Зацерковний В.І. та ін. ГІС та бази даних. І бази даних
 Скачать 31.1 Mb.
|
|
5. Функції моделювання та прогнозування процесів природних, природно-господарських і соціально-економічних територіальних систем. Прикладами є сучасні просторово-розподілені моделі поверхневого стоку, змиву ґрунту та транспортування схилових і руслових наносів, різних за- бруднювачів, зокрема, LISEM, Csredis (Нідерланди), WEPP (США). Реалі- зуються при оцінці й прогнозі поведінки природних і природно-госпо- дарських територіальних систем та їх компонентів при розв’язанні різних наукових і прикладних завдань, у тому числі пов’язаних з охороною та раціональним використанням природних ресурсів. 6. Функції підтримки прийняття рішень у плануванні, проекту- ванні та управлінні. Найбільш активно цей напрям в Україні розвивається в містобудівному плануванні та проектуванні. Певні успіхи є в галузі 137 геоінформаційного забезпечення надзвичайних ситуацій. Діапазон при- кладів тут може бути досить широким, якщо гнучко підходити до визна- чення змісту поняття "система підтримки прийняття рішень" (СППР), яка повинна передбачати: – програмно-організовані банки просторової й атрибутивної інфор- мації; – базу знань, що складається з блоків аналізу та моделювання, з набо- ром моделей просторового аналізу і просторово-часового моделювання, а також довідково-інформаційного блоку, який містить формалізовану довідково-нормативну базу з розглядуваної проблеми; – блок технологій штучного інтелекту, який забезпечує механізм формально-логічного висновку й ухвалення рішення на основі інформа- ції, наявної в базі даних, довідково-інформаційному блоці та результатах просторово-часового аналізу та моделювання; – інтерфейс користувача. На практиці у багатьох випадках як СППР розглядаються інтегро- вані комп’ютерні системи, що містять систему програмнореалізованих моделей, банк довідкової інформації та банк даних. Аналіз і оцінка результатів імітаційного або оптимізаційного моделювання виконуються поза системою кваліфікованим експертом або групою експертів. 7. Керуючі та транспортні функції забезпечують вирішення задач оперативного доведення управлінських рішень до виконавців. 8. Контрольні функції дозволяють оцінити ефективність рішень, що приймаються, і забезпечують контроль за ходом їх виконання. 3.4. Геоінформаційні технології У геоінформатиці велику роль відіграє технологічний аспект, що охоплює питання організації даних, їхнього збору, інтегрування, обробки та інтерпретації [6]. Геоінформаційні технології (Geographic Information Technologies) – це сукупність методів і прийомів для збору й обробки географічної (просторової) інформації. Людина у своїй діяльності використовує дві технології – технології пристосування до навколишнього середовища і технології перетворення середовища в відповідності до своїх потреб. Обидва типи вищеназваних технологій сьогодні в більшому ступені реалізуються з використанням методів геоінформатики. Геоінформаційні технології (ГІТ) дозволяють накопичувати знання про навколишній світ у сучасній цифровій формі, наочно відображати їх у вигляді динамічних електронних карт, швидко інтегрувати інформацію з будь-якого місця або регіону й поширювати її в режимі реального часу. 138 В основі ГІТ первісно був закладений принцип інтеграції. Кожний об’єкт, процес або явище має своє місце розташування, яке виступає сполучною ланкою між величезним обсягом, здавалося б, непорівнянних фактів, спостережень та інформації про об’єкти реального світу, яку ми щодня одержуємо. Просторові взаємини дозволяють одержати загальну картину реальності, допомагають упорядкувати наявні дані, звести їх до виду, зручного для осмислення й аналізу. У праці [15] виділені три складові ГІТ: – технології ГІС (Geographic Information Technologies) – це техно- логії введення, інтегрування, збереження, обробки, аналізу, моделювання й візуалізації географічної інформації; – технології дистанційного зондування Землі (Remote Sensing – RS) – це технології отримання інформації про поверхню Землі та середовище за допомогою орбітальних супутників Землі. Сигнали, отримані приймачами інформації на Землі, трансформуються у цифрові зображення для вивчен- ня, обробки та інтерпретації; – технології позиціонування (Global Positioning System, GPS) – це технології визначення місця розташування на Землі, обробка даних інте- грованих у середовище ГІС засобами глобальних навігаційних систем, комбінованими засобами глобальних навігаційних систем і засобами електронних геодезичних вимірів. Обробка даних дистанційного зондування Землі та даних позиціо- нування виконується інтегрованими в ГІС засобами, що дає підставу відносити ці технології до геоінформаційних технологій. ГІТ призначені для підвищення ефективності процесів управління, збереження і подання інформації, обробки та прийняття рішень. ГІТ, як і всі технології взагалі, знаходяться в процесі постійного удосконалення. На сьогодні ГІС – це багатомільйонна індустрія, в яку залучені мільйони людей у всьому світі. Цю технологію застосовують практично у всіх сферах людської діяльності (аналіз таких глобальних проблем, як перенаселення, забруднення території, голод і перевиробництво