Зацерковний В.І. та ін. ГІС та бази даних. І бази даних
 Скачать 31.1 Mb.
|
|
1.3. Компоненти інформаційних систем Інформаційна система в елементарній формі – це система запи- тів-відповідей для множини даних, яка передбачає таку послідовність операцій: отримання даних, їх аналіз і використання для прийняття рішень. За функціональним складом будь-яку ІС можна представити у вигляді чотирьох підсистем (рис. 1.5). Рис. 1.5. Складові компоненти інформаційної системи ІС включають декілька головних компонентів, незалежно від сфери їх практичного застосування. 31 Інформаційне забезпечення (ІЗ) – сукупність методів і засобів для розміщення й організації інформації, які включають системи класифікації, кодування, уніфіковані системи документації, методи створення внутрішньомашинної інформаційної бази ІС. Саме ІЗ поєднує компоненти (програмне забезпечення, апаратне забезпечення, персонал тощо) в єдину систему і надає їй можливість функціонувати в умовах змінного зовнішнього середовища. Забезпечення раціональної загальносистемної технології в складних ІС потребує аналізу великої кількості варіантів. Програмне забезпечення (ПЗ) – сукупність програмних засобів для створення й експлуатації ІС засобами обчислювальної техніки. Це один із основних і найбільш коштовних компонентів ІС, який характе- ризується складністю та трудомісткістю розробки, необхідністю високо- кваліфікованих кадрів для його створення. Від якості ПЗ залежить функціонування всієї системи. ПЗ включає в себе: – системне ПЗ – для забезпечення взаємодії людини з комп’ю- тером, здійснення базових операцій введення-виведення інформації та її резервування; – комунікаційне ПЗ – для забезпечення користувачів ІС засобами обміну інформацією, колективного використання всіх ресурсів (апарат- них, програмних, інформаційних); – прикладне ПЗ – для розв’язку різноманітних завдань у конкретній предметній сфері. Існує вузькоспеціалізоване програмне забезпечення (бухгалтерське, економічного аналізу, технологічне тощо) і призначене для широкого застосування в різних галузях (текстові процесори, електронні таблиці, бази даних тощо). Апаратне забезпечення – комплекс технічних засобів, що застосовуються для функціонування інформаційної системи. Включає в себе весь перелік технічних засобів: для збору інформації; введення й обробки інформації в електронно-обчислювальній машині (ЕОМ); внутрішні та периферійні засоби телекомунікації; засоби візуалізації, які комплектуються з урахуванням специфіки предметної галузі, змісту та способів використання відомостей, що отримуються і зберігаються в системі тощо. Правове забезпечення – сукупність правових норм, що регламентують створення та функціонування ІС. Лінгвістичне забезпечення – сукупність мовних засобів, які використовуються на різних стадіях створення й експлуатації ІС для підвищення ефективності розробки та забезпечення спілкування людини і ЕОМ. 32 1.4. Поняття про геоінформатику та географічні інформаційні системи Геоінформатика – галузь науки і техніки, яка відображає та вивчає природні й соціально-економічні геосистеми, їх взаємодію та розвиток за допомогою комп’ютерного моделювання на основі інфор- маційних систем і технологій, баз даних і баз знань. Термін "геоінформатика" складається з трьох слів: географія, інформація й автоматика, що вказує на три основних джерела і три складові частини наукової дисципліни. Хоча сьогодні є всі підстави вважати, що геоінформатика ближче до інформатики, ніж, наприклад, до географії. Геоінформатика оперує сучасними концепціями інформатики і переносить їх у прикладні сфери. Геоінформатика вивчає принципи, техніку й технологію одержання, накопичення, передачі, обробки та подання даних і є засобом отримання на їх основі нової інформації і знань про просторово-часові явища, проце- си, об’єкти. Іншими словами, геоінформатика – наукова дисципліна, підрозділ інформатики, предметом якої є інформація, що має просторову прив’язку (географічно координовані дані). Предметом геоінформатики є безліч просторово-часових інформаційних потоків, що охоплює