Зацерковний В.І. та ін. ГІС та бази даних. І бази даних
 Скачать 31.1 Mb.
|
|
Візуалізація. Сучасні ГІС володіють потужним інструментарієм для візуалізації інформації. Тематична інформація в ГІС відображається за до- помогою картографічних образів, діаграм, графіків, оформлених багатим арсеналом образотворчих засобів, адаптованих для зручного сприйняття інформації. Об’єкти карти можуть бути відображені або надруковані в будь-якій комбінації і фактично у будь-якому масштабі карти, роблячи цифрові картографічні дані більш гнучкими, порівняно з традиційними паперовими картами. 58 Більшість людей ефективніше мислять і приймають рішення, якщо їх проблема представлена у формі картин, креслень, діаграм, ілюстрацій. За допомогою нюху, дотику і слуху людина отримує лише 30 % загальної інформації про світ, а 60 % (вдумайтеся, вдвічі більше!) людина сприймає через зір. Саме тому в народі кажуть: "Краще один раз побачити, ніж сто разів почути". Властивості ока людини дозволяють миттєво оцінювати видиму ситу- ацію в цілому. Якщо уявити роботу авіадиспетчера, який отримує інфор- мацію про перебування у зоні відповідальності десятків літаків (рис. 1.18), то зрозуміло, що аналіз цього стану та прийняття відповідних рішень через візуалізацію на екрані монітора відбувається значно ефективніше, ніж у випадку опрацьовування цієї інформації на слух. Рис. 1.18. Візуалізація перебування літаків у зоні відповідальності диспетчера ГІС дозволяють реалізовувати безліч запитів і надавати відповіді зрозумілою користувачам з дитинства мовою карт. ГІС – це засіб, який допомагає підвищити якість рішень, що прий- маються, на основі ефективного подання результатів обробки й аналізу просторових даних. Ці можливості роблять ГІС надзвичайно корисною системою для широкого кола людей і організацій, для планування стратегії та управління інфраструктурою. Крім того, до відмінностей ГІС від інших ІС можна віднести те, що це: – людино-програмно-машинний комплекс із прийому, обробки, збе- реження, аналізу та передачі будь-якої просторово-розподіленої інфор- мації; – можливість оперативного реагування на будь-яку ситуацію, яка виникла на будь-якій території, з отриманням за нею всієї необхідної картографічної і тематичної інформації; 59 – можливість накладання різноманітної тематичної інформації на той самий просторовий контур й отримання нової інформації про територію; – аналітичне, картометричне дослідження й аналіз з одночасною побудовою будь-яких карт, планів і схем; – моделювання тих чи інших процесів, явищ і вивчення змін їхнього стану в часі; – візуалізація просторової інформації й можливість її подання в динамічному режимі; – управління ресурсами та територіями; – швидкість, якість і точність; – поєднання науки, технології та бізнесу; – новий світогляд і нове мислення, побудовані на просторовій ідеології. ГІС не є електронною копією паперових карт, оскільки мають незрів- нянно більші можливості розміщення, відображення й обробки інформації про територію і її об’єкти. ГІС відрізняються від графічних систем типу Corel Draw або Photoshop організацією просторових даних на точній географічній основі, топологією, проекціями і системою координат, а також наявністю системи управління базами даних (СКБД). ГІС відрізняються від стандартних СКБД можливістю систематиза- ції і зіставлення даних, а також організації запитів на просторовій основі. Прабатьками ГІС вважаються наведені нижче ІС, які набули широ- кого застосування у різних галузях науки і техніки. 