сільсько- господарської продукції, скорочення лісових угідь, природні катаклізми, вирішення таких завдань, як пошук найкращого маршруту руху між двома пунктами, підбір оптимального розташування нового офісу, пошук будинку за його адресою, прокладка трубопроводу або лінії електропере- дач на місцевості, різні задачі управління територіями, наприклад, реєстрації земельної власності тощо). На ринку ГІС з’являються нові продукти, частина з яких зазнає не- вдач, а частина продовжує використовуватися та вдосконалюватися. Навколишній світ швидко змінюється і потреби користувачів змінюються разом з ним. Усе це породжує нескінченну розмаїтість, а отже, ситуацію нескінченного вибору, яка, щоправда, мало що дає, коли складність вибо- 139 ру перевищує здатності індивідуума вичленувати головне. Доводиться вишукувати методи зменшення складності, щоб шляхом спрощення вирішити, що є важливим, а що ні. ГІТ – це сукупність методів і програмно-технічних засобів, по- єднаних у технологічний ланцюжок, який забезпечує збір, обробку, збере- ження, поширення та відображення просторової інформації з метою зменшення працеємності процесів використання інформаційного ресурсу, а також підвищення їх надійності й оперативності. ГІТ умовно можна розподілити на такі групи: – створення та вдосконалення апаратно-програмних засобів; – забезпечення взаємодії з користувачами; – створення баз геопросторових даних і управління ними; – збір просторової інформації; – обробка інформації; – розповсюдження інформації; – цифрування інформації; – геокодування; – розробка та вдосконалення форматів збереження даних; – розробка засобів конвертування; – розробка процедури трансформації й оверлея; – просторове та геостатистичне моделювання; – картографічна візуалізація тощо. Створення та вдосконалення апаратно-програмних засобів. Про- грамне забезпечення ГІС повинне задовольняти різні вимоги і бути простим, але багатофункціональним, володіти засобами адаптації та розробки додатків, мати невисоку вартість. Забезпечення взаємодії з користувачами. Дана група технологій призначена для забезпечення взаємодії користувачів з програмним забез- печенням ГІС. При цьому технології створення інтерфейсу поділяються на дві групи: 1) технології створення службового інтерфейсу для здійснення дій системного адміністратора ГІС і забезпечення працездатності системи; 2) функції інтерфейсу кінцевого користувача. Конкретні технології цієї групи є загальнотехнічними та засто- совуються у більшості програмних комплексів. Основними з них є: – використання національних термінів предметної галузі; – налагодження елементів інтерфейсу з урахуванням вимог конкрет- ного користувача; – розмежування доступу до операцій залежно від пріоритету (прав) користувача, доступ за паролем; – використання спадаючих і спливаючих меню, "гарячих" клавіш; 140 – вибір команд із підказками або без підказок; – отримання відповідей за замовчуванням; – видача повідомлень про стан виконання операцій (виконання, тривалість операції, збій, завершення тощо); – виведення попереджуючих повідомлень перед виконанням відпо- відальних операцій; – захист від некоректного використання операцій; – відміна виконуваної операції зі збереженням команди поперед- нього стану; – повернення після виконування команди до стану виконання цієї команди; – видача користувачеві "дружніх" повідомлень про похибки; – відновлення роботи після програмної похибки; – доступ до контекстної гіпертекстової довідкової системи (HELP- системи); – доступ до машинного посібника користувача. Створення баз геопросторових даних і керування ними. Техноло- гії цієї групи зазвичай є загальнотехнічними. Специфіка функцій цієї групи проявляється в організації даних позиціонування з урахуванням координатних систем, просторових моделей і масштабів картографування територій. Найбільш важливими з них є: – завдання внутрішньої для ГІС моделі даних, яка забезпечує опис об’єктів довільного типу; – забезпечення багаторівневого (за масштабами) подання території з узгодженням координатних систем; – введення даних про якість інформації, включаючи походження, точність даних, детальність і повноту (у тому числі пооб’єктного); – введення й організацію растрових даних (фільтрація, зшивання) за аркушами або ділянками території; – введення й організація векторних даних (зведення, звірення, зшив- ка – інтерактивне або автоматичне з’єднання геометрично суміжних об’єктів, розподілених або таких, що перекриваються, клішування, дода- вання і/або видалення точок) за аркушами або за ділянками території; – введення та зміна атрибутивних даних (зміна ідентифікаторів, об’єднання кодів); – забезпечення організації масивів даних за типом локалізації, темою, класами об’єктів; – підтримка проектів баз даних (сукупності даних на певну тери- торію для розв’язку конкретної просторової задачі); – підтримка доступу до даних (послідовного, прямого і за ключем); – керування зв’язками атрибутивних даних і даних позиціонування; 141 – забезпечення оновлення даних (додавання, видалення, модифікації); – можливість відстеження транзакцій баз даних; – перегляд бази даних; – можливість відновлення баз даних після аварійних ситуацій. Збір просторової інформації. Термін "збір" у геоінформатиці має надзвичайно широке застосування. В узагальненому вигляді цей термін можна трактувати таким чином: збирається все, що моделюється, вивча- ється і використовується при аналізі прогнозуванні геопростору. У ці- лому таке формулювання збору просторової інформації цілком можливе. Однак воно не відповідає на питання: "А чи входять технології збору всього зазначеного в ГІТ?" Якщо ігнорувати це питання, то в ГІТ можна включити, наприклад, технології перепису населення або рідкісних і зникаючих представників тваринного світу, бо статистичні дані про них використовуються при аналізі їх територіального розподілу. До речі, більшість галузевих і міжгалузевих технологій збору про- сторової інформації існували задовго до виникнення ГІС і геоінформа- тики, наприклад, геологічні, геофізичні, геодезичні, топографічні, фото- грамметричні, ґрунтово-ботанічні, дистанційного зондування та велика кількість інших технологій дослідження геопростору. Частину своїх результатів ці технології подавали у вигляді картографічних матеріалів. При цьому ніхто не включав у картографічну технологію всю множину галузевих технологій вивчення простору. Із виникненням геоінформатики, ці галузеві технології почали по- давати частину галузевих результатів у вигляді геоінформаційних моде- лей (ГІМ) і використовувати їх у просторовому аналізі, оскільки на під- ставі ГІМ можна достатньо легко створювати картографічне зображення. Таким чином, збір геопросторових даних, як один із функціональних блоків ГІТ, повинен забезпечувати безпосереднє отримання даних або відбір із галузевих баз даних потрібної для формування моделей і вирі- шення задач геоінформації. Відбір даних супроводжується конвертуванням даних. Просторове визначення галузевих даних може виконуватись як координатним методом, так і прив’язкою до контурів карти, найчастіше топографічної або географічної. Саме тому в програмних пакетах ГІС зазвичай реалізуються тільки функції одного методу збору просторових даних – картографічного [22]. Функції цієї групи утворюють 5 функціональних підгруп, що поєд- нують однотипні функції з різними режимами виконання: 1) векторизація за растром: – ручне цифрування точок і контурів; – напівавтоматичне цифрування точок і контурів; – автоматичне цифрування точок і контурів; 142 2) кодування та ідентифікація об’єктів: – кодування об’єктів за їх характерними властивостями, введення з клавіатури; – вибір кодів об’єктів за їх характерними властивостями, з меню текстових значень; – завдання кодів за умовчанням і дублюванням попередніх значень; – присвоєння об’єктам ідентифікаторів вручну; – автоматичне присвоєння ідентифікаторів об’єктам; 3) завдання топології: – встановлення вузлів автоматично або вручну; – встановлення дуг (ребер) автоматично та вручну; – завдання полігонів з дуг автоматично або вручну; – автоматичне замикання полігонів; – протягування кінцевих точок ліній з вузлами автоматично або вручну; – пов’язування складних полігонів з одним або більше внутрішньо- вирізаними ареалами автоматично або вручну; – визначення центроїда полігона автоматично або вручну; 4) завдання атрибутів: – пов’язування атрибутів з просторовими об’єктами за ідентифіка- тором або центроїдом; – введення атрибутів в інтерактивному режимі з клавіатури або з меню; – введення атрибутів у пакетному режимі з прив’язуванням за ідентифікатором або центроїдом; 5) вияв і усунення похибок, редагування моделі: – контроль якості растру (деформація оригіналу, розрізненість, наявність випадкових зображень) і його виправлення; – контроль якості векторизації (перетинання або недоведення лінії при приєднанні до лінії перетинання, замиканні полігонів) і корекція геометричної моделі в інтерактивному або автоматичному режимах; – контроль формату та коректності точок в інтерактивному або автоматичному режимах; – контроль коректності топології та корекція геометричної моделі як в інтерактивному, так і автоматичному режимах; – переміщення, зміна, додавання векторних об’єктів у інтерактив- ному режимі; – контроль коректності, зміна та додавання ідентифікаторів у інтер- активному режимі; – контроль правильності та повноти завдання, зміна та додавання кодів у інтерактивному режимі. 143 3.5. Загальні вимоги до документування в ГІС Технічна документація на експлуатацію ПЗ ГІС є невід’ємним атри- бутом будь-якої розробки і містить опис розв’язуваних системою зав- дань, текст і алгоритмізацію їх розв’язку, а також контрольні приклади. Документування в ГІС повинно включати (рис. 3.10): – документування розробки ГІС; – документування продукції ГІС; – документування управління проектом створення й експлуатації ГІС. Документація розробки ГІС повинна описувати процес розробки, визначати: вимоги, яким повинна відповідати ГІС; проект ГІС; як контро- люється її розробка та забезпечується якість; як здійснюється підтримка і розвиток. Типовими документами розробки ГІС можуть бути: – вихідне замовлення (технічне завдання) на розробку ГІС та аналіз можливості здійснення проекту; – специфікація вимог до ГІС; – специфікація функцій ГІС; – проектні специфікації, включаючи специфікації програмного за- безпечення й даних; – плани розробки; – плани