Геоінформаційні системи: минуле, сучасність та майбутнє

Размещено на http://allbest.ru

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Геоінформаційні системи: минуле, сучасність та майбутнє

Бобик Дарина Володимирівна

Студентка IV курсу географічного факультету

Науковий керівник: Яценко Ольга Юріївна

Асистент кафедри геодезії та картографії

Україна

Анотація

Стаття описує процес становлення та історичний розвиток геоінформаційних систем, вплив ГІС-технологій на життя людини, їх зв'язок із сучасними технологічними рішеннями для забезпечення ефективного прийняття рішень у різних сферах життя суспільства. Визначено основні тенденції розвитку геоінформаційних систем, серед яких машинне навчання та застосування віртуальної і доповненої реальності для більш детального та точного опрацювання даних та прийняття ефективних рішень.

Ключові слова: геоінформаційні системи, web-картографування, машинне навчання, віртуальна реальність, доповнена реальність, інформаційні технології

Сьогодні дуже широко використовуються ПС-технології у нашому житті. Саме геоінформаційні системи допомагають нам аналізувати, відслідковувати та прогнозувати інформацію різного виду. ГІС використовується у різних сферах життя людини, серед яких містобудування, бізнес, медицина, кадастр об'єктів нерухомості, охорона природи тощо. [1]. У наш час відбувається активна розробка та впровадження ГІС-систем, проте вони пройшли дуже багато історичних етапів, щоб дійти до вигляду, в якому ми звикли їх бачити. Чітко дату появи геоінформаційних систем визначити неможливо, проте передумовами виникнення можна вважати навіть малюнки кроманьйонців у печері Ласко, які були зроблені понад 15000 років тому. Вони зображували свої домівки, тварин, на яких полювали, що являє собою зв'язок з «атрибутивною інформацією» про той чи інший об'єкт.

Луї-Олександр Бертьє вперше вжив технологію суміщення і накладання. Тобто офіцер під час битви під Йорктауном у 1781 році на базову карту накладав прозорі пласти і таким чином відслідковував положення військ.

Просторовий аналіз також був застосований і в "Атласі до другої доповіді представників ірландських залізничних доріг". Це було виражено у накладанні карти населення, геологічної карти, рельєфу та транспортних потоків.

П'єр Шарль Франсуа Дюпен опублікував у 1826 році першу тематичну карту, на якій був зображений розподіл неписьменності у Франції. У 1854 році англійський лікар також використовував технологію накладання для визначення джерела епідемії холери (він наклав карту центральної частини Лондона та місць летальних випадків). Це було дуже важливою подією в історії розвитку ГІС, адже це була перша карта, що поєднала географію та охорону здоров'я. Проте, це було тільки інтуїтивним вживанням, справжній розвиток ГІС - технологій почався тільки в 60-х роках ХХ століття і триває до сьогоднішніх днів. Перший етап називають піонерським періодом, він почався в кінці 50-х років і тривав до 70-х років ХХ століття. Саме в цей період були створенні перші комп'ютерні системи просторового аналізу растрових зображень і автоматизованого картографування та підклас інформаційних систем, які стали називати геоінформаційними. Перші досконалі ГІС-технології були розроблені в Канаді британським географом Роджером Томлінсоном і допомагали в аналізі земельного обліку та робили зручнішим отримання даних про земельні ділянки. Ці геоінформаційні системи включали в себе можливість розмежування картографічної інформації за шарами, було розроблено концепцію атрибутивних таблиць. Гарвардська лабораторія комп'ютерної графіки та просторового аналізу створила перший найвідоміший програмний пакет SYMAP і SYMVU, в якому можна було будувати 3D-зображення.

Крім того, були створені GRID - для роботи з растровими комірками; CALFORM - програми виведення картографічного зображення на плотер; ODYSSEY - попередник відомого ARC/INFO, POLYVRT. Наступним великим успіхом впровадження геоінформатики та ГІС стало Бюро перепису США, на базі якого було створено формат GBF-DIME, де вперше реалізовувалась схема визначення просторових відношень між об'єктами, яку називають топологією. Саме після цього перепису в 1970 році і почалось масове створення атласів міст, що були заснованими на цифрових файлах границь. Протягом 70-х років ХХ століття в форматі GBF-DIME були розроблені карти для всіх міст США. [2]

Другий етап називають комерційним періодом або етапом державних ініціатив, він тривав з початку 1970-х до початку 1980-х років. Держави починають збільшувати фінансування геоінформаційних проєктів. Було створено велику кількість комп'ютерних систем та програм, крім того, розробляються нові пакети, такі як ARC/INFO, MapInfo, IDRISI, MGE. Так як ГІС були міждисциплінарними та вирішували завдання в різних сферах, то почали виробляти інтегровані ГІС, які можна було охарактеризувати як універсальні.