1.11. Джерела виникнення ГІС Розвиток ГІС у їх сучасному розумінні зумовлений бурхливим роз- витком інформаційних технологій, передусім систем автоматизованого проектування, автоматизованих картографічних систем, систем управлін- ня мережами, систем керування базами даних та апаратної бази. 1.11.1. Системи автоматизованого проектування Система автоматизованого проектування (САПР) – комплекс апаратних і програмних засобів проектування об’єктів або їх інформа- ційне моделювання з використанням засобів інтерактивної графіки. САПР включає такі технології: • CAD (англ. Computer-aided design) – технологія автоматизованого проектування; • CAM (англ. Computer-aided manufacturing) – технологія автомати- зованого виробництва; 60 • CAE (англ. Computer-aided engineering) – технологія автоматизова- ної розробки; • CALS (англ. Continuous Acquisition and Life cycle Support) – постійна інформаційна підтримка поставок і життєвого циклу. Значна кількість САПР для ПК дозволяє їх застосовувати в різних галузях. Наприклад, розроблені такі системи, як DataCAD, AutoCAD, CAD-KEY-3, DesignCAD 3D, Anvil 1000, MaxiCAD, Mega Model, MicroStation JRC, CAD-One, ModelMate Plus, VersaCAD DESIGN тощо. Основне призначення САПР – отримання оптимальних проектних рі- шень із використанням засобів машинної графіки – відповідає вимогам ГІС на рівні моделювання, збереження (формування цифрової моделі місцевості) та проектування карт на основі вже зібраної, уніфікованої інформації. В процесі традиційного проектування передача інформації відбувається за допомогою креслень, графіків і діаграм. Застосування САПР має істотні переваги порівняно з традиційним кресленням, що обумовлено: – значною швидкістю виконання креслень; – підвищенням точності виконання креслень за рахунок більш дета- льного перегляду будь-якого елемента креслення в довільному масштабі; – покращанням якості креслень за рахунок швидкого внесення правки без погіршення якості кінцевого продукту; – можливістю багаторазового копіювання, оскільки будь-яке крес- лення чи його частина можуть бути збережені і, за необхідності, повтор- но використані. Первісно САПР використовувались як двомірні системи, які забез- печували тільки автоматизацію випуску конструкторської документації. Подальша еволюція систем пов’язана з уведенням тривимірних моделей об’єктів і операцій над ними. Позитивним у САПР є те, що вони підтримують великий арсенал пристроїв уведення-виведення, дозволяють працювати з різноманітними тематичними шарами інформації, але не завжди спроможні забезпечити роботу з просторовою інформацією, зокрема з картою. Головною причи- ною є використання в САПР декартової системи координат для опису елементів креслень і маніпуляція тільки з геометричними примітивами: колами, еліпсами, циліндрами, кубами, а не з реальними об’єктами. Ще однією причиною недостатньої придатності САПР для розв’язку завдань, що стоять перед ГІС, є обмежена можливість роботи з тематични- ми даними в описі об’єктів. Без цієї частини вирішення завдань аналізу практично неможливе. В САПР застосовуються тільки цифрові моделі об’єкта з високим ступенем типізації інформації. В ГІС цифрове моделю- вання значно складніше, а клас цифрових моделей включає більшу кіль- кість типів, на відміну від САПР. Але останнім часом з’явилися такі САПР, 61 які вже майже не мають вищеназваних недоліків. Це такі, як AutoCAD MAP i Autodesk World (компанії Autodesk Limited, США). Крім цієї фірми на розробці програмного забезпечення для САПР спеціалізуються такі відомі фірми, як Seli, Intergraph, DesignCAD, MicroStation, Bentley та інші. Основною відмінністю САПР від ГІС є те, що в ГІС дані в межах одного шару однорідні, а в САПР – ні. Крім того, САПР, зазвичай, не на- дають розвинених засобів підключення баз даних, що ускладнює органі- зацію спеціалізованих систем, що мають складну модель даних, яка реалізується на базі зовнішньої системи керування базами даних (СКБД). Проте треба відзначити, що в останніх версіях CAD-систем (анало- гічно ГІС) з’явились бази даних, що пов’язано зі зростаючою популяр- ністю ГІС і втратою виробниками продуктів САПР частини користувачів. 