створення (збору) й тестування; – плани забезпечення якості, стандарти й графіки; – плани підтримки, розвитку й використання. Документація продукції ГІС повинна визначати види геоінформа- ційної продукції, забезпечувати інформацію, необхідну для виробництва, перетворення, оновлення, визначення якості й передачі продукції, ство- рюваної в процесі експлуатації ГІС. Типовими документами продукції ГІС можуть бути: • опис продукції, що включає форму, вид, територіальне охоплення, показники якості вмісту, цифрового представлення тощо; • специфікація зовнішніх форматів подання й форматів передачі інформації. Документація управління геоінформаційним проектом повинна створюватися на основі інформації управління проектом і включати: – плани та графіки кожної стадії процесу створення ГІС і звіти про зміни графіків; – звіти про узгоджені зміни первісного проекту розробки; – звіти про рішення, пов’язані з розробкою; – розподіл обов’язків серед розробників; – прийняті стандарти та нормативні документи створення й експлу- атації ГІС і використання геоданих у предметно-проблемних галузях, визначених замовником на розробку ГІС. 14 Рис. 3.10. Вимоги до документування в ГІС 144 145 3.6. Класифікація ГІС Класифікація у будь-якій галузі знань є надзвичайно важливим і складним завданням, що пояснюється декількома причинами, найбільш істотною з яких є велика кількість конкретних варіацій систем. Це призво- дить до того, що іноді взагалі складається враження їх повного співпадіння з усіма типами наявних об’єктів. Інша проблема полягає в абстрактності розуміння самої системи. Крім того, до цього часу не розроблені загальні параметри, які б могли б характеризувати будь-яку інформаційну систему взагалі та ГІС зокрема. Найважливіше призначення будь-якої класифікації – опис властивос- тей системи, її класів і підкласів, видів і підвидів, об’єктів, які б надавали можливість використовувати їх для ідентифікації конкретних систем, з якими зіштовхується користувач, дослідник, інженер, винахідник. Класи- фікація дозволяє узагальнити накопичений досвід, впорядкувати поняття предметної сфери. Під класифікацією розуміють або розподіл певної сукупності об’єк- тів на класи за найбільш істотними ознаками, або операцію об’єднання, бо множина об’єктів, що підлягає класифікації, поєднується у певні групи за характерними ознаками. Класифікаційними ознаками є ті ознаки, які, на думку того, хто вико- нує класифікацію, є визначальними для даного класу об’єктів. Класифікація проводиться тільки тоді, коли є множина об’єктів і серед них необхідно встановити певний порядок, об’єднати у певні групи за певними ознаками. Ознака або їх сукупність, за якими об’єкти поєднуються в класи, є основою класифікації. Клас – група об’єктів, які характеризуються низкою спільних властивостей. Класифікація об’єктів – це процедура групування на якісному рівні, спрямована на виділення однорідних властивостей. Стосовно інформації, у тому числі й просторової, про об’єкт класифікації, виділені класи називають інформаційними об’єктами. Властивість інформаційного об’єкта визначається інформаційними параметрами, які називаються атрибутами (реквізитами). Атрибут (від лат. attributium – додане) – логічно неподільний ін- формаційний елемент, який описує певну властивість об’єкта, про- цесу, явища тощо. Крім виявлення загальних властивостей інформаційного об’єкта, класифікація потрібна для розробки правил (алгоритмів) і процедур обробки інформації, поданої сукупністю атрибутів (реквізитів). При будь-якій класифікації, бажано дотримуватися таких вимог: – забезпечення повноти охоплення об’єктів розглянутої галузі; – забезпечення можливості включення нових об’єктів. 146 У будь-якій країні розроблюються та використовуються державні, галузеві та регіональні класифікатори. Наприклад, класифікуються галузі промисловості, обладнання, професії, одиниці виміру, статті витрат тощо. Класифікатор – систематизоване зведення найменувань і кодів класифікаційних угрупувань. При класифікації широко використовуються поняття "класифіка- ційна ознака" та "значення класифікаційної ознаки", які дозволяють вста- новити схожість або відмінності об’єктів. Можливий також підхід до класифікації з об’єднанням цих двох понять в одне, яке називається ознакою класифікації (основа поділу). Будь-яка класифікація завжди має абсолютність і відносність. Абсолютність класифікації означає, що система віднесена до певного класу, має ті ж характеристики, що й інші системи даного класу та підпорядковується тим же закономірностям. Відносність класифікації полягає в тому, що крім чітко визначеного поділу, існують системи, які займають проміжне місце. Відносність озна- чає також те, що система може бути віднесена до тієї або іншої групи залежно від того, з якої точки зору розглядається система, які властивості цікавлять класифікатора в процесі аналізу, які проблеми вирішуються за допомогою даної системи. Будь-яка класифікація завжди є відносною та служить певній меті. Аналіз існуючих класифікацій з урахуванням логічних правил роз- поділу всього об’єму понять, пов’язаних із системами, дозволяє сформу- лювати такі вимоги до побудови класифікації: – в одній і тій же класифікації