Геоинформатика. Геоинф. Геоинформатика Понятие о Геоинформационной системе (гис)
 Скачать 37.7 Kb.
|
|
Геоинформатика Понятие о Геоинформационной системе (ГИС) Геоинформационная система (ГИС) – это программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной и атрибутивной информации по объектам территории. Одна из основных функций ГИС – создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений (Берлянт, 2001). Основой любой информационной системы служат данные. Данные в ГИС подразделяются на пространственные, семантические и метаданные. Пространственные данные – данные, описывающие местоположение объекта в пространстве. Например, координаты угловых точек здания, представленные в местной или любой другой системе координат. Семантические (атрибутивные) данные – данные о свойствах объекта. Например, адрес, кадастровый номер, этажность и прочие характеристики здания. Метаданные – данные о данных. Например, информация о том, кем, когда и с использованием какого исходного материала, в систему было внесено здание (Томилин, 2007). В наши дни информатизация коснулась всех сторон жизни общества. Информатика развивается благодаря другим наукам и сама способствует их постоянному развитию. В науках о Земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС), причем слово «географические» обозначает не столько «пространственность» или «территориальность», а скорее комплексность и системность, заложенные в ГИС. ГИС охватывает все пространственные уровни - глобальный, региональный, национальный, локальный, муниципальный - интегрируя самую разнообразную информацию о нашей планете: картографическую, данные дистанционного зондирования, статистику и переписи, кадастровые сведения, гидрометеорологические данные, материалы полевых экспедиционных наблюдений, результаты бурения и подводного зондирования и т.п. В создании ГИС участвуют международные ассоциации (ООН, ЮНЕП, ФАО и др.), крупнейшие государственные учреждения, министерства и ведомства, картографические, геологические и земельные службы, статистические управления, частные фирмы, научно-исследовательские институты и университеты. На разработку ГИС ассигнуются значительные финансовые средства, в деле участвуют целые отрасли промышленности, создается разветвленная геоинформационная инфраструктура, сопряженная с телекоммуникационными сетями. ГИС предназначены для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления окружающей средой и территориальной организацией общества. При создании разветвленной ГИС-инфраструктуры к этим центрам предполагается привязать местные и отраслевые ГИС разной проблемной ориентации, а также центры сбора и обработки аэрокосмической информации. В сеть ГИС обязательно должны быть включены научные и научно-производственные банки и базы тематических данных, существующих в институтах Академии наук, вузах, отраслевых учреждениях и ведомствах. Основу ГИС составляют автоматизированные картографические системы, а главными источниками информации служат различные геоизображения. Термин «геоинформатика» состоит из трех корней: география, информатика и автоматика. Под геоинформатикой принято понимать научно-технический комплекс, объединяющий геоинформатику, технологию и прикладную деятельность, которые связаны с разработкой и реализацией ГИС. Данный комплекс формируется на стыке географии, информатики, теории информационных систем, картографии и других дисциплин с привлечением системного подхода и новейших достижений в области вычислительной техники. Геоинформатика изучает принципы, технику и технологию получения, накопления, передачи, обработки и представления данных и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях. Сегодня геоинформатика предстает в виде системы, охватывающей науку, технику и производство. Геоинформатика - научная дисциплина, изучающая природные и социально-экономические геосистемы (их структуру, связи, динамику, функционирование в пространстве и времени) посредством компьютерного моделирования на основе баз данных, и географических знаний. С другой стороны, геоинформатика - это технология (ГИС-технология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно - координированной информации, имеющая целью решения задач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами. Наконец, геоинформатика, как производство - это изготовление программных и аппаратных средств, включая создания баз данных, систем управления, стандартных, коммерческих ГИС различного целевого назначения и проблемной ориентации. Сфера деятельности геоинформатики связана с картографией и дистанционным зондированием, а также затрагивает фотограмметрию, топографию. Геоинформатика располагается в одном ряду с методами (математическими, картографическими, дистанционного зондирования и др.) и связывается с науками о земле геологией, почвоведением, лесоведением, географией, экономикой, биологией и т.