1.11.2. Автоматизовані картографічні системи та системи настільного картографування Автоматизована картографічна система (АКС) – комплекс тех- нічних, програмних, інформаційних, лінгвістичних й організаційних засо- бів, які забезпечують створення карт у цифровій і (або) графічній формі. Ця технологія дозволяє здійснити комп’ютерне збереження точок і ліній в одному або декількох тематичних шарів даних. Ці шари можна відображати окремо або в сукупності, однак АКС не здатні об’єднувати об’єкти, що належать до різних шарів. Професійні АКС дозволяють отримувати продукт, якість якого не поступається типографському, однак вони не мають на меті управління даними протягом тривалого часу і практично позбавлені засобів аналізу. АКС добре справляються з виробництвом стандартних карт, де всі елементи змісту заздалегідь визначені, а об’єкти зберігаються в спе- ціальних бібліотеках, які мають свій символ і код. В АКС регламентується все, аж до заливок, штрихування, видів і розмірів шрифтів. Зображення на карту наноситься в чіткій відповідності з прийнятими умовними знаками. Такий підхід дозволяє швидко створю- вати стандартні карти дуже високої якості, але оскільки АКС позбавлені можливостей моделювання й аналізу, вони не можуть впоратися, наприк- лад, із тематичним картографуванням, завданнями територіального управління, моніторингом тощо. Цифрові геодезія та картографія (Automated Mapping, AM) стали одним із природних джерел виникнення ГІС, оскільки вони описують, структурують, зберігають і опрацьовують просторову геодезичну та картографічну інформацію, вирішують задачі картографічної алгебри. Системи настільного картографування використовують картографіч- не подання для організації взаємодії користувача з даними. У таких систе- 62 мах карта є базою даних. Більшість систем настільного картографування має обмежені можливості управління даними, просторового аналізу й настроювання. Відповідні пакети працюють на настільних комп’ютерах – PC, Macintosh і моделях UNIX робочих станцій. 1.11.3. Системи керування мережами AM / FM (Automated Mapping / Facilities Management – Автоматизо- ване картографування / Керування експлуатацією обладнання) – системи керування просторово розподіленими об’єктами інженерних мереж, із кожним з яких пов’язана істотна змістовна інформація. Просторова інформація FM-систем включає інформацію з проектів інженерних мереж, побудованих у САПР. Для більшості завдань управ- ління мережами зазвичай не потрібна метрична точність і реальне поло- ження об’єктів у просторі. Це зближує АМ / FМ із САПР. До програмних систем, які побудовані на платформі САПР і які забезпечують розв’язок проектних задач, відносяться CADdy фірми Ziegler (Німеччина), група продуктів CREDO фірми "Кредо-Діалог" (Мінськ, Білорусь), система ReCAD (розробка ТОВ ІДЦ "Індор", Томськ), сімейство програмних про- дуктів Civil Engineering корпорації Intergraph, США та багато інших. Програмні продукти родини Civil Engineering призначені для роз- робки проектів автомобільних доріг і залізниць, ландшафтів і інженерних мереж. До складу більшості продуктів включені засоби DraftWorks. Більшість цих продуктів є додатками до інтегрованого графічного середовища MicroStation (Bentley Systems Inc.), що використовують усі потужні можливості даного графічного редактора. Найбільш відомими системами в рамках сімейства Civil Engineering можна віднести ISOGEN (фірма Alias Ltd), CADPipe ISO (фірма Orange Technologies), Auto-PLANT Isometrics (фірма Rebis), L / ISO (фірма Logos). У 1998 р. з’явилась родина програмних продуктів SelectCAD, які можуть функціонувати як на базі AutoCAD 2000 і більш пізніх версій, так і на базі MicroStation 95 / SE / J. Останнім часом відбувається розширення можливостей цих систем не тільки функціями керування об’єктами ме- реж, а й завданнями проектування й експлуатації. Це призвело до необ- хідності точної координатної прив’язки мереж і спільного використання цієї інформації з іншою просторовою інформацією, яка