необхідно застосовувати одну і ту ж основу; – обсяг елементів класифікованої сукупності повинен дорівнювати об’єму елементів усіх утворених класів; – члени класифікації (утворені класи) повинні взаємно виключати один одного, тобто повинні бути непересічними; – поділ на класи (для багаторівневих класифікацій) повинен бути безперервним, тобто при переході з одного рівня ієрархії на інший необ- хідно обирати для дослідження найближчий за ієрархічною структурою системи клас. Мінімальний набір критеріїв, який дозволяє ідентифікувати кожну конкретну ГІС, утворює "систему координат", осями якої є: територіаль- не охоплення, пов’язаний із ним функціональний масштаб (просторова розрізненність), предметна галузь геоінформаційного моделювання та проблемна орієнтація. ГІС можна класифікувати за різними ознаками та характеристиками, але при цьому потрібно враховувати той факт, що жорстка конкурентна боротьба між основними виробниками спеціалізованого програмного 147 забезпечення веде до удосконалення ГІС від версії до версії. Отже, крите- рії оцінки систем вкрай умовні й справедливі лише протягом певного часового інтервалу. Сучасні ГІС можна класифікувати за ознаками: – за територіальним охопленням (рис. 3.11): • глобальні, або планетарні ГІС (global GIS – відповідають масшта- бам 1:1000 000–1:100 000 000 і менше, охоплюють території 10 5 –10 8 км 2 ; • субконтинентальні ГІС; • національні (державні) ГІС – відповідають масштабам 1:100 000– 1:10 000 000, охоплюють території 10 4 –10 7 км 2 ; • регіональні ГІС (regional GIS) – відповідають масштабам 1:100 000– 1:1000 000 і охоплюють території 10 3 –10 5 км 2 ; • субрегіональні ГІС; • локальні, або місцеві ГІС (local GIS) – відповідають масштабам 1:1000–1:1000 000, охоплюють території до 10 3 км 2 ; • міські (муніципальні – urban GIS) – відповідають масштабам 1:5000 і більше, охоплюють території 10 2 –10 3 км 2 Класифікація ГІС залежно від охоплення території ґрунтується не стільки на величині площі досліджуваної території, скільки на рівні узагальненості об’єктів дослідження. Глобальні (планетарні) Субконтинентальні Національні (державні) Субрегіональні Регіональні Локальні (місцеві) Рис. 3.11. Класифікація ГІС за територіальним охопленням 148 Топографічні карти та плани, що лежать в основі ГІС, залежно від масштабу мають різну детальність відображення території. Якщо на топографічному плані масштабу 1:500 можна побачити будь-яку лінію електропередач або лінію електрозв’язку, будь-яку трубу або криницю, кожне дерево або кущ, то на масштабі 1:200 000 навіть не всі дороги та річки підлягають відображенню, а окремі будівлі взагалі не вказуються. Власне, якщо необхідно створити муніципальну ГІС для управління окре- мими суб’єктами та комунікаціями, то береться детальна карта, де ці елементи відображені, а для створення національної ГІС навіть площа районного центру не має значення, тому для такої карти достатньо масштабу 1:1000000 і менше; – за призначенням (рис. 3.12): • земельно-кадастрові; • природоохоронні ГІС (environmental GIS); • територіальні; • геологічні; • інженерних комунікацій і міського господарства; • екологічні; • надзвичайних ситуацій; • промислово-картографічні; • соціально-економічні; • транспортні; • спеціальні (навігаційні, ГІС для бізнесу, охорони здоров’я, сіль- ського господарства, археологічні тощо); – за проблемно-тематичною орієнтацією (рис. 3.13): • багатоцільові; • інформаційно-довідкові; • моніторингові й інвентаризаційні; • дослідницькі; • прийняття рішень; • навчальні; • видавницькі; • іншого призначення; 149 Земельно-кадастрові Природоохоронні Територіальні Геологічні Інженерних комунікацій і міського господарства Екологічні Надзвичайних ситуацій Промислово- картографічні Соціально-економічні Спеціальні Рис. 3.12. Класифікація ГІС за призначенням 150 Багатоцільові Інформаційно-довідкові Моніторингові й інвентаризаційні Дослідницькі Прийняття рішень Навчальні Видавницькі Інші Рис. 3.13. Класифікація ГІС за тематичною орієнтацією – за класом вирішуваних задач (рис. 3.14): • інтегровані ГІС (ІГІС) (integrated GIS, IGIS); • полімасштабні, або масштабно-незалежні ГІС (multiscale GIS); • просторово-часові ГІС (spatio-temporal GIS); 151 Інтегровані ГІС Полімасштабні ГІС Просторово-часові ГІС Рис. 3.14. Класифікація ГІС за класом вирішуваних задач – за способом організації даних (рис. 3.15): • векторні; • растрові; • гібридні; • двовимірні, тривимірні, чотиривимірні тощо. Векторні ГІС Растрові ГІС Гібридні ГІС Тривимірні ГІС Рис. 3.15. Класифікація ГІС за способом організації даних 152 З розвитком технологій тривимірного моделювання та можливостей апаратного забезпечення все більш рельєфно проступають недоліки двовимірних ГІС: – відсутність можливості візуалізації об’єктів проектування в тривимірному ландшафті; – відсутність можливості просторового аналізу об’єктів з різних точок обстеження з врахуванням їх атрибутивних характеристик; – проблеми з поданням об’єктів і переключенням від одного об’єкта до іншого при перетинанні об’єктів, розташуванні їх одним над одним тощо; – трудомісткий процес подання в зручному вигляді декількох аль- тернативних варіантів планування території, складність їх корегування. Ці