геоинформационные системы. Рабочая программа по дисциплине Цели и задачи освоения дисциплины
 Скачать 0.93 Mb.
|
|
Тема N4. «Классификация ГИС и их составных элементов» Классификация ГИС В настоящее время нет единой классификации ГИС, которая бы охватывала все имеющиеся системы. Это объясняется главным образом тем, что пользователей интересует лишь своя сфера деятельности, а разработчики не нуждаются в классификации ГИС, поскольку работают для конкретных потребителей. В связи с этим авторы, на основании обобщения имеющейся информации, выносят на обсуждение читателей наиболее полную классификацию ГИС. В зависимости от степени автоматизации информационных процессов в сфере управления, геоинформационные системы подразделяются на автоматические и автоматизированные. Любая информационная система является эргатической. В таких системах человеку (оператору) отводится важная роль. Автоматические геоинформационные системы обеспечивают обработку информации на определенном этапе ее преобразования без участия человека (оператора). Автоматизированные геоинформационные системы, в отличие от этого, предполагают непрерывное взаимодействие оператора и технических средств на протяжении всего процесса обработки информации. Таким образом, автоматизированная система – это совокупность управляемого объекта и автоматических управляющих устройств, в которых часть функций управления выполняет человек (оператор). Геоинформационные системы в бизнесе 27 По назначению можно выделить ГИС, используемые для поддержания процесса принятия решения, а также создания справочных и офисных систем. Системы поддержки принятия решения представляют собой информационные системы, в которых с помощью запросов производятся отбор и анализ данных по временным, географическим и прочим показателям. Современные информационно-справочные системы формируются главным образом в виде гипертекстовых документов и мультимедиа. Наибольшее распространение такие системы получили в Internet. Гипертекст представляет собой структурированный, вложенный и связанный по смыслу текст с ключевыми словами. Офисные системы обеспечивают перевод в электронный вид документов, представленных на бумажной основе, для целей автоматизации делопроизводства. С учетом функциональных возможностей ГИС можно выделить следующие основные группы: • инструментальные ГИС – это системы с наиболее широкими возможностями, включающие подсистемы ввода данных, подсистемы пространственного моделирования и анализа данных, мощные средства запросов, средства вывода информации на твердые носители, средства расширения возможности систем; • ГИС-вьюеры (вьюверы) представляют собой системы сопровождения инструментальных ГИС и предназначены для просмотра информации. Они также позволяют формировать информационные запросы и корректировать данные; • справочные картографические системы являются аналогом ГИС-вьюеров (вьюверов). Они содержат встроенные базы данных, которые пользователь не может редактировать, и в них отсутствуют средства расширения, обновления и корректировки данных; •• средства обработки данных дистанционного зондирования. В процессе классификации по охвату описываемой территории, в зависимости от масштабного ряда и цифровой картографической информации, составляющей базы данных, можно выделить глобальные, общенациональные, региональные, локальные и муниципальные ГИС, обеспечивающие потребителей информацией в указанных границах. По топологии ГИС подразделяются на топологические и нетопологические. Топологические ГИС обеспечивают связь между объектами и их элементами, которая может быть разорвана только по желанию пользователя. Такие ГИС используются для решения многих задач пространственного анализа (определение расстояний между объектами, видимости между ними и т. д.). Все информационные системы, включая ГИС, могут быть объединены в сеть. В связи с этим классификация по топологии подразумевает также подразделение систем по типу соединения на сетевые и локальные. Сетевые геоинформационные системы обслуживают самую многочисленную группу пользователей. Они оказали существенное влияние на развитие ГИС, ориентированных на векторные данные. Задачей таких систем является документирование и обработка информации о различных видах производственной деятельности физических и юридических лиц. При этом широко используются сети Internet и Intranet. Сетевые геоинформационные системы представляют собой инструмент, обеспечивающий сбор, поиск, анализ, преобразование и выдачу заявителям данных о любом объекте недвижимости или конкретном землепользователе. В данном случае под топологией сети понимается описание физического расположения, то есть того, каким образом информационные системы соединены друг с другом. В качестве примера ниже