д. Взаимосвязи картографии и геоинформатики проявляются в следующих аспектах: тематические и картографические карты - главный источник пространственно-временной информации. системы географических и прямоугольных координат и картографическая разграфка, служат основой для координатной привязки (географической локализации) всей информации, поступающей и хранящейся в ГИС. карты - основное средство географической интерпретации и организации данных дистанционного зондирования и другой используемой в ГИС информации (статистической, аналитической и т.п.) картографический анализ - один из наиболее эффективных способов выявления географических закономерностей, связей, зависимостей при формировании баз знаний, входящих в ГИС. математико-картографической и компьютерное - картографическое моделирование - главное средство преобразования информации в процессе принятия решений, управления проведения экспертиз, составление прогнозов развития геосистем и т.п. картографическое изображение - целесообразная форма представления информации потребителям. Ближайшее окружение геоинформатики и ГИС образуют: Картография - наука о картах как особом способе изображения действительности, их создании и использовании. Дистанционное зондирование - неконтактная съёмка данных с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных фототеодолитных станций. 1.2. Программное обеспечение ГИС Чем шире становится область применений ГИС, тем сильнее ощущается “однобокость” существующих ГИС. Хотя в настоящее время на рынке имеется большое число программных пакетов ГИС, но почти все они являются симбиозом чисто картографических систем с графическими средствами и методами моделирования САПР. Из отечественных ГИС можно назвать систему пакетов GeoDraw, GeoGraph, дополняемую системой Геоконструктор. Из зарубежных систем наиболее известными являются ArcCAD, ArcViev, AtlasGIS, WinGIS, SICAD/open, MapInfo, ArcInfo и др. Имея достаточно развитые средства унификации, преобразования и хранения входной информации, графического моделирования и визуализации, все они характеризуются явно недостаточными средствами анализа имеющейся информации и поддержки принятия решений. Таким образом, для эффективного использования ГИС-технологий в перечисленных выше новых практических приложениях интеллектуальность современных ГИС явно недостаточна. Фактически они способны лишь в удобной и наглядной форме отображать заложенную в них координатно-привязанную информацию и выполнять расчеты некоторых количественных характеристик отображаемых объектов, чего явно недостаточно для поддержки принятия управленческих решений. Виды архитектуры ГИС: Закрытые системы не имеют возможностей расширения, у них отсутствуют встроенные языки, не предусмотрено написание приложений. В случае даже незначительного изменения задачи, такая система оказывается неспособной её решить. Имеют низкие цены и короткий жизненный цикл. Предъявляют очень скромные требования к ПК. - Системы для домашнего и информационно-справочного использования. Открытые системы открыты для пользователя, т.е. обладают лёгкостью приспособления, расширения, изменения, возможностью адаптации к новым форматам, изменившимся данным, связью между существующими приложениями. Обычно имеют от 70 до 90% встроенных функций и на 10-30% могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Открытые системы обычно дороги первоначально, но имеют большой жизненный цикл. Типы программного обеспечения www.gisa.ru > Геоинфармацианный портал ГИС-Ассоциации - Прогр.обесп. (ПО) httv: / / www.aisa.ru / vo.html Основные прародители современных ГИС CAD: 1) Computer-AidedDesign- система автоматизированного проектирования (САПР) 2) Computer-AidedDrafting- система автоматизированного черчения CAD-системы - это системы для автоматизированного проектирования с использованием средств машинной графики. CAD работают с техническими чертежами, их применяют в различных областях промышленности. CAD-системы могут быть ориентированы и на рабочие станции, и на персональные компьютеры. CAD-системы предыдущих поколений были малопригодны для решения задач, стоящих перед ГИС. Во-первых, они неспособны обеспечить работу с картой, поскольку пользуются условной декартовой системой координат и манипулируют только с геометрическими объектами: кругами, эллипсами, цилиндрами, кубами и т.п., а не с реальными объектами. Во-вторых, у них в описании объектов отсутствует тематическая часть, без которой практически невозможно решение задач анализа. В последних версиях CAD-систем так же как и в ГИС появились базы данных. AM - Automated Mapping Management - система автоматизированной картографии. АМ-системы - программные продукты, специально предназначенные для профессионального производства карт. Они позволяют создавать качественные стандартные карты типа морских навигационных, геологических или топографических, где все элементы содержания известны заранее. АМ-системы в основном базируются на рабочих станциях, хотя встречаются и настольные системы для ПК. АМ-системы не предназначены для управления данными и практически лишены средств анализа и возможностей моделирования. В последнее время происходит сближение АМ-систем и ГИС. AM снабжаются средствами ГИС-анализа и возможностями обмена данными с ГИС. FM - AutomatedFacilitiesManagement - система управления сетями инженерных коммуникаций: FM-системы - системы управления сетями (водопровод, трубопровод, энергетические и телефонные сети и т.