та інші недоліки спричиняють реальні втрати часу та грошей у процесі розробки й узгодження проектів. Перехід до тривимірного подан- ня об’єктів на місцевості відкриває нові можливості, дозволяє розв’язувати такі задачі: створення тривимірних візуалізацій ландшафтів території, місто- будівного оточення й інфраструктури в масштабах сотень кілометрів; усебічне подання проекту, включаючи можливість підготовки декількох варіантів проекту та його фотореалістичної візуалізації в 3D (особливо це важливо у випадку, коли проект демонструється непідготов- леній аудиторії); планування розвитку територій, ескізне пророблення різних варіантів розвитку території в режимі реального часу; проведення ландшафтного аналізу, оцінки висотних характеристик об’єктів і взаємодії об’єктів один з одним і навколишнім середовищем; аналіз об’ємних просторових даних і надання результатів аналізу в зручному для сприйняття вигляді; створення якісних презентаційних матеріалів і відеороликів тощо. Таким чином, застосовуючи в найрізноманітніших сферах діяльності людини, в тому числі всі переваги класичних ГІС, але розв’язуючи більш складні та нові задачі, тривимірні ГІС (3D) стають набагато більш ефек- тивнішими. Тому сьогодні однією з основних тенденцій світового ринку в сфері проектування є перехід від двовимірного проектування до триви- мірного моделювання, а також впровадження сучасних тривимірних ГІС і їх вихід на перший план; – за типом використовуваного апаратного забезпечення (рис. 3.16): • професійні; • настільні; • САПР ГІС; • інтернет ГІС; 153 – за принципом архітектурної побудови: • закриті системи – характеризуються відсутністю можливостей розширення функцій (відсутня вбудована мова для напису додатків), однак при цьому мають наднизьку ціну продажу і в основному короткий життєвий цикл; • відкриті системи зазвичай мають у своєму арсеналі від 70 % до 90 % убудованих функцій і на 10–30 % можуть бути добудовані самим користувачем за допомогою спеціалізованого апарату створення до- датків, дозволяють налаштовувати систему під себе, адаптувати до нових форматів, нових типів даних, змінювати зв’язки між існуючими додат- ками тощо. Рис. 3.16. Класифікація ГІС за типом використовуваного апаратного забезпечення Термін "відкриті системи" означає відкритість для користувача, лег- кість пристосування, розширення, зміни, адаптацію до нових форматів, даних, що одержали зміни, зв’язок між існуючими додатками. 154 За вартістю відкриті системи дорожчі закритих, однак мають більш тривалий життєвий цикл; – за типом програмного забезпечення (мови програмування, гра- фічні стандарти, інтерфейси користувача тощо). Але така класифікація є не зовсім коректною, оскільки, виходячи з визначення, ГІС – це інте- грована інформаційна система, що складається з різних технологічних компонентів і поєднує їх у собі. Програмні засоби виступають як частина системи, до того ж вони розрізняються за функціональною повнотою і не всі забезпечують повний цикл створення та функціонування ГІС. Наприклад, потужний інструментальний пакет ARС / INFO (фірми ESRI, США) не може існувати без операційних і мережевих систем, систем міжмережевої взаємодії, сервісних програм, засобів захисту інформації тощо. Програмні засоби не можуть функціонувати без зв’язку з апаратни- ми засобами, склад яких є дуже важливим і від яких залежить прин- ципова можливість побудови та ефективність роботи тієї або іншої ГІС. Підбір програмних і апаратних засобів неможливо здійснити без організаційних заходів, підбору обслуговуючого персоналу та його квалі- фікації. Кожен із компонентів, що входять до складу ГІС, є важливим і не може існувати без зв’язку з іншими; – за способами структурування даних (геометричні та тематичні моделі, види структур векторних, тематичних і растрових даних); – за методами організації даних у просторово-орієнтованих базах даних (логічна модель бази даних, фізичний рівень); – за типом функцій аналізу подання (візуалізації) даних тощо. 155 IV. ПОДАННЯ ОБ’ЄКТІВ РЕАЛЬНОГО СВІТУ В ГІС Щоб зрозуміти важливість ГІС для сучасного розвитку суспільства, необхідно звернутись до їх застосування. Ми існуємо в просторі та часі і потребуємо інформацію, яка має просторовий і часовий виміри. На сьогодні є ГІС і ГІТ ефективним інструментом для розв’язку величезної кількості завдань у різних сферах людської діяльності, де використовується просторова інформація, а геопростір є тією інте- груючою основою, на якій формується вся просторова тематична та непросторова семантична інформація, що й обумовлює ефективне використання ГІТ для вирішення безлічі прикладних задач. 