данных:

- векторные;

- растровые;

- векторно-растровые ГИС.

1.6 Наукові, технічні, технологічні й прикладні аспекти проектування, створення й використання ГІС.

Геоинформационная система, ГИС – информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных).

ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и иных), включает соответствующий задачам набор функциональных возможностей ГИС, в которых реализуются операции геоинформационных технологий, поддерживается программным, аппаратным, информационным, нормативно-правовым, кадровым и организационным обеспечением.

По территориальному охвату различают глобальные, или планетарные ГИС, субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС, субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС.

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС, природоохранные ГИС и т.п.; среди них особое наименование, как особо широко распространенные, получили земельные информационные системы.

Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС, основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов. Они обеспечивают графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда, на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением.

Пространственно-временные ГИС оперируют пространственно-временными данными.

Реализация геоинформационных проектов создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы:

-предпроектных исследований, в том числе изучение требований пользователя и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения "затраты/прибыль";

-системное проектирование ГИС, включая стадию пилот-проекта, разработку ГИС;

-ее тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке, прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа;

-внедрение ГИС;

-эксплуатацию и использование.

Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Рис.1.6. Связь ГИС с научными дисциплинами и технологиями.

Специалисты, работающие в области ГИС и геоинформационных технологий, занимаются следующим:

• накоплением первичных данных;

• проектированием баз данных;

• проектированием ГИС;

• планированием, управлением и администрированием геоинформационных проектов;

• разработкой и поддержкой ГИС;

• маркетингом и распространением ГИС-продукции и геоданных;

• профессиональным геоинформационным образованием и обучением ГИС-технологиям.

1.6.1 Основні функції й складові частини ГІС.

Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.

Аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам и функциям.

Данные. Это вероятно наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных.

Исполнители. Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

Методы. Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

Геоинформационная технология является достаточно сложной системой, объединяющей технические средства, программное обеспечение, данные, персонал, официально установленные нормы и правила сбора, хранения, анализа и передачи информации о процессах и явлениях, имеющих пространственную привязку и распространение.

И как следствие она развивается на стыке многих научных дисциплин, используется в самых разнообразных областях человеческой деятельности, таких, как муниципальное управление, рациональное природопользование, охрана окружающей среды, составление геологических прогнозов и т.д.

2 ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ГИС

2.1 Аппаратные (технические) средства

К основным компонентам ГИС относят: технические (аппаратные) и программные средства, информационное обеспечение.

Требования к компонентам ГИС определяются, в первую очередь, пользователем, перед которым стоит конкретная задача (учет природных ресурсов, либо управление инфраструктурой города), которая должна быть решена для определенной территории, отличающейся природными условиями и степенью ее освоения.

Технические средства – это комплекс аппаратных средств, применяемых при функционировании ГИС: рабочая станция или персональный компьютер (ПК), устройства ввода-вывода информации, устройства обработки и хранения данных, средства телекоммуникации.

Рабочая станция или ПК являются ядром любой информационной системы и предназначены для управления работой ГИС и выполнения процессов обработки данных, основанных на вычислительных или логических операциях. Современные ГИС способны оперативно обрабатывать огромные массивы информации и визуализировать результаты.

Ввод данных реализуется с помощью разных технических средств и методов: непосредственно с клавиатуры, с помощью дигитайзера или сканера, через внешние компьютерные системы. Пространственные данные могут быть получены электронными геодезическими приборами, непосредственно с помощью дигитайзера и сканера, либо по результатам обработки снимков на аналитических фотограмметрических приборах или цифровых фотограмметрических станциях.

Устройства для обработки и хранения данных сконцентрированы в системном блоке, включающем в себя центральный процессор, оперативную память, внешние запоминающие устройства и пользовательский интерфейс.

Внешние запоминающие устройства подключаются к компьютеру, в качестве таких устройств используются: дискеты, ZIP- диски, магнитные жесткие диски. Для архивации данных служат оптические и магнитные диски CD-ROM и DVD-ROM.

Устройства вывода данных должны обеспечивать наглядное представление результатов, прежде всего на мониторе, а также в виде графических оригиналов, получаемых на принтере или плоттере (графопостроителе), кроме того, обязательна реализация экспорта данных во внешние системы.

2.2 Программное обеспечение

Программные средства – совокупность программных средств, реализующих функциональные возможностей ГИС, и программных документов, необходимых при их эксплуатации.

Структурно программное обеспечение ГИС включает базовые и прикладные программные средства.

Базовые программные средства включают: операционные системы (ОС), программные среды, сетевое программное обеспечение и системы управления базами данных. Операционные системы предназначены для управления ресурсами ЭВМ и процессами, использующими эти ресурсы. На настоящее время используются основные ОС: Windows и Unix.

Любая ГИС работает с данными двух типов данных - пространственными и атрибутивными, следовательно, программное обеспечение должно включить систему управления базами тех и других данных (СУБД), а также модули управления средствами ввода и вывода данных, систему визуализации данных и модули для выполнения пространственного анализа.

Прикладные программные средства предназначены для решения для специализированных задач в конкретной предметной области и реализуются в виде отдельных модулей (приложений) и утилит (вспомогательных средств).

		Другие ГИС
Ввод										Вывод
Табличные данные		Геоинформационная система		Отчеты, таблицы, графики
Полевые данные										Карты
Данные цифровых БД		Система управления базами данных (СУБД)		Фотоотпечатки
Карты										Статистика
Цифровые данные со спутников		Сбор Ввод Коррекция		Хранение Поиск		Манипулирование Анализ		Вывод сообщения		Данные для других Цифровых БД
Аэрокосмические фотографии										Входные данные для моделей
Данные аэровизуальных наблюдений			Требования пользователя		Внешний пакет статистической обработки данных
Данные наземных датчиков

Рис. 2.1 - Общая схема функционирования ГИС

2.3 Информационное обеспечение

Информационное обеспечение - совокупность массивов информации, систем кодирования и классификации информации.

Информационное обеспечение составляют реализованные решения по видам, объемам, размещению и формам организации информации, включая поиск и оценку источников данных, набор методов ввода данных, проектирование баз данных, их ведение и метасопровождение.

Особенность хранения пространственных данных в ГИС – их разделение на слои.

Многослойная организация электронной карты, при наличии гибкого механизма управления слоями, позволяет объединить и отобразить гораздо большее количество информации, чем на обычной карте.

Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные могут подготавливаться самим пользователем либо приобретаться. Для такого обмена данными важна инфраструктура пространственных данных.

Инфраструктура пространственных данных определяется нормативно-правовыми документами, механизмами организации и интеграции пространственных данных, а также их доступность разным пользователям.

Инфраструктура пространственных данных включает три необходимых компонента: базовую пространственную информацию, стандартизацию пространственных данных, базы метаданных и механизм обмена данными.

3 СТРУКТУРЫ И МОДЕЛИ ДАННЫХ

3.1 Введення даних у ГІС.

Объекты реального мира, рассматриваемые в геоинформатике, отличаются пространственными, временными и тематическими характеристиками.

Пространственные характеристики определяют положение объекта в заранее определенной системе координат, основное требование к таким данным – точность.

Дата добавления: 2015-06-25