інформацію про географічне, геологічне і космічне середовища (рис. 1.6). Рис. 1.6. Предмет і методи геоінформатики: БД – бази даних; ММ – математичні моделі; ІМ – імітаційні моделі; БЗ – бази знань; КМ – картографічні моделі; ФМ – фотометричні моделі; МШІ – моделі штучного інтелекту 33 Геоінформатика інтегрувала в собі теорію, методи й традиції кла- сичної картографії та географії з можливостями й апаратом прикладної математики, інформатики і комп’ютерної техніки. Поєднання цих наук отримало назву "геоматика" 2 [1]. Геоматика займається розв’язком необ- хідних прикладних задач з можливостями людини, обчислювальної тех- ніки й програмних засобів, які опрацьовують географічну (просторову) інформацію й передають її споживачам на екран монітора, друкувальний пристрій або на канали зв’язку. Своїм виникненням геоінформатика зобов’язана розвитку фунда- ментальних наук ХХ століття – кібернетики, теорії інформації, загальній теорії систем, прикладній інформатиці, глобальному моделюванню, енергетиці, оптимології та низки інших, що стали основою нового напрямку. Саме геоінформатика надає можливість, з одного боку, об’єднати різні науки про Землю, а з іншого – забезпечити їх взаємозв’язок з інши- ми науками як природного, так і гуманітарного напрямів. У прикладних задачах ГІС виступають здебільшого як засіб прий- няття рішень, а в наукових дослідженнях ГІС виступають як системи, потенційно спрямовані на одержання нових знань і наукових даних. ГІС – це підклас інформаційних систем. Зв’язок базових знань інформатики та геоінформатики представлений у табл. 1.1. Таблиця 1.1 Зв’язок базових знань інформатики з основними поняттями геоінформатики Базові поняття інформатики Базові поняття геоінформатики Інформація Геоінформація Інформаційна система Геоінформаційна система Інформаційні технології Геоінформаційні технології Інформація є об’єктом наукової дисципліни інформатики, яка з’явилася з надр іншої, більш загальної дисципліни – кібернетики (рис. 1.7). 2 Геомáтика (англ. geomatics). Термін був започаткований у Канаді для опису видів діяль- ності з інтеграції всіх засобів збору та управління просторовими даними для наукових, адміністративних і технічних операцій, пов’язаних із виробництвом та управлінням просто- ровою інформацією. Використовується як синонім геоінформатики, або геоінформаційного картографування. 34 Рис. 1.7. Формування геоінформаційної системи Кібернетика 3 (від грец. Kybernetike – мистецтво управління, від грец. Kybernao – правлю рулем, керую, від грец. Χοβερυω – керманич) – наука про загальні закономірності процесів управління й передачі інформації в машинах, живих організмах та суспільстві. Інформатика – це галузь науки, яка вивчає структуру і загальні властивості інформації, а також питання, пов’язані з її збором, збереженням, пошуком, переробкою, перетворенням, поширенням і використанням у різноманітних сферах діяльності. Об’єктом інформатики є інформація. ГІС є підкласом ІС, які мають свої особливості. Вони будуються з урахуванням закономірностей геоінформатики і методів, що застосову- ються в цій науці. Частина "гео" в назві ГІС визначає об’єкт досліджень, а не предметну галузь дослідження цих систем, тому ГІС – це не ІС для географії, це – ІС з географічною (просторовою) організацією інформації. У Національному стандарті України ДСТУ ISO 19101:2002 дається таке визначення: "Географічна інформація (Geographic Information) – інформація про об’єкти та явища, які безпосередньо або опосеред- ковано пов’язані з певним місцеположенням відносно Землі" [55]. Іншими словами, географічна інформація – це інформація про об’єкти, системи об’єктів, явища й процеси реального світу, що мають або можуть мати просторову прив’язку в реальному просторі Землі. 3 Термін "кібернетика" в сучасному розумінні – наука про загальні закономірності процесів управління та передачі інформації в машинах, живих організмах і суспільстві вперше був запропонований Норбертом Вінером у 1948 р. 35 У праці [56] наводиться таке пояснення: "… географічна інформація – це інформація про ділянки поверхні Землі, знання відносно того, де зна- ходиться щось, знання відносно того, що є у даному місці. Географічна інформація має відношення до Землі, її двовимірній поверхні, її тривимірного простору". 