4.1. Визначення поняття геопростору Об’єктом дослідження ГІС є простір і просторові об’єкти (процеси, явища, події), що знаходяться (відбуваються) в цьому просторі. В ГІС ви- вчають не весь простір, а лише фізичну оболонку Землі з наявними на ній об’єктами природного та штучного походження. Таке звуження простору називають геопростором. Простір мікросвіту й космічний простір не вклю- чаються в це поняття 15 . Іншим критерієм, який обмежує включення інших просторів у поняття геопростору, є можливість застосування для їх вивчен- ня й моделювання координатних систем: географічних і геодезичних. Геопростір є континуумом 16 різних географічних об’єктів. Прикладами географічних об’єктів є будівлі, люди, щільність населення, дерева, лісо- вий масив, ділянка забруднення, промислові зони, границя, дорожньо- транспортна пригода, зона шуму, ґрунти, мікрорайон, інженерні комуні- кації, дорога, річка, адміністративно-територіальна одиниця, земельна ділянка тощо. Геопростір – це географічна оболонка Землі, яка підлягає вивчен- ню, відображенню та моделюванню на обмеженій території, в певний період часу, в межах об’єктового складу, переліку й ступеня деталь- ності його властивостей, зазначених споживачем геоінформації [22]. Геопростір як різновид простору характеризується [15]: неоднорід- ністю, континуальністю, довжиною, дискретністю, динамічністю, 15 Проте, якщо в ГІС змінити модель еквіпотенціальної поверхні гравітаційного поля Землі на ту, що буде відповідати іншій планеті, то практично всі інші алгоритми, техніка, інструмен- тарій, прийоми й ідеї ГІС можна буде використовувати повною мірою. 16 Континуум (від лат. continuus – суцільний, безперервний) – безперервна сукупність. 156 структурністю, безперервністю, ентропією тощо. Проте, з позицій ГІС, найбільш значимими характеристиками геопростору виступають довжи- на, динамічність, структурність, безперервність. Довжина геопростору характеризується територіальним охоплен- ням: планета, півкуля, континент або океан, група держав, країна, регіон (наприклад, Полісся, Слобожанщина, Поділля, Київська область), одиниця адміністративно-територіального поділу, населений пункт, його частина тощо. Динамічність геопростору зумовлена його мінливістю та нерозрив- ним зв’язком із часом. Ця обставина, з одного боку, дозволяє отримати інформацію як про минулий, так і про майбутній стан простору (у вигляді проекту, прогнозу), а з іншого – потребує фіксації моменту вивчення геопростору або його складових [20]. Структурність геопростору проявляється в наявності та розташу- ванні об’єктів геопростору (предметів, явищ і проявів процесів), що знаходяться і відбуваються в геопросторі в конкретний момент часу. Прикладами процесів, що відбуваються в геопросторі, є: повені, епідемії, забруднення навколишнього середовища, військові операції, демографічні процеси, розподіл температур тощо. Об’єкти геопростору можуть бути конкретними (наприклад, населені пункти) або абстрактними (щільність населення), реальними (річкова мережа) або передбачуваними (проектована мережа зрошення) [20]. Безперервність геопростору характеризується обов’язковою наявніс- тю в кожній його точці певного об’єкта. Не існує "пустого" геопростору. Між просторовими об’єктами формується складна система відношень, які функціонують і розвиваються в часі та просторі. 4.2. Визначення поняття просторового об’єкта та його опис у ГІС Поняття просторового об’єкта є одним із ключових у ГІС. Будь- який конкретний або абстрактний об’єкт реального світу, що визначається однозначним змістом і межами, може бути описаний (змодельований) в ГІС у вигляді набору просторових об’єктів. Під просторовим об’єктом розуміють образ географічної сутності – існуючого предмета або явища, розташованого на земній поверхні, просторова локалізація якого є суттєвою з точки зору виконуваного дослідження 17 17 У теорії та практиці застосування баз даних термін "об’єкт" вживається як у значенні клас об’єктів, так і у значенні екземпляр класу. В подальшому під об’єктом будемо розуміти саме клас об’єктів, а конкретні зразки об’єктів будемо називати екземплярами. 157 Просторові об’єкти завжди розглядаються в ГІС як цілісні утворен- ня. Це означає, що для просторового об’єкта існує набір характеристик, що описують його як цілісне явище, а не окремі його частини чи точки земної поверхні, що формують цей об’єкт. Кожен з цих об’єктів займає певне просторове положення, унікальність якого слугує для індиві- дуалізації об’єктів, їх розрізнення один від одного. Просторовий об’єкт іноді називають географічним об’єктом або геооб’єктом. Іноді використовуються терміни "територіальна система", "просторово-розподілена система" тощо. Геоб’єкт – це абстракція, яка слугує відображенням певним чином розпізнаної сутності на земній поверхні, причому в даній абстракції пред- ставлено принаймні дві чітко виділені складові частини (рис. 4.1): • позиційна (spatial, locational) – описує просторове розташування (spatial location) об’єкта (явища, процесу) дослідження в заздалегідь визначеній системі координат; • непозиційна (aspatial) – описує непросторові якісні, семантичні характеристики геооб’єкта. Рис. 4.1. Складові опису геооб’єкта в ГІС З точки зору системного принципу пізнання, геооб’єкти прийнято розглядати як просторово-часові системи, що представляють собою безліч елементів, компонентів, підсистем і систем різного роду, а також відношень та зв’язків між ними. Просторове подання використовується для передачі інформації про розташування геооб’єкта на поверхні Землі та його топологію (опис взаєм- ного положення об’єктів та їх частин). Крім того, до просторового подання включають ідентифікатори (для зв’язку з непросторовими характерис- тиками). Вищезазначена група даних одержала назву просторових даних, а інформацію, що