Специальные программы – геоинформационные системы

Тема 1

Введение. Что такое ГИС?Цели и задачи. Основные термины, определения. История развития ГИС. Области применения. Структура ГИС. Составные части ГИС.

Понятие ГИС.В наиболее общем смысле геоинформационные системы – это инструменты для обработки пространственной информации, обычно привязанной к некоторой части земной поверхности и используемые для управления ею (М.Демерс).

Термин трудно определим и представляет собой сочетание многих предметных областей. Даже сам термин ГИС изменяется в зависимости от целей его использования. Отсутствие общепринятого определения привело к недопониманию того, что такое ГИС, каковы их возможности и для чего такие системы могут применяться.

Некоторые пользователи полагают, что нет разницы между компьютерной картографией, компьютерным черчением и собственно ГИС (особенно потому, что экраны всех трех систем могут выглядеть одинаково). Но при попытке анализа карт в системах компьютерной картографии можно сразу убедиться, что карту построить из геометрических фигур или графических примитивов можно, но воспользоваться аналитическими возможностями ГИС – нет (CorelDraw, Photoshop). Системы компьютерного черчения (AutoCad) пригодны для использования в области проектирования, в архитектуре, но не удобны для создания карт, и также не имеют систем анализа.

Более строго, определить ГИС можно как компьютерную систему сбора, проверки, хранения, интеграции и анализа пространственной информации, относящейся к земной поверхности.

История ГИС.Геоинформационные системы возникли в начале 60-х в Министерстве лесного и сельского хозяйства Канады для учета земельных ресурсов и составления прогноза на ближайшие 10-20 лет. Эти задачи должны быть выполнены так, чтобы моно было разработать стратегию управления земельными ресурсами, чтобы эксплуатация ресурсов шла без ущерба для окружающей среды и будущих поколений. Сотрудники министерства подсчитали, что ведение учета с использованием традиционных методов картографирования и учета нерентабельно и невозможно, вследствие отсутствия достаточного количества картографов и специалистов по сбору информации.

Современное использование.

В настоящее время геоинформационные системы используют:

Естественные науки и производство для учета минеральных, лесных, водных ресурсов, потребностей представителей флоры и фауны;

Медицина для анализа здоровья населения;

Бизнес – для маркетинга товаров, анализа различных потребностей населения;

Полиция и службы экстренного реагирования для анализа криминальных ситуаций и вычисления оптимальных маршрутов с целью скорейшей реакции на вызов;

Местные власти – создание планов роста и развития территорий, зонирование территорий, и многое другое.

Программное обеспечение, относимое к ГИС: ГИС – компьютеризованная система для сбора, проверки, интеграции, управления и анализа географической информации (связанной с земной поверхностью).

Системы компьютерной картографии – для создания карт из графических примитивов (геометрических фигур) в сочетании с описательными атрибутами. Обычно не содержат аналитических возможностей ГИС.

Системы компьютерного черчения – для создания графических изображений, не привязанных к внешним описательным данным.

ГИС – мощная технология, расширившая использование карт через замену их большим числом цифровых картографических слоев с взаимосвязанными темами. Эти слои могут быть автоматически проанализированы, а их тематическое наполнение объединено для получения осмысленных ответов, необходимых для принятия решений.

Подсистемы ГИС:

1. Подсистема сбора данных, которая собирает и проводит предварительную обработку данных из различных источников. Эта подсистема также отвечает за преобразование различных типов пространственных данных (например, от изолиний топографической карты к модели рельефа ГИС).

2. Подсистема хранения и выборки данных, организующая пространственные данные с целью их выборки, обновления и редактирования.

3. Подсистема манипуляции данными и анализа,которая выполняет различные задачи на основе этих данных, группирует и разделяет их, устанавливает параметры и ограничения и выполняет моделирующие функции.

4. Подсистема вывода, которая отображает всю базу данных или часть ее в табличной, диаграммной или картографической форме.

Это разделение легко сравнить с традиционными бумажными картами, особенно если рассмотреть этапы картографического процесса.