визначає взаємне розташування і вплив об’єктів реального світу. З розвитком систем АМ / FМ і розширенням їх функцій, а також у зв’язку з паралельним розвитком ГІС і перетином сфер їхнього використан- ня типові завдання АМ / FМ стали все більше виконуватися ГІС. До 63 програмних комплексів, що мають убудовані функції керування інженер- ними мережами і функції ГІС, відносяться програмні продукти, розроблені фірмами ІОЦ "Потік" (Росія) і ІОК "Модель" (Україна). Ними створені пакети комплексів програмно-технічних засобів різних тематик "Во- допостачання і водовідведення" (ІГС "WS-Inventory"), "Теплозабезпечення" (ІГС "HeatGraph"), "Газозабезпечення" (ІГС "GasGraph"). Також треба відзначити розробки компанії "Політерм": ГІС Зулу і системи теплового розрахунку на її базі. Для моделювання дорожніх мереж використовуються більш вишукані надбудови, які моделюють дороги у вигляді орієнтованих графів, які враховують транспортні розв’язки. Інформаційні системи по дорожніх ме- режах представлені розробками Державного підприємства РосДорНИИ, ВАТ "Терра" (Воронеж, Росія), МАДІ (ДТТУ, Росія). Цікавою є розробка систем гідравлічних розрахунків фірми Haestad Methods, Inc. – "WaterCAD" і "Cybernet". Система ODULA 2.0 (фірма HYDROINFORM Prague) призначена для будівництва мережевої моделі водопровідної мережі. Для аналізу інформації, що описує телефонну мережу, можна відзначити розробку АТЗТ "Резидент" (Росія) – COPPER MAP 1.0. Системи родини SmallWorld фірми GE Network Solutions призна- чені для електричних, водопровідних, теплових і газових мереж. Система FRAMME (фірма Intergraph) призначена для побудови моделей будь-яких інженерних мереж і створення інформаційних систем на їх основі. Система AutoPLANT (фірма Rebis спільно з Bentley Systems, Inc.) призначена для просторового й інформаційного моделювання складних трубопровідних, електричних мереж і одночасно є спеціалізованою системою проектування. До основних функцій додаткових модулів, призначених для моделювання інженерних мереж, можна віднести: – побудову тривимірних моделей інженерних мереж; – роботу з телеметричною інформацією; – роботу зі схемами, планами, розміткою споруд і обладнання; – ведення архіву пошкоджень і зміни параметрів; – виконання технологічних розрахунків; – видачу рекомендацій з локалізації аварій; – моделювання переключень. На ринку також представлені спеціалізовані комплекси управління інженерними мережами, що володіють широкими можливостями з під- тримки детально проробленої та несуперечливої мережі. Однак такі про- грамні комплекси, зазвичай, мають дуже високу ціну і вимагають великих обчислювальних ресурсів. На відміну від них, сучасні настільні системи ГІС і САПР мають усі необхідні засоби для інтеграції в інформаційні 64 комплекси. Все це дозволяє зробити висновок про доцільність і ефектив- ність побудови систем інформаційного моделювання з використанням універсальної ГІС, яка має засоби інтеграції і яка призначена для вико- нання таких підзадач, як відображення даних і просторовий аналіз. 1.11.4. Системи керування базами даних Системи керування базами даних (СКБД) – сукупність мовних і програмних засобів, призначених для створення, ведення та спільного використання баз даних. СКБД забезпечують можливість збереження великої кількості різно- манітної інформації, її поновлення і реальний час доступу (on-line режим) до даних, навіть за умови їх розподіленого збереження, а іноді саме завдячуючи йому. Оскільки в ГІС використовуються як просторові, так і атрибутивні (непросторові) дані, то останнім часом з’явились СКБД, здатні зберігати атрибутивні й просторові дані одночасно, наприклад, ORACLE 8.0 (фірми Oracle, США). 