д.), т.е. пространственно распределенными объектами, с каждым из которых связана существенная содержательная информация. В этом много общего между ГИС и FM-системами. Для решения большинства задач сетевого управления не важно действительное положение объектов в пространстве. В этом много общего между CAD-системами и FM-системами. В последнее время происходит расширение функций FM-систем функциями управления сетевыми объектами, задачами проектирования и эксплуатации. Возникла необходимость точной координатной привязки сетей и совместного использования этой информации с другой пространственной информацией о расположении реальных объектов (сетей, зданий и сооружений, природных объектов и т.п.). В 90-е годы XX века - AM/TM/G1 Системы мелкомасштабного пространственного анализа: Системы мелкомасштабного пространственного анализа связаны прежде всего с задачами природопользования, а также территориального планирования и управления. Одним из первых разработчиков ГИС был Институт Исследований Систем Окружающей Среды (ESRI) в США. В России такого рода системы также появились впервые в организациях геологического и географического профиля. (Фирма Ланэко, ЦГИ ИГ РАН, географический факультет МгУ). Информационно-картографическая аналитическая система DataGraf (Институт охраны природы). СУБД - Системы управления базами данных База данных (БД) - организованный набор взаимосвязанных файлов. СУБД предназначены для манипулирования текстовыми, графическими и числовыми данными с помощью персонального компьютера или рабочих станций. СУБД выполняют функции формирования наборов данных, поиска, сортировки и корректировки данных. СУБД позволяют работать с данными путем реализации ограниченного числа часто используемых функций и определения последовательности их выполнения. Классификация современных ГИС-программ по функциональным возможностям: Базовые программные средства универсальные специализированные Модули приложения (решение специализированных задач) Вспомогательные средства, или утилиты (выполнение отдельных операций) Фирмы-разработчики создают семейства программных продуктов для решения различных по направлениям и объёму задач, реализации различных групп функций (ГИС-вьюеры, Настольные, Серверные, Интернет-серверы, Интернет-вьюеры, Мобильные ГИС и т.д.) Полнофункциональные ГИС
Такие продукты, как GeoDraw / GeoGraph, Sinteks / Tri, GeoCAD, EasyTrace, обладают не только значительным количеством пользователей, но и имеют уже все атрибуты рыночного оформления и поддержки. В российской, геоинформатике есть некая критичная цифра работающих инсталляций - пятьдесят. Как только вы ее достигли, дальше есть только два пути: или резко вверх, наращивая число своих пользователей, либо - уход с рынка из-за невозможности обеспечить необходимую поддержку и развитие своему продукту. Интересно, что все упомянутые программы обслуживают нижний ценовой уровень; другими словами, в них найдено оптимальное соотношение между ценой и напором функциональных возможностей именно для российского рынка. 1.3. Из истории развития геоинформатики и ГИС Пионерный период (Конец 50-х - начало 70-х годов XX века) Первая в мире геоинформационная система - ГИС Канады. Создание и разработка проводились в 1963-1971 годах Министерством лесного хозяйства и сельского развития Канады в целях рационализации землепользования. Региональная ГИС национального уровня для учёта, классификации, оценки состояния земельных ресурсов страны - инвентаризации и анализа данных. Создание экспериментального сканера. Развитие геоинформатики в середине 60-х годов в Швеции (инвентаризация земель и недвижимости) и США (создание графопостроителей, пространственный анализ). Работы проводились в университетах, исследовательских институтах. ГИС - информационно-поисковая система. В России - первые работы в области геоинформатики. Государственный период (Начало 70-х - начало 80-х годов XX века) До начала 80-х годов - очень высокая стоимость аппаратуры (ЭВМ), программного обеспечения и обслуживания. Происходит развитие крупных геоинформационных проектов, которые поддерживает и финансирует государство, формирование государственных институтов в области ГИС. Результаты применения ГИС высоко эффективны и очень дороги. Развитие ГИС: появление описания пространства (указания местоположения); формирование растровых и векторных структур; создание технологии массового цифрования карт; развитие геоинформационных технологий манипулирования пространственными данными. Развитие периферийных устройств, использование