геоинформационные системы. Рабочая программа по дисциплине Цели и задачи освоения дисциплины
 Скачать 0.93 Mb.
|
|
Геоинформационные системы в бизнесе 1 Геоинформационные системы в бизнесе Рабочая программа по дисциплине Цели и задачи освоения дисциплины Цель дисциплины: способствовать освоению студентами современных геоинформационных технологий, пониманию принципов функционирования географических информационных систем и приобретению навыков решения пространственных аналитических задач. Задачи дисциплины: 1. познакомить студентов с фундаментальными понятиями геоинформатики, историей развития и основных областях применения географических информационных систем; 2. охарактеризовать особенности структуры современных географических информационных систем, рассмотреть специфику пространственных и атрибутивных данных, используемых в геоинформационных системах, методы их получения, обработки, хранения и использования; 3. рассмотреть картографические основы геоинформационных систем; 4. дать характеристику аналитическому инструментарию геоинформационных систем и методам геоинформатики; 5. показать возможности применения данных дистанционного зондирования и систем спутникового позиционирования в современных геоинформационных системах; 6. рассмотреть существующие разновидности современных географических информационных систем, их аппаратных платформ и программного обеспечения; 7. охарактеризовать главные особенности процесса проектирования и разработки геоинформационных систем. По завершении освоения дисциплины студенты должны знать: 1) основные понятия из области геоинформатики; 2) классификацию геоинформационных систем; 3) историю развития геоинформационных систем; 4) принципы получения, обработки, хранения и анализа пространственно ориентированных данных геоинформационных систем; 5) форматы и стандарты цифровой пространственной информации; 6) типологию и способы применения в геоинформационных системах данных дистанционного зондирования; 7) особенности современного аппаратного и программного обеспечения геоинформационных систем; 8) основные принципы разработки геоинформационных систем Студенты должны уметь: 1) самостоятельно проектировать и создавать простейшие геоинформационные системы, а также использовать их для решения профессиональных задач в области научных исследований или преподавательской работы; 2) осуществлять обработку хранение и анализ геоданных средствами геоинформационных систем; Геоинформационные системы в бизнесе 2 Место дисциплины в структуре ООП ВПО Геоинформатика – сравнительно молодая отрасль современных информационных технологий, развивающаяся на мультидисциплинарной основе. Она существенным образом влияет на развитие инструментальной базы и методов исследований, проводимых специалистами в области географии, геологии, биологии, экономики и других научных дисциплин. Широка и область практического использования географических информационных систем, которая включает, например, сферу территориального планирования и управления, городское хозяйство и системы коммуникации. В основе геоинформационных систем лежит пространственная информация. По этой причине представляется важным для студентов специальности «география» иметь представление о специфике современных геоинформационных технологий, их инструментальной и методологической основе, основных направлениях развития и сферах применения. “Геоинформационные системы” относится к дисциплинам специализации для студентов специальности “география”, рассчитан на изучение в течение одного семестра и заканчивается зачетом. Компетенции студента (общекультурные (ОК) и профессиональные (ПК, СПК)), формируемые в результате освоения дисциплины Компетенция Сфера применения компетенции Содержание разделов учебной дисциплины Наименование раздела дисциплины Содержание раздела --- Учебно-методическое и информационное обеспечение учебной дисциплины Основные профессиональные сообщества, обсуждающие темы курса, в которых можно задать вопросы экспертам и получить квалифицированный ответ: Название Раздел Ссылка на раздел Ведущие эксперты --- Основные открытые и закрытые источники интернета, на которых есть самые качественные материалы по темам: Название Раздел Ссылка на раздел --- Геоинформационные системы в бизнесе 3 Основная литература № п/п Наименование Автор(ы) Год и место издания Используется при изучении разделов 1. 2. 3. 4. 5. 