1.12. Інтеграція ГІС з іншими науками про Землю Технології ГІС первісно мали інтеграційний аспект, оскільки інтегру- ють просторову й описову (атрибутивну) інформації і дозволяють отримати важливу вихідну основу – інтегровану модель території, – яка є передумо- вою прийняття обґрунтованих управлінських рішень. Індустрія ГІС активно залучує нові тенденції, змінюється, еволюціонує і розвивається, це є індика- тором того, що галузь має величезний потенціал. Отже, є всі підстави вважа- ти, що і в подальшому ГІС будуть продовжувати свій динамічний розвиток, забезпечуючи своїх користувачів усе новими і новими можливостями. За щільністю взаємовідносин, рівнем взаємодії й технологічної близькості та можливостями інтеграції найближче оточення геоінфор- матики утворюють картографія і дистанційне зондування. Картографія та геоінформатика взаємодіють за багатьма напрямами. Вони об’єднані організаційно, оскільки державні картографічні служби займаються одночасно і геоінформаційною діяльністю. Сформувався на- віть специфічний напрям вищої освіти: геоінформаційно-картографічний. Геоінформаційне картографування – це автоматизоване ство- рення і використання карт на основі ГІС і баз картографічних даних і знань. 65 Суттю геоінформаційного картографування є інформаційно-карто- графічне моделювання геосистем. Геоінформаційне картографування може бути галузевим і комп- лексним, аналітичним і синтетичним. У відповідності з прийнятими кла- сифікаціями виділяють види і типи картографування, наприклад, со- ціально-економічне, екологічне, інвентаризаційне, оціночне тощо. Наступним кроком став розвиток системного картографування, при якому увага зосереджується на цілісному відображенні геосистем і їх еле- ментів (під геосистем), ієрархії, взаємозв’язків, динаміки функціонування. Найбільш характерними рисами геоінформаційного картографу- вання є такі: – високий ступінь автоматизації, опора на бази цифрових картогра- фічних даних і бази географічних (геологічних, екологічних та інших) знань; – системний підхід до відображення й аналізу геосистем; – інтерактивність картографування, тісне сполучення методів ство- рення і використання карт; – оперативність, яка наближається до режиму реального часу, в тому числі з широким застосуванням ДЗЗ; – багатоваріантність, яка припускає різносторонню оцінку ситуацій і спектр альтернативних рішень; – мультимедійність, яка дозволяє поєднувати іконічні, текстові, звукові відображення; – застосування комп’ютерного дизайну і новітніх зображувальних засобів; – створення зображень нових видів і типів (електронні карти, три вимірні комп’ютерні моделі й анімації тощо; – проблемно-картографічна орієнтація картографування, спрямована на забезпечення прийняття рішень. Завдяки цьому геоінформаційне картографування стало одним із магістральних напрямів розвитку картографічної науки та виробництва. Єдність двох галузей науки і техніки визначається такими факторами: – загальногеографічні та тематичні карти – головне джерело про- сторової інформації про навколишнє середовище, економічну та соціальну сфери, екологічну ситуацію; – системи координат і розграфка, прийняті в картографії, слугують основою для географічної локалізації всіх даних у ГІС; – карти – основний засіб інтерпретації й організації ДЗЗ і будь-якої іншої інформації, що надходить, обробляється і зберігається в ГІС; – ГІТ, що використовуються для вивчення просторово-часової струк- тури, зв’язків і динаміки геосистем, головним чином ґрунтуються на мето- дах картографічного аналізу й математико-картографічного моделювання; 66 – картографічні зображення – найдоцільніша форма подання гео- інформації споживачам, а складання карт – одна з основних функцій ГІС. На сьогодні існують різні точки зору щодо взаємовідношення карто- графії, геоінформатики і тісно сполученого з ними ДЗЗ. Характер зв’язку цих трьох наук і технологій можна представити у вигляді чотирьох моделей. Лінійна модель (рис. 1.19) ґрунтується на уявленні про те, що почат- ком усього є ДЗЗ, на нього опираються геоінформатика і ГІС з подальшим виходом на картографію. |