дисплея. ГИС - картографический банк данных с возможностями математико-картографического анализа данных и моделирования. Коммерческо-профессиональный период (Начало 80-х - начало 90-х годов XX века) Начиная с этого периода затраты на использование ЭВМ стали снижаться (на порядок за каждые 6 лет). Распространение персональных компьютеров и рабочих станций. Использование ГИС в крупных фирмах, государственных министерствах и ведомствах. Развитие настольных ГИС (ГИС для IBM PC), появление сетевых приложений. Формирование широкого рынка разнообразных коммерческих программных средств. Адаптация универсальных программных продуктов для решения конкретных проблем. Расширение круга решаемых задач, освоение новых источников данных (данные дистанционного зондирования, систем позиционирования). Переход к открытым системам, конвертация информации. Создание программного обеспечения ARC/INFO (независимость от платформ и операционных систем, реляционная система управления базами данных). Пользовательский период (Начало 90-х - настоящее время) Широкое распространение персональных компьютеров, быстрое их развитие. Активное использование, адаптация и даже модифицирование программ пользователями ГИС. Появление значительного числа непрофессиональных пользователей. Возникновение Интернета, начало формирования мировой инфраструктуры пространственных данных. Бурное развитие ГИС-технологий. Практическое применение ГИС во всех сферах деятельности, включение геоинформатики в образовательный процесс. Свободно распространяемое программное обеспечение — Quantum GIS. Глава 2. Применение и связь ГИС с другими научными дисциплинами и технологиями 2.1. ПрименениеГИС По мнению многих авторов, ГИС обладает организующей силой и часто рассматривается как комплекс мероприятий по организации мониторинга за состоянием территории (территориально-природного комплекса). На это указывает включение в число функций ГИС наблюдений, измерений, сбора, описаний, систематизации и оценки пространственно организованных данных, создание тематических карт и атласов, процедур принятия решений и организации контроля. Такой список задач стоит именно перед мониторингом, но собственно к ГИС имеет лишь косвенное отношение, хотя решение некоторых из этих задач возможно лишь с помощью электронной картографии. ГИС правильнее рассматривать в качестве методологии обработки картографической информации и видеть ее основные функции в организации баз данных (т. е. ввода, хранения, расчета и обработки информации с пространственной привязкой), выполнении моделирования и прогнозирования пространственно-временных явлений. ГИС - это компьютерная идеология и технология исследования и отображения пространственных отношений. 2.2. Связь ГИС с другими научными дисциплинами и технологиями Геоинформационное картографирование— отрасль картографии,занимающаяся автоматизированным составлением и использованием карт на основе геоинформационных технологий и баз географических (геологических, экологических, социально-экономических и др.) знаний. Создание и использование карт на основе ГИС Географическая Информационная Система - это компьютерная система, позволяющая показывать необходимые данные на электронной карте. Карты, созданные с помощью ГИС, можно смело назвать картами нового поколения. На карты ГИС можно нанести не только географические, но и статистические, демографические, технические и многие другие виды данных и применять к ним разнообразные аналитические операции. Электронная карта, созданная в ГИС, поддерживается мощным арсеналом аналитических средств, богатым инструментарием создания и редактирования объектов, а также базами данных, устройствами сканирования, печати, средствами Интернет и даже космическими снимками и информацией со спутников. Общие геоданные используются при создании и в работе различных типов геоинформационных систем: Профессиональных (для государственных и отраслевых структур); Открытых ГИС, которые доступны на автоматизированных рабочих местах разных специалистов внутри региона и страны; Встроенных ГИС – системах, установленных на автомобилях, водном транспорте, подводных лодках, современном железнодорожном транспорте; GPS (Geo Position System) – система навигации с помощью спутниковой информации; Интернет-ГИС – различных сетевых порталах, предоставляющих электронные карты; САПР-ГИС – в системах автоматического проектирования в строительстве зданий и коммуникаций, ландшафтном дизайне; Настольных ГИС – тех системах, которые устанавливаются на рабочих и домашних компьютерах, например TOPPLAN Санкт-Петербург и др. системы настольного картографирования. ГИС используются не только специалистами-географами, но и учеными, бизнесменами, врачами, следователями, чиновниками, маркетологами, строителями, экологами. С помощью ГИС природоохранные организации следят за состоянием лесов, рек и почв. Коммунальные службы планируют и проводят мероприятия по обслуживанию городских