приведены некоторые виды сетевых топологий (соединения типа «кольцо» (рис. а), «звезда» (рис. б), «цепочка» (рис. в), ячеистая топология (рис. г). В кольцевых системах команды и информация распределяются от компьютера-источника по кольцу на периферийные устройства и возвращаются в исходное состояние. Соединения типа «звезда» основаны на распределении команд и информации с помощью центрального компьютера, называемого сервером. Сервер (от английского server – обслуживать) – это мощный компьютер, обеспечивающий управление внешней памятью, базами данных, электронной почтой. Геоинформационные системы в бизнесе 28 В соединениях типа «цепочка» («шина») команды и информация проходят по всему каналу, пока не достигнут нужного адресата. Ячеистая топология обеспечивает попарное соединение информационных систем. Это наиболее устойчивая к сбоям система, поскольку информация в ней может быть передана различными путями. Кроме указанных топологий, имеют место также их комбинации. Локальные системы работают без подключения к внешним компьютерам. Предназначены такие системы главным образом для решения корпоративных задач. По типу представления данных различают системы, работающие с двумерной графикой, и системы, работающие с трехмерной графикой. Во втором случае пользователям предоставляются широкие возможности по формированию объемных изображений объектов, а также по изучению рельефа без выхода на местность. ГИС можно классифицировать по аппаратным средствам и программному обеспечению. Аппаратные средства представляют собой совокупность технических средств, необходимых для функционирования системы. Сюда включается процессор, монитор, клавиатура, «мышь», сканер, плоттер, принтер и другие устройства. Программное обеспечение – это совокупность входящих в состав ГИС программных средств, обеспечивающих работу геоинформационной системы. Здесь можно выделить системное программное обеспечение, которое включает операционную систему, разрабатываемую поставщиком ГИС и предназначенную для функционирования системы (например, DOS или Windows), а также прикладное программное обеспечение, состоящее из баз данных и пакетов прикладных программ, необходимых для взаимодействия оператора и системы. Программное обеспечение геоинформационных систем формирует функции и средства, необходимые для хранения, анализа и представления различных данных. Наиболее широко используются программы ГИС: ArcGis, MapInfo, WinGis, ArcInfo, AutoCad Map, ObjecLand и другие. Тем не менее, следует учитывать, что каждая программа имеет свои специфические особенности. Если, например, требуется недорогая и несложная в применении программа, то MapInfo будет наиболее приемлемой, поскольку она проста в работе, но в то же самое время позволяет выполнять многие важные функции. ArcInfo может быть использована для более специфического и детального пространственного анализа, а AutoCad Map является наилучшим вариантом для тех, кто использует в своей работе высокоточную графику. ArcGis незаменима для разработчиков, которые Геоинформационные системы в бизнесе 29 используют топологические отношения между объектами в своей деятельности. В 2007 году введена в действие геоинформационная система по ведению государственного кадастра объектов недвижимости. Данная система разработана Федеральным кадастровым центром «Земля» и предназначена для ведения государственного земельного кадастра и государственного кадастрового учета объектов недвижимого имущества. С учетом аппаратных средств и программного обеспечения можно выделить два класса ГИС: инструментальные и ГИС-приложения Инструментальные ГИС могут быть полнофункциональными, узкоспециализированными и настольно-картографическими. Они обеспечивают формирование сложных запросов и пространственный анализ. Полнофункциональные системы содержат все стандартные функции, включающие ввод, хранение, формирование сложных запросов, пространственный анализ, вывод твердых копий на печать. К узкоспециализированным относятся системы, выполняющие одну из основных функций. К таким системам можно отнести векторизаторы и вьюверы (вьюеры). Настольно-картографические системы базируются на программных продуктах, у которых на высоком уровне реализованы картографические функции. ГИС-приложения ориентированы на одну из предметных областей и обычно создаются на базе инструментальных ГИС. Основой интеграции данных в ГИС служит географическая информация. Однако некоторые задачи, решаемые средствами геоинформационных систем, не связаны с местоположением объектов. По формальному признаку они относятся к информационным системам, но по своему функциональному назначению принадлежат к классу систем обработки данных и проведения экспертных оценок. Классификация по типу используемых данных