1.5. Поняття про геодані Будь-який конкретний або абстрактний об’єкт реального світу, який може бути визначений однозначним змістом і межами й описаний в ГІС у вигляді набору геоданих, має назву реального просторового об’єкта (Spatial Entity Object) або географічного об’єкта (Geographic Entity). Географічні об’єкти в ГІС подаються як набір просторових і атри- бутивних даних із загальною назвою географічні дані (Geographic data). Географічні дані – це дані, які описують певну частину поверхні Землі або об’єкти, що знаходяться на цій поверхні. Вони показують об’єкти з точки зору розташування їх на поверхні Землі, тобто представляють собою географічну карту місцевості. Просторові дані – це дані про місце розташування об’єктів або поширенню явищ, які представлені в певній системі координат у словесному або числовому опису. Приклади географічних і просторових даних наведені на рис. 1.8. Рис. 1.8. Приклади географічних і просторових даних Дані Географічні Просторові описують об’єкт шляхом указівки його розташування відносно річок, гірських масивів (вершин), улоговин тощо описують об’єкт шляхом указів- ки його географічних координат (широти і довготи), поштової адреси (країна, регіон, поштовий індекс, вулиця, будинок тощо 36 Рис. 1.9. Компоненти (складові) географічних даних Географічні дані (геодані) містять чотири інтегрованих компоненти (рис. 1.9): – географічне положення (розміщення) просторових об’єктів по- дається 2-х, 3-х або 4-мірними координатами в географічно співвідне- сеній системі координат (широта / довгота); – атрибути (семантичні дані) − властивість, якісна або кількісна ознака, яка характеризує просторовий об’єкт, але не пов’язана з його місцем розташування; – просторові відношення − внутрішні взаємовідношення між про- сторовими об’єктами (наприклад, напрямок об’єкта А щодо об’єкта В, відстань між об’єктами А і В, вкладеність об’єкта А в об’єкт В тощо); – часові характеристики подаються в вигляді строків одержання даних, визначають їх життєвий цикл (строків придатності або достовір- ності), зміну місця розташування або властивостей просторових об’єктів у часі. Геодані – це дані про локальні просторові властивості: місце розташування, форму, розміри та просторові відношення географіч- них об’єктів, явищ, процесів у реальному земному просторі. До них відносяться: • географічна широта та довгота; • прямокутні координати; • поштові адреси; поштові індекси й інші коди, які ідентифікують попередньо поділені ділянки території; • місцеположення, зафіксоване на карті або в просторі. За змістовністю геодані поділяються на базисні (координатні) та спеціальні (тематичні, атрибутивні). Просторові характеристики визначають положення об’єкта в зазда- легідь визначеній системі координат. Координатна компонента характе- ризує місце розташування, форму, розміри, просторові відношення об’єктів дослідження в ГІС. Компоненти геоданих Географічне положення Атрибути Просторові відношення Часові характеристики 37 Традиційно пов’язують просторовий опис із координатними систе- мами. Такий тип даних отримав назву позиційного, оскільки він відображає ту частину інформації про об’єкти, яка визначає їх місце розташування (позицію) на земній поверхні або в певній системі координат. Основною вимогою до просторового опису є точність відображення. Положення або розміщення просторових об’єктів визначається відносно (топологічно) або абсолютно. Відносне положення може задаватися в локальній системі коорди- нат або за допомогою коду, який визначає належність об’єкта до тієї або іншої групи (підмножини) об’єктів. Така група об’єктів може співвідно- ситися з певним територіальним утворенням, наприклад, суб’єктом держави або адміністративним районом. Геодані можна пов’язувати між собою в топологічні відношення, що дає можливість при використанні ГІС та ГІТ отримувати нові відомості. Абсолютне