сетей. Спасатели, пожарники и ремонтники оперативно рассчитывают оптимальные маршруты. ГИС все шире применяются в бизнесе. Внимательный взгляд на карту - и обнаруживаются резервы в обслуживании, незамеченные конкурентами, планируются новые торговые точки. Перевозчики грузов повышают надежность доставки, экономят время и горючее за счет оптимизации маршрутов. Заключение В настоящее время ГИС-технологии применяют практически во всех сферах человеческой деятельности. При этом наибольшее распространение получили классические двухмерные геоинформационные системы. Таким образом, будучи применимы в самых различных сферах деятельности человека, включая все преимущества классических ГИС, но решая более сложные и новые задачи, трехмерные ГИС (3D) становятся намного более эффективными. Поэтому на сегодняшний день одной из основных тенденций мирового рынка в области проектирования является переход от двухмерного проектирования к трехмерному моделированию, а также внедрение современных трехмерных геоинформационных систем и их выход на первый план. ГИС-технология продолжает расти и развиваться. Ее эволюция будет основываться на ряде фундаментальных ГИС-характеристик с учетом трендов развития вычислительной техники и Интернет-технологий. Новые веяния в компьютерной области, такие как широкое распространение Интернет-технологий, развитие технологии СУБД, объектно-ориентированное программирование, разработка мобильных компьютеров и широкомасштабное применение ГИС, привели к новому видению роли и места ГИС-технологии. ГИС-серверы совместимы со стандартной ИТ-средой и очень хорошо работают вместе с другим корпоративным программным обеспечением, таким как Web-серверы и разные СУБД, и корпоративными средами, такими как NET и Java™ 2 Platform Enterprise Edition (J2EE). Это позволяет интегрировать ГИС со многими другими технологиями информационных систем. Поддержка моделей, основанных на файловых системах, включает доступ к разным наборам ГИС - данных, включая покрытия, шейп-файлы, гриды, изображения и нерегулярные триангуляционные сети (TIN). Модель базы геоданных управляет теми же типами географической информации в реляционных базах данных, предоставляя многие преимущества управления данными, предлагаемые СУБД. Литература Основы геоинформатики и ГИС-технологий (краткий лекционный курс) [Электронный ресурс] : учебные материалы по ГИС. Режим доступа: http://www.geomod.rsu.ru. - Загл. с экрана. Ткачева, О.А. Географические и земельно - информационные системы: В 2-х ч. Ч.1: курс лекций для студ. спец. 120301 – Землеустройство, 120302 – Земельный кадастр. / О.А. Ткачева; Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2008. Что составляет основу Географической Информационной Системы [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.dongis.ru. - Загл. с экрана. Галушкин, В.И. ГИС: учеб. пособие: [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.skgmi-gtu.ru/aoi/Method/Geoinformacionnye_sistemy.htm#. - Загл. с экрана Емельянова, Г. ГИС сегодня: тенденции, обзор: [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=15737. - Загл. с экрана. Области применения ГИС технологий, этапы создания, перспективы, тенденции развития: [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.pandia.ru/text/77/223/18300.php. - Загл. с экрана. Геоинформационные системы: [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.trisoftrus.com/DesktopDefault.aspx?tabid=102&Mnu=2.102. - Загл. с экрана. Геоинформационные системы в Интернете. Полные уроки: [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://school.xvatit.com/index.php. - Загл. с экрана. Интернет как основа создания ГИС: [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://loi.sscc.ru/gis/inetgis/imb.htm. - Загл. с экрана. Шляхтина, С. Обзор онлайновых картографических сервисов: [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.3dnews.ru/software/ - Загл. с экрана. Информационные системы в землеустройстве и кадастрах: учеб. пособие / О.А. Ткачева, Е.Г. Мещанинова, О.В. Погребная, Е.В. Соколова; Новочерк. гос. мелиор. акад. – Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2008. Компьютерные технологии в кадастровой практике: монография / О.А. Ткачева, Е.Г. Мещанинова, А.А. Вечерняя, А.А. Иванова, Е.Ю. Войтенко. – Новочеркасск: Изд-во «НОК», 2011. Ткачева, О.А. Геоинформационные системы в земельном кадастре: учеб. пособие / О.А. Ткачева, Е.Г. Мещанинова; – Новочер. гос. мелиор. акад. – Новочеркасск: ООО «Оникс+», 2007. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: «Финансы и статистика», 1998 Майкл Н. ДеМерс. Географические информационные системы. Основы. М.: Дата+, 1999 Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. М.: КДУ 2008 (2010) Геоинформатика / Под ред. В.С. Тикунова. В 2-х книгах. М.: Изд. центр «Академия», 2008 Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов hitр://www.qisa.ru/geoinfoslovar.html Берлянд А.М. Картография. М.: Аспект Пресс, 2002 |