Структура ГИС.

Использование ГИС для различных областей управления подразумевает несколько составных частей для функционирования геоинформационных технологий:

Аппаратное обеспечение (компьютерная техника)

специальные программы – геоинформационные системы

3. данные

4. специалисты

Аппаратное обеспечение должно содержать как минимум три части для нормального функционирования ГИС-проектов.

1. средства ввода пространственных данных

2. средства обеспечивающее обработку, визуализацию и анализ

3. средства вывода картографической информации на печать

1.            средства ввода пространственных данных – представляют собой устройства перевода любого вида пространственной информации в цифровую. Это: дигитайзеры (или цифровые планшеты), которые все особенности бумажной карты переводят в цифровой вариант, путем передачи пары координат (х, у); GPS-приемники – приборы спутникового позиционирования - получение сигналов со специальных спутников системы глобального позиционирования с точностью от 100м до 10 см; сканеры – создание растровых вариантов изображений; компьютеры для перевода в векторный формат растровых изображений, ввода данных с клавиатуры.

2. средства, обеспечивающие обработку, визуализацию и анализ – компьютеры с конфигурацией, достаточной для установки специального программного обеспечения и позволяющей работать с графическими изображениями. Для работы широко распространенных ПО ArcView 3.2, MapInfo 5.5 и других требования не столь высоки – достаточно Pentium II, CDRAM – 64 kb, размер винчестера не менее 5 Gb. Работа с более современными приложениями типа ArcGIS 9.x, ПО для обработки ДДЗ требует лучшей конфигурации компьютера – желательно Pentium IV, CDRAM – 256 kb, размер винчестера зависит от объема необходимой Вам графической информации. При работе с аэро- и фотоснимками необходимы винчестеры объемом не менее 80 Gb.

3. средства вывода картографической информации на печать– устройства печати. Для качественной печати карт требуются специальные печатающие устройства большого формата – плоттеры. Перьевые и картриджные. Современные – цветные, струйные. Стоимость зависит от размеров (А1, А0 и более) и качество изображения.

Программное обеспечение по типу выполняемых функций и по режиму использования ГИС могут быть различны. Но полнофункциональная ГИС должна выполнять несколько функций:

1.Система должна обеспечивать средства для формирования цифрового представления пространственных объектов и явлений,иначе говоря, обеспечиваться функциями сбора, кодирования и ввода информации.

2.Для поддержания массива данных в актуальном состоянии должны обеспечиваться средства редактирования, обновления, эффективного хранения данных, а также реорганизации данных и преобразования их в разные формы, средства для контроля правильности и качества данных.

3.Требуется обеспечивать средства для получения информации, как в ее первичном виде, так и обобщенной в различном виде (генерализованной, суммарной, усредненной), а также средств для анализа, моделирования ситуаций и процессов и интегрирования разнородной информации.

4.Система должна обеспечивать выполнение сложных запросов на получение информации. Выполнение таких сложных запросов само по себе является методом анализа.

5.Система должна обладать способностью представлять результаты работы в виде человекочитаемых наглядных документов– таблиц, карт, диаграмм.

Системы, обладающие всем перечисленным набором функций называется полнофункциональной ГИС. В качестве примера можно привести ГИС ArcINFO, ArcGIS, Intergraph.

Существует ПО, включающее только часть описанных функций. Если присутствует первая функция – функция сбора, кодирования и ввода информации, то такие ПО относят к классу векторизаторов. Это специальные программы, позволяющие в автоматическом или полуавтоматическом режиме обеспечить перевод растровой информации в векторную (Easy Trace,. Map Edit и другие).

ПО, в которых присутствуют 2, частично 3, 4 и 5 функции называют системами настольной картографии. В качестве примера можно привести ПО MapINFO, ArcView и некоторые другие.

Типы данных

Данные в ГИС представляют собой пространственные и описательные характеристики окружающего нас мира. Обычно данные специально организуют для более четкого представления об объектах на земной поверхности, возможности их представления в объектах ГИС, эффективного анализа и интерпретации возможностями ГИС.