6. Дополнительная литература № п/п Наименование Автор(ы) Год и место издания Используется при изучении разделов 1. Программное обеспечение •• МS Word, •• MS Power Point, •• Adobe Acrobat Reader, •• WinDjView, •• Windows media. Содержание курса Введение Развитие современного общества немыслимо без применения информационных технологий, поскольку для принятия решений в любой сфере деятельности человеку требуются актуальные знания о состоянии окружающей среды, тенденциях на рынке товаров и услуг, об экологической обстановке и т. д. Такая информация рассредоточена по множеству организаций различных министерств и ведомств и зачастую оказывается недоступной для потребителей или теряется в пучине информационных потоков. В связи с этим в России принят ряд важных документов, направленных на совершенствование процессов обмена информацией между физическими и юридическими лицами посредством создания сетей Internet и Intranet. В основу реализации этих процессов должны быть положены технологии, базирующиеся на геоинформационных системах. Геоинформационные системы используются, как правило, в учреждениях, обрабатывающих пространственно-организованные данные, и являются частным случаем информационных систем. Интерес к данной области знаний неуклонно возрастает. Вместе с тем, на страницах многих журналов специалисты высказывают мнение о недостаточном внимании в России к информационному образованию, а также об отсутствии научной и методической литературы в этой области. Зарубежные специалисты скептически относятся к российским информационным системам. В связи с этим необходимо стимулировать развитие отечественных информационных технологий для выхода на мировой рынок. Поэтому целесообразно усилить профессиональное образование будущих специалистов [34, 36, 51]. Это касается, в частности, преподавания в вузах учебных дисциплин, базой для которых являются геоинформационные технологии. Геоинформационные системы в бизнесе 4 Данный курс содержит общие сведения о геоинформатике и топологии. Здесь также показаны достоинства и недостатки растровых и векторных типов данных и приведены формулы расчета размера растровых файлов. В конце монографии приведен глоссарий, в котором читатель может найти пояснение используемых в работе специфических терминов. Тема N. «Общие сведения об информационных системах» Понятие информационной системы Развитие современного общества практически невозможно без информации, касающейся, например, сведений о том, где какой продукт производится, какова его стоимость, как проехать к месту его реализации и т. д. Зачастую нужной для потребителей информацией обладает множество разрозненных организаций, что снижает эффективность ее использования. Следовательно, целью создания информационных систем является концентрация информации в специализированных центрах для более эффективного ее использования широкими слоями населения. Эти центры могут формироваться на базе организаций отраслевого или федерального значения. Ярким примером такого центра является Федеральное агентство кадастра объектов недвижимости, которое предназначено для предоставления информации физическим и юридическим лицам о земельных участках и расположенных на них строениях. (Слово «информация» происходит от латинского informatio – осведомление, разъяснение.) Термин «система» произошел от греческого system и трактуется как «целое, составленное из отдельных частей». Следовательно, под системой понимается совокупность разнородных элементов, представляющих объект как единое целое. В информатике понятие «система» имеет множество смысловых значений. Чаще всего оно используется применительно к набору технических средств и программ. В частности, информационная система (ИС) состоит из совокупности самостоятельных, но взаимосвязанных элементов. Современное понимание информационной системы предполагает использование персонального компьютера в качестве основного технического средства обработки информации. Компьютеры вместе с программным обеспечением являются технической базой и инструментом для формирования информационных систем. Таким образом, информационная система представляет собой взаимосвязанную совокупность технических средств, программного обеспечения и методов, используемых операторами для хранения, обработки и выдачи потребителям информации. Информационная система немыслима без человека (оператора), взаимодействующего с компьютером. Такие системы называются эргатическими. Работу информационной системы любого назначения обеспечивают блоки, состав которых можно представить в виде схемы. Геоинформационные системы в бизнесе 5 Пополнение информационной системы данными с различных устройств (клавиатура, накопители информации и т. д.) обеспечивает блок ввода информации. В блок отображения информации входят различные формы еѐ представления для последующего просмотра и изучения. Блок обработки информации является одним из центральных и предназначен для решения задач по ее преобразованию. Он формируется на базе мощного компьютерного оборудования, программного обеспечения и требует высококвалифицированного обслуживающего персонала. Блок экспертной оценки и интеграции информации