позволяет выделить системы, ориентированные на обработку векторной, растровой или гибридной информации. Выбор типа данных зависит от круга решаемых задач и финансовых возможностей пользователя. Данные могут быть импортированы из различных источников, например из геоинформационных систем какой-либо организации, Internet, коммерческих баз данных и т. д. Геоинформационные системы в бизнесе 30 Все ГИС, представленные на современном рынке, с учетом архитектурных принципов построения, подразделяются на два типа: открытые и закрытые. Открытые системы пользователь может изменять для решения специфических задач путем добавления своих модулей, используя встроенные в систему языки программирования. Таким образом, открытые системы, как правило, на 10–30 % могут быть расширены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Термин «открытые системы» означает их открытость для пользователя, возможность расширения и адаптации к новым задачам и изменившимся условиям. Открытым системам присуща высокая стоимость, однако их жизненный цикл может быть существенно продлен за счет функций расширения. Закрытые системы не имеют возможностей расширения. У них отсутствуют встроенные языки программирования. Кроме этого, они не предусматривают создание пользовательских приложений. Такие системы выполняют только то, что в них заложено разработчиком. В большинстве случаев закрытые системы вообще невозможно изменить, поэтому они имеют низкую стоимость и короткий жизненный цикл. Классификация по масштабируемости означает эффективность обслуживания различного числа клиентов одновременно. Здесь можно выделить три основные группы: одиночные, групповые и корпоративные ГИС. Одиночные геоинформационные системы формируются на автономном персональном компьютере. Они рассчитаны на обслуживание одного пользователя и создаются на основе настольных систем управления базами данных. Групповые ГИС ориентированы на коллективное использование информации и строятся на базе локальной вычислительной сети. Корпоративные ГИС являются результатом развития систем для рабочих групп. Они ориентированы на крупные компании и могут поддерживать территориально разнесенные сети. Как правило, эти системы формируются на базе иерархических структур, включающих несколько уровней. Такие ГИС используют один из вышеуказанных вариантов топологии сети. Классификация ГИС по проблемной ориентации зависит от области их применения. Здесь можно выделить экологические, природопользовательские, социально-экономические, земельно-кадастровые системы, системы коммунального и городского хозяйства, чрезвычайных ситуаций, навигационные, транспортные, торгово-маркетинговые, археологические, учебные, исследовательские и прочие системы. Составные элементы ГИС и их назначение Для работы ГИС применяются компьютеры различной мощности. Чем мощнее компьютер, тем оперативнее он позволяет решать различного рода задачи, круг которых может быть достаточно широк. Данные могут передаваться в компьютер, например, с CD-дисков, клавиатуры, сканера и т. д. При помощи сканера любое изображение преобразуется в цифровую форму для дальнейшей обработки. Это существенным образом позволяет повысить производительность обработки графической информации на большие по площади территории. Растровое изображение может храниться в различных форматах, например: TIFF, BMP, JPG и т. д. Принтеры и плоттеры являются наиболее распространенными средствами для вывода результатов выполненной компьютером работы. Любая ГИС включает в себя пять основных элементов, формирующих понятие информационной системы. К таким элементам относятся аппаратные средства, методы и правила, данные, пользователи, программное обеспечение. Геоинформационные системы в бизнесе 31 Аппаратные (технические) средства включают процессор, дисплей, клавиатуру, устройства ввода и вывода информации, ее анализа, преобразования, хранения. В настоящее время геоинформационные системы работают на различных типах компьютерных платформ, включающих централизованные серверы, а также отдельные или связанные в единую сеть настольные компьютеры. Эффективность применения ГИС во многом определяют используемые методы и правила, то есть совокупность приемов (способов) достижения цели, а также точность составления плана выполнения работ, который разрабатывается в соответствии со спецификой решаемых в каждой организации задач. Методы и правила регламентируют поведение операторов, делая их стандартными в процессе эксплуатации системы и содержащегося в нем программного обеспечения. Данные являются наиболее важным компонентом ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанная с ними табличная (атрибутивная) информация формируются непосредственно пользователем ГИС или приобретаются у поставщиков