положення може задаватися в локальній системі координат або за допомогою системи координат, єдиній для всіх об’єктів. Атрибутивні (семантичні) дані – це дані, якими описується зміс- товна, значеннєва інформація про географічні об’єкти, властивості географічних об’єктів. Атрибути поділяються на внутрішні та зовнішні. До внутрішніх атри- бутів відносять ідентифікатори (унікальні мітки) масивів даних, а також опис топології просторових об’єктів. Зовнішні атрибути – це інформація, яка зазвичай міститься в легенді карти, наприклад, для гіпсометричної карти – це шкала висот, для карти ґрунтів – виділені на ній ґрунтові різновиди, для ландшафтної карти – морфологічні або інші одиниці ландшафту тощо. Тематичний аспект (тема) обумовлений наявністю ознак певної тематики або предметної сфери. Це можуть бути економічні, статистичні, технічні, організаційні, управлінські та інші типи даних. Основною вимогою до тематичних даних є "повнота", яка означає, що цих даних достатньо для вирішення практичних задач і немає необхідності проводити додатковий збір даних. Властивість – це категорія, яка обумовлює відмінність або спіль- ність об’єкта з іншими об’єктами і виявляє себе при зіставленні різних об’єктів. За обробкою виділяють такі геодані: – геометричні (положення та форма об’єктів); – топологічні (просторові зв’язки між об’єктами); – графічні (сигнатура, колір, відображення); – метадані (алфавітно-цифрові дані опису семантики). 38 1.6. Задачі геоінформатики Геоінформатика – це наука, яка вивчає інформаційні процеси, що відбуваються у природі, суспільстві, свідомості з метою розкрит- тя сутності чотирьох великих феноменів дійсності – Космосу, Землі, Життя і Людини у їх нерозривному зв’язку. Головною задачею геоінформатики є дослідження та використання просторових відношень. Згідно з міжнародним стандартом ISO OSI/TC 211: Geographic Information / Geomatics, International Draft Standart, геоінфор- матика спрямована на розвиток і застосування методів та концепцій інфор- матики для дослідження просторових об’єктів і явищ на підставі просторових відношень. Задачами геоінформатикиє вивчення загальних властивостей геоін- формації, закономірностей і методів її отримання, фіксації, накопичення, обробки й використання, а також розвиток теорії, методології і технологій створення ГІС з метою збору, систематизації, збереження, аналізу, перетво- рення, відображення й поширення просторово-координованих даних. 1.7. Визначення ГІС Геоінформатика – наука з яскраво вираженим міждисциплінарним характером, яка інтегрує різні технології та предметні сфери. Це є причи- ною розбіжностей у термінології залежно від кола вирішуваних задач, тому її досить важко "утиснути" в оболонку дефініції. Саме тому й існує велика кількість визначень ГІС. Найбільш просте і примітивне, яке використо- вується зазвичай математиками і програмістами: "ГІС – це просторово- орієнтована база даних". На перший погляд, так воно і є: ядром будь-якої ГІС є база даних, що, на відміну від інших баз даних, має географічну (просторову) при- в’язку. Однак у цьому визначенні явно переважає "машинно-програмний" підхід до ГІС. Тут втрачається головна перевага ГІС над іншими ІС і база- ми даних: можливість просторового аналізу та створення за результатами аналізу принципово нових моделей навколишнього середовища. Більш точні визначення наведені нижче. "ГІС – це комплекс апаратно-програмних засобів і діяльності людини зі збереження, маніпулювання та відображення географічних (просторово-співвіднесених) даних" [Abler R. The National Science Foundation National Center for Geographic Information and Analisis / R. Abler // Int. J. of Geographical Information Systems. – 1987. – V. 1, № 4. – Pp. 302–306]. 39 "ГІС – це внутрішньо позиціонована автоматизована просторо- ва інформаційна система, що створюється для управління даними, їх картографічного відображення й аналізу" [Berry J. Fundamental operations in computer-assisted map analisis / J. Berry // International Journal of Geographical Information Systems. – 1987. – V. 1. – Pp. 119–136]. |