осуществляет анализ полученных данных, их оценку, преобразование и объединение с другими видами данных. Блок хранения информации обеспечивает поддержку серверов реляционных баз данных, которые представляют собой данные о пространственных объектах местности, включающие сведения об их местоположении, форме и свойствах. Под пространственными объектами понимаются объекты или явления, которые могут быть однозначно определены в пространстве и описаны в виде набора атрибутов. Блок телекоммуникаций формируется благодаря развитию сетей Internet и Intranet и обеспечивает обмен информацией. Блок вывода информации требует специализированных устройств, таких как мониторы, плоттеры, принтеры и т. д. Блок обратной связи предназначен для корректировки результатов, получаемых на выходе информационной системы. Внедрение информационных систем способствует получению наиболее приемлемых вариантов решения задач путем использования автоматизированных методов, интеллектуальных и экспертных систем. Они обеспечивают также снижение доли рутинной работы операторов за счет автоматизации процессов формирования достоверной информации в условиях многократного ее использования. Создание информационной системы осуществляется при условии ее полного функционального соответствия поставленной цели и решаемым задачам. Геоинформационные системы в бизнесе 6 Включение в систему дополнительных функций приводит к ее удорожанию. Это может существенным образом снизить привлекательность информационной системы для потенциальных пользователей. Современные системы создаются главным образом открытыми, и о них будет сказано позднее. Общую структуру информационной системы, независимо от сферы применения, следует рассматривать как совокупность обеспечивающих компонентов, предназначенных для реализации основных ее функций. Техническое обеспечение включает комплекс технических средств и соответствующих технологических процессов, предназначенных для функционирования информационной системы. Комплект технических средств, в свою очередь, составляют устройства сбора, накопления, обработки, передачи, преобразования и вывода информации. К средствам математического обеспечения относится математическая статистика, методы математического моделирования и программирования технологических процессов, а также другие методы. Правовое обеспечение определяется совокупностью правовых норм, регламентирующих юридический статус и функционирование информационных систем, а также порядок получения, обработки и использования информации. Информационное обеспечение представляет собой совокупность методов классификации и кодирования информации. Сюда включаются дополнительно унифицированные системы документации, схемы информационных потоков и методология построения баз данных. Организационное обеспечение формируется набором методов и правил, регламентирующих взаимодействие администратора системы с операторами. При этом устанавливается порядок использования технического оборудования в процессе эксплуатации информационной системы. Кроме этого, организационное обеспечение определяет алгоритм для подготовки и решения задач, распределения доступа к данным в целях эффективного использования информационной системы и соблюдения конфиденциальности информации. Программным обеспечением является совокупность алгоритмов, методов программирования и программ, позволяющих реализовать проектные задачи информационной системы, а также надежное функционирование комплекса технических средств. Различают общесистемное и специальное программное обеспечение, каждое из которых включает техническую документацию. Общесистемное программное обеспечение представлено комплексом программ, предназначенных для решения типовых задач обработки информации. Оно служит для реализации функциональных возможностей компьютеров, контроля и управления процессом обработки данных. Специальное программное обеспечение базируется на совокупности программ, разработанных для выполнения конкретных функций информационной системы. В его состав входят пакеты прикладных программ (ППП), обеспечивающих функционирование отдельных специальных модулей системы. Геоинформационные системы в бизнесе 7 Техническая документация на эксплуатацию программного обеспечения является неотъемлемым атрибутом любой разработки и содержит описание решаемых системой задач, текст и алгоритмизацию их решения, а также контрольные примеры. В процессе создания информационных систем возникают проблемы, связанные с формальным математическим и алгоритмическим описанием решаемых задач. От адекватности реальной задачи и описывающей ее модели во многом зависит эффективность работы всей системы, а также уровень автоматизации, определяемый степенью участия человека в процессе принятия решения. Чем точнее математическое