міститься в них, називають просторовою (метричною, координатною, позиційною). Основна вимога до таких даних – точність подання просторових об’єктів. Ідентифікатор (identifier) – унікальний номер, який присвоюєть- ся об’єкту в процесі введення його в базу даних ГІС, або його номер у певному реєстрі або кадастрі, який слугує для пов’язування просто- рових і атрибутивних типів даних. Опис геооб’єкта в ГІС Позиційний (просторовий, метричний, координатний) Непозиційний (атрибутивний, семантичний) 158 Геооб’єкт у ГІС – цифрова модель (цифрове подання) будь-якого конкретного реального об’єкта, що містить дані про його місце розташування та набір характеристик (атрибутів). Геодані (просторові, геопросторові, географічні дані) – просторові і часові дані, що відбивають властивості об’єктів реального чи віртуаль- ного світу (навколишнього простору), процесів і явищ, що відбуваються на Землі та включають відомості про їх місце розташування і властивості. Будь-які дані про реальні об’єкти та події навколишнього світу в тій або іншій мірі містять "просторову" складову. Навіть якщо мова йде про окремих громадян нашої держави, то існуюча в країні "реєстрація" або прописка, гарантує "прив’язку" кожного громадянина до певної адреси, яка, як відомо, пов’язана з певним житловим будинком, що у свою чергу має точне місце розташування на території населеного пункту або місце- вості. Просторовий аспект мають будівлі й споруди, земельні ділянки, водні, лісові та інші природні ресурси, транспортні магістралі та інженер- ні комунікації, аварії, що виникають на інженерних комунікаціях, надзви- чайні ситуації, військові операції тощо. Автомобіль, що стоїть або руха- ється по автобану, поїзд, що перевозить пасажирів з одного населеного пункту в інший, літак, що летить за певним маршрутом, пароплав, що здійснює круїз, деталь, яка рухається конвеєром на території заводського цеху, – всі вони мають свої координати на земній поверхні. Додаткова непросторова інформація – атрибутивне подання, допо- магає описувати просторові об’єкти, надаючи опис характеристик об’єкта (рис. 4.2). Іншим прикладом можуть слугувати атрибути будинків (рис. 4.3). Варто відзначити, що атрибути необов’язково описують видимі характе- ристики – у ГІС можна зберігати будь-яку інформацію, пов’язану з об’єктом, наприклад, рік побудови. Під атрибутами розуміють змістовні, тематичні властивості гео- об’єктів. Рис. 4.2. Просторові й атрибутивні дані 159 Рис. 4.3. Атрибутивні дані (колір даху, наявність або відсутність балкона) Процес привласнення геооб’єктам атрибутів або пов’язування геооб’єктів з атрибутом називається атрибутуванням (attribute tagging, attribute matching). Атрибут (attribute) – властивість, якісна або кількісна ознака, що характеризує просторовий об’єкт (але не пов’язана з його місцем розта- шування) та асоційована з його унікальним номером або іденти- фікатором. Атрибут може бути простим (число, символ, рядок тощо) та склад- ним. Тип атрибута визначає множину його значень. Основна вимога до атрибутивних даних – повнота опису. Атрибути просторових об’єктів зберігаються в базах даних або в убудованих (внутрішніх), або розподілених (зовнішніх). Відповідно до цього, атрибути поділяють на внутрішні і зовнішні. Внутрішні атрибути – це інформація, яка зазвичай міститься в легенді карти, наприклад, для гіпсометричної карти – це шкала висот; для ґрунтової карти – ґрунтові різновиди, що виділені на ній; для ландшафт- ної карти – морфологічні або будь-які інші одиниці ландшафту тощо. До внутрішніх атрибутів відносяться: • ідентифікатори (унікальні мітки); • масиви однорідних даних; • опис топології просторових об’єктів. Усі інші атрибути, крім зазначених, відносяться до зовнішніх. Природа просторових і атрибутивних даних є різною, відповідно різними є і методи маніпулювання (збереження, введення, редагування, пошуку й аналізу) для цих двох складових ГІС. Одна з основних ідей, впроваджених у традиційних ГІС, – це збере- ження зв’язків між просторовими й атрибутивними даними при розділь- ному їх збереженні та частково роздільній обробці. Однотипні об’єкти за просторовою або тематичною ознаками поєд- нуються в тематичні шари цифрової карти (рис. 4.4), що розглядаються як окремі інформаційні одиниці, однак у ГІС завжди є можливість поєд- нання всієї наявної інформації. 160 Рис. 4.4. Організація збереження даних у ГІС Розміщення об’єктів на шарах залежить у кожному окремому випадку від особливостей конкретної ГІС, а також від особливостей вирішуваних завдань. У більшості ГІС інформацію на окремому шарі складають дані з од- нієї таблиці БД. Буває, що шари утворюються з об’єктів, складених з однорідних геометричних примітивів. Це можуть бути шари з точковими, лінійними або площинними географічними об’єктами. Іноді шари ство- рюються за певними тематичними властивостями об’єктів, наприклад, шари залізничних ліній, водойм, природних копалин тощо. ГІС дозволяє користувачу керувати шарами. Основні керуючі функції – це видимість / невидимість шару, можли- вість редагування, доступність. Крім усього, користувач може збільшувати інформативність цифрової карти шляхом виведення на екран значень атрибутів просторових даних. |