на коммерческой или другой основе. В ГИС эти данные интегрируются с другими типами и источниками информации. При этом различными организациями могут применяться внешние, более мощные системы управления базами данных, для упорядочивания и использования имеющихся в их распоряжении сведений. ГИС-технологии предназначены для широкого круга пользователей и специалистов, которые непосредственно применяют конкретный программный продукт. При этом можно выделить первичных пользователей или операторов, осуществляющих непосредственное взаимодействие с системой, и вторичных, являющихся обычными потребителями информации, то есть юридическими или физическими лицами. Вторичные пользователи используют ГИС для решения своих производственных, научных и прочих задач. Программное обеспечение ГИС содержит инструментарий, необходимый для ввода, визуализации, анализа, преобразования, хранения, а также вывода атрибутивной и пространственной информации на какой-либо носитель (например, плоттер, принтер или в другие системы). Наиболее важными компонентами программных продуктов являются: •• приборы для ввода и обработки пространственной информации; •• система управления базами данных; •• инструментарий поддержки SQL-запросов, анализа и визуализации (отображения) информации; •• графический пользовательский интерфейс, обеспечивающий доступ к инструментам и функциям. Как аппаратные средства, так и программное обеспечение не представляют собой единое неделимое целое. Для удобства их эксплуатации и ремонта, а также в целях разработки и отладки, эти два главных компонента геоинформационной системы формируются из отдельных модулей и блоков. Модуль (программный или аппаратный) представляет собой часть общей системы, которая предназначена для реализации конкретной специфической функции. Блоком (программным или аппаратным) является отдельный узел, включающий несколько модулей. Примером отдельного блока, входящего в аппаратные средства, может являться, например, блок питания, который, в свою очередь составляют отдельные модули, то Геоинформационные системы в бизнесе 32 есть плюсовые и минусовые элементы батареи. Применительно к программному обеспечению модулем может являться, например, часть программы, которая формирует вычисление координатной невязки полигонометрического хода. В данном случае блоком будет являться совокупность модулей, обеспечивающих уравнивание отдельного полигонометрического хода. При всем многообразии операций, целей, а также областей применения создаваемых и действующих ГИС, в них логически и организационно можно выделить несколько основных модулей и блоков, обеспечивающих выполнение конкретных функций Известно, что ГИС работают с базами данных двух типов: геопространственными (пространственными) и атрибутивными (тематическими). В базах данных пространственной информации размещаются данные, которые принято называть графической или метрической основой. Атрибутивные базы данных описывают пространственные объекты. Оба вида баз данных представляют собой файлы, то есть поименованные наборы цифровых и описательных данных. Для работы с ними геоинформационная система должна иметь систему управления базами данных, при помощи которой осуществляется поиск, сортировка, добавление и исправление информации. В настоящее время некоторые системы, например, система управления базами данных Oracle, обеспечивают совместное хранение пространственной и атрибутивной информации. Кроме систем управления базами данных, любая ГИС включает систему визуализации данных, предназначенную для вывода на экран информации в виде карт, таблиц, схем и т. п., а также систему обработки и анализа данных, при помощи которой происходят обработка и анализ информации. Общая схема преобразования информации, включая процессы ввода и вывода, приведена на рисунке Система ввода представляет собой программный блок, обеспечивающий передачу данных. В него входят, как отмечалось выше, разнообразные электронные устройства (например, дигитайзер, сканер, электронный Геоинформационные системы в бизнесе 33 теодолит и т. д.). Кроме этого, информация может быть введена вручную с клавиатуры или получена из других систем. Ее источниками также являются аэрофото- и космические снимки, обрабатываемые на специализированных рабочих станциях Система вывода ГИС предназначена для представления результатов работы в виде, удобном для потребителя При помощи плоттера (графопостроителя) можно, например, получить качественные черно-белые и цветные изображения. Для этих целей используются также различные принтеры. Результаты работы могут быть представлены в виде видеофильмов, записанных на дисках, или в виде отчетов. В качестве внешних систем используется любое оборудование, включающее записывающее устройство. |