описание задачи, тем выше возможности компьютерной обработки данных, предполагающие минимум участия человека в технологическом процессе. В связи с этим информационные системы могут подразделяться по признаку структурированности задач. Различают три типа задач, для решения которых создаются информационные системы: структурированные (формализуемые), неструктурированные (неформализуемые) и частично структурированные. Структурированная, то есть формализуемая задача, представляет собой задачу, для решения которой известны все ее элементы и взаимосвязи между ними. В структурированной задаче представляется возможным выразить ее содержание в форме математической модели, имеющей точный алгоритм решения. Целью использования информационной системы в процессе реализации структурированных задач является полная автоматизация их решения, т. е. сведение роли человека к минимуму. Неструктурированной (неформализуемой) задачей является задача, в которой невозможно выделить элементы и установить связи между ними. Решение неструктурированных задач сопряжено с большими трудностями вследствие сложности создания математического описания и разработки алгоритма достижения цели. Сфера применения информационных систем в этих условиях незначительна. Для решения таких задач используются специальные системы, базирующиеся не на информации, а на базах знаний. В последнее время необходимость получения оперативной и квалифицированной экспертной оценки в различных прикладных областях возрастает. Решить эту проблему можно с помощью методов развивающегося направления в информатике, основанного на искусственном интеллекте. Существенный результат в этой сфере достигнут в процессе создания экспертных систем. Искусственный интеллект представляет собой раздел информатики, включающий разработку методов моделирования и воспроизведения отдельных функций деятельности человека с помощью персонального компьютера. Геоинформационные системы в бизнесе 8 Экспертная система (ЭС) – это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных предметных областях и тиражирующие этот эмпирический опыт для консультаций менее квалифицированных пользователей. Такие системы предназначены для решения практических задач, возникающих в частично структурированной и трудно формализуемой предметной области. Экспертная система позволяет на основании имеющихся и предоставляемых пользователем фактов распознать ситуацию, поставить диагноз, сформулировать решение или дать рекомендации пользователям по достижению поставленной цели. База знаний является составным элементом экспертных систем и включает набор фактов и правил, обеспечивающих накопление опыта специалистов в конкретной предметной области в целях поиска ответов на вопросы, которые в явном виде не содержатся в базах данных. Как показывает практика, структурированные и неструктурированные задачи встречаются весьма редко. В большинстве случаев известна лишь некоторая часть элементов и связей между ними. Подобные задачи называются частично структурированными. Для решения таких задач предоставляется возможность применения информационной системы, в которой генерируемая информация анализируется оператором. Подобные информационные системы являются автоматизированными, поскольку в их функционировании существенная роль отводится человеку. Ярким примером задач указанного выше типа является принятие решения по устранению ситуации, когда расчетная потребность в трудовых ресурсах для своевременного выполнения комплекса работ превышает их наличие. При этом возможны два основных варианта: •• выделение дополнительного финансирования на увеличение численности работающих; •• перенесение срока сдачи работ на более позднюю дату. В данной ситуации информационная система может помочь специалисту принять то или иное решение, поскольку предоставляет информацию о положительных и отрицательных последствиях, характерных для каждого варианта. Информационные системы, использующие принцип «обратной связи» и применяемые для решения частично структурированных задач, подразделяются на два вида: создающие управленческие отчеты и ориентированные главным образом на обработку данных (поиск, сортировку, агрегирование, фильтрацию). Используя сведения, содержащиеся в этих отчетах, оператор получает информационную поддержку в процессе принятия конкретного решения; разрабатывающие возможные альтернативные решения применительно к конкретной ситуации. Действия оператора при этом сводятся к выбору одной из предложенных системой альтернатив. Информационные системы обеспечивают доступ пользователей к информации, содержащейся в базах данных, и ее обработку. Процедуры взаимодействия оператора с данными в таких информационных системах должны обеспечивать: •• составление комбинаций данных, получаемых из различных источников; •• оперативное добавление или исключение того или иного источника данных, а также автоматическое подключение источников при поиске данных; •• управления базами данных; •• логическую независимость данных, входящих в подсистему информационного обеспечения; •• автоматическое отслеживание потока информации для заполнения баз данных. Круг решаемых с помощью информационных систем задач достаточно широк. Сюда можно также включить задачи повышения производительности труда инженеров и проектировщиков, систематизации графической и атрибутивной информации об объектах местности, улучшения эргономических характеристик рабочего места и т. д. Информационные системы обычно создаются в виде рабочих станций или офисных систем. Отдельно можно выделить группу информационных систем, которые предназначены для автоматизации обработки данных. Такие системы (в том числе и экспертные) включают в себя сведения, необходимые в процессе Геоинформационные системы в бизнесе 9 разработки или принятия альтернативных решений. Широкий спектр решаемых задач обусловливает неограниченное количество пользователей информационных систем, которыми может быть затребована информация, привязанная к конкретной территории или имеющая, например, социальный или коммерческий характер. В связи с этим целесообразно выделить непространственные и пространственные информационные системы. Обзор основных информационных систем В настоящее время разработан ряд информационных систем различного функционального назначения. С учетом широкого круга решаемых с их помощью задач, они вторгаются практически во все сферы деятельности человека. Важное место среди этих систем занимают земельные информационные системы, работы по созданию которых начаты в 1980 году. Наиболее перспективными сферами их применения признано городское хозяйство, земельный кадастр, картография. Термин «земельная информационная система» (ЗИС) впервые получил свое признание на международном конгрессе, состоявшемся в 1981 году в Швейцарии. До этого времени функционировали информационные системы, которые включали главным образом данные о правовом кадастре. В процессе эксплуатации таких систем информация о земле в них начала преобладать, и поэтому их стали называть земельными информационными системами. Эти системы сосредотачивали информацию о незначительных по площади земельных участках, называемых парцеллами. Первые земельно-информационные системы были реализованы для решения городских и региональных проблем, при этом они работали только с растровыми изображениями. Однако, несмотря на то, что ячейки растра были крупные, земельно-информационные системы считались достаточно эффективными. Современные ЗИС ориентированы в основном на работу с векторными данными. Земельно-информационные системы не только описывают отдельные, незначительные по размеру земельные участки, но обладают также функцией трехмерного их представления. Поскольку ЗИС используют изображения только крупного масштаба (1 : 10 000 и крупнее), то в них не заложены функции генерализации. Кроме этого, они не позволяют осуществлять анализ данных. В связи с тем, что ЗИС обеспечивают решение лишь незначительной части задач, присущих информационным системам, они отнесены к подсистемам. Однако со временем границы указанного выше масштабного ряда существенно расширились, а областью применения ЗИС стали многие важные направления, включающие коммунальное хозяйство, службы Геоинформационные системы в бизнесе 10 трудоустройства населения, справочно-поисковые системы и т. д. Реализуемая в настоящее время программа создания рынка недвижимости выдвигает на первый план задачу формирования надежной и открытой системы кадастра, которая бы систематизировала сделки с недвижимым имуществом, фиксировала права на нее, тип сделки, вид разрешенного использования и т. д. Для эффективной работы земельного рынка требуется достоверная информация о границах земельных участков и расположенных на них объектах, их площадях, правах собственности на недвижимое имущество и имеющихся обременениях. В этой сфере возрастает роль пространственных информационных систем. Согласно статье 130 действующего Гражданского кодекса, под недвижимым имуществом понимаются земельные участки, участки недр, обособленные водные объекты и все, что прочно связано с землей (то есть объекты, перемещение которых без несоразмерного ущерба их назначению невозможно). К недвижимым вещам может быть отнесено также иное имущество, если «законодатель его посчитает таковым». Любая система, которая содержит данные о земельных участках и обеспечивает поддержку их в актуальном состоянии, является жизнеспособной. Такие системы непрерывно пополняются информацией и актуализируются, поэтому их целесообразно внедрять в муниципальных службах, поскольку они напрямую связаны со сделками с недвижимым имуществом. Практически одновременно с появлением этих систем Международная федерация геометров предложила определение земельной информационной системы, которое было принято только в 1982 году на шестнадцатом конгрессе землеустроителей в Монтрѐ. Согласно этому определению, земельная информационная система является инструментом для принятия решений в области права на объекты недвижимости, а также в сфере производства и управления. Земельные информационные системы могут пополняться данными о собственниках и арендаторах земельных участков по сведениям кадастра объектов недвижимости, подразделений экологического мониторинга, а также по данным единого государственного реестра зданий и сооружений. При этом необходимо постоянное обновление данных о землях и прочих объектах недвижимости. В частности, важным составным элементом ЗИС становится актуальная информация о кадастровой и рыночной оценке земель, арендной плате, сделках с недвижимым имуществом и т. д. В настоящее время создаются информационные системы кадастровой оценки земельных участков и расположенных на них объектов с использованием многофункционального анализа различных факторов, оказывающих влияние на стоимость недвижимого имущества. Необходимая для этих целей информация должна иметь многоцелевой характер, формироваться по многим источникам, предназначаться для широкого круга потребителей и включать сведения: •• характеризующие пространственное положение объектов (местоположение, геометрические параметры, площадь и т. д.); •• обеспечивающие детальное изучение описательной информации о конкретных объектах (цель предоставления земельных участков, их назначение, местоположение, площадь и т. д.); •• отражающие правовые аспекты эксплуатации земельных участков и расположенных на них объектов (например, тип права, наличие обременений и сервитутов); •• включающие информацию о стоимости недвижимого имущества, размере арендной платы или земельного налога. Кроме перечисленного, имеют место также и другие информационные системы, о которых следует сказать несколько слов. Системы настольного картографирования используют графическое представление для организации взаимодействия пользователя с информацией. При этом все операции осуществляются по картам, которые связаны с базой данных. Большинство систем настольного картографирования могут функционировать на компьютерах малой мощности. Вместе с тем это важное достоинство не повышает существенным образом привлекательность вышеназванных систем, поскольку они имеют ограниченные возможности в отношении Геоинформационные системы в бизнесе 11 настройки на требования пользователей и управления данными. Кроме того, у них отсутствуют возможности пространственного анализа. Что касается систем автоматизированного проектирования (САПР), то они обеспечивают свободное создание различных чертежей, планов зданий, схем подземных коммуникаций и так далее. Однако, несмотря на то, что некоторые из САПР обеспечивают поддержку картографического представления данных, эти системы содержат ограниченный набор аналитических функций. Таким образом, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять мощными базами пространственных данных и осуществлять их анализ, что в значительной степени снижает привлекательность систем автоматизированного проектирования. Системы дистанционного зондирования предназначены для определения расстояний до изучаемых объектов, а также их размеров с использованием различных летательных аппаратов, приемников систем глобального позиционирования и других устройств. Эти приборы обеспечивают сбор данных в виде наборов координат или изображений, главным образом цифровых, для дальнейшей обработки, анализа и визуализации. Вместе с тем, отсутствие в системах дистанционного зондирования функций управления и анализа данными существенным образом сужает область их применения. Под дистанционным зондированием поверхности Земли понимается процесс изучения природных ресурсов, методов землепользования и состояния окружающей среды на основании использования свойств излучаемых, отраженных или рассеиваемых электромагнитных волн. Таким образом, несмотря на то, что область применения информационных систем изначально была незначительной, в настоящее время их возможности существенным образом расширяются. В различные сферы производственной, научной и управленческой деятельности внедряются экспертные системы, системы принятия решения, экологические и прочие системы. Формируются они для решения конкретных задач, которые возникают перед юридическими и физическими лицами в процессе их профессиональной деятельности. Об этих и многих других системах читатель может узнать из литературы специального назначения. |