Третій етап розпочався в 1980-х роках ХХ століття і триває по теперішній час. В цей період прогрес ГІС-технологій тісно залежить від прогресу апаратних засобів, і це не тільки комп'ютери, а і дигітайзери, сканери тощо. Популярності набирають комерційні ГІС пакети, серед них і ESRI, MapInfo. Багато країн починають користуватися новими технологіями аналізу, обробки, представлення просторової інформації у різних сферах.

Активно розробляються мережеві додатки. Для цього періоду характерним є збільшення політичного, наукового та комерційного інтересу до сфери геоінформаційних систем. Кількість ГІС стрімко зростає, виникає конкуренція, яка призводить до того, що покупець починає відігравати важливу роль.

У державах колишнього СРСР дослідження в галузі ГІС були пов'язані із запозиченнями західного досвіду. Зокрема, в Україні розвиток геоінформаційних систем включав в себе створення ГІС-асоціації, груп фахівців, що працюють над впровадженням ГІС у різні сфери життя, ведення ГІС-форумів, підтримка розробки геоінформаційних технологій, створення електронного атласу тощо. [3]

Разом з тим, Національний електронний атлас України є справді історичним виданням, адже він містить 875 карт різних розділів, серед яких загальна характеристика (38 карт), історія (79 карт), природні умови та ресурси (320 карт), населення (181 карта), економіка (181 карта), екологічний стан природного середовища (76 карт). [4]

На даний момент ГІС - це не тільки створення карт, це моделювання різних процесів, моніторинг явищ, відстеження взаємозв'язків, об'єднання та систематизація різноманітної інформації. Крім того, в «інтеграційному» аспекті ГІС використовується для розв'язання задач найвищого рівня територіального управління. ООН використовує геоінформаційні системи для роботи з актуальною інформацією, адже для різних місій готується своя картографічна основа. Зараз популярним є територіальне планування, яке також неможливе без ГІС, за допомогою яких актуалізують інформацію, обґрунтованість, прорахунок сценаріїв та використання створених матеріалів для екологічного і містобудівного моніторингу. ГІС відіграють важливу роль не тільки у муніципальних утвореннях, а й на великих підприємствах. На сьогоднішній день створено надзвичайно багато геоінформаційних пакетів, що дозволяють розробку прикладних ГІС за різним спрямуванням.[2]

Для створення різних геоінформаційних систем використовуються новітні інформаційні технології. З їх допомогою підвищилася зручність збереження та фільтрування даних для пошуку потрібної інформації. ІТ автоматизують процеси та допомагають у візуалізації даних, зокрема через створення динамічних та інтерактивних карт. Важливим фактором є забезпечення безпеки конфіденційної або важливої інформації. [5]

На даний момент широкого розвитку набуло веб-картографування. Веб-картографування - це використання інтернету для доступу до географічної інформації, що включає в себе показ карт для відображення місцезнаходжень та географічних контекстів.

Існує декілька геоінформаційних програм, що використовують технології web-картографування: картографічні web-сервіси (Google Maps), віртуальні глобуси (Google Earth, Nasa World Wind), геоінформаційні програми (MapInfo, QGIS, ArcGis), web-ГІС сервери (MapServer) та геопортали.

Крім того, сьогодні ГІС технології стали доступними навіть у мобільних програмах та хмарних середовищах. Очікується значний попит на ГІС технологію, зокрема у зв'язку з науково-технічним прогресом. В Україні теж були створені власні геопортали, зокрема це геопортал адміністративно-територіального устрою України, державна геодезична мережа України, публічна кадастрова карта України, державна геологічна карта України, геопортали «Водні ресурси України», «Лісовий фонд України», ЦПОСІ та КНП, ДКАУ, геопортали містобудівного кадастру різних міст та областей тощо. [6]. ГІС в майбутньому можуть бути тісно пов'язані з доповненою реальністю (AR) і віртуальною реальністю (VR). Завдяки інноваційним технологіям, що відкривають нові перспективи для використання віртуальної реальності, виникають нескінченні можливості, такі як збір даних у реальному часі з різних точок зору або навіть картографування приміщень, де користувач може віддалено оглянути офісну будівлю чи робоче місце.[7]

Крім того, розвиток геоінформаційних систем позначається новими тенденціями, такими як:

- Великий об'єм даних та машинне навчання. Компанії велику кількість даних можуть зберігати у хмарі, ці набори дозволять проводити аналіз закономірностей та робити прогнози.

Машинне навчання дозволить комп'ютерам вчитися на досвіді, який у них уже був та використовувати ці «знання» для передбачення, що може статися в майбутньому.

Наприклад, якщо є інформація, що територія схильна до затоплення, то комп'ютер можна запрограмувати, щоб слідкувати за цим та коригувати поведінку.

- Віртуальна реальність. За допомогою цього можна не тільки бачити об'єкти але і відчувати себе у віртуальному світі.

- Доповнена реальність. Ця технологія, дозволить бачити віртуальні об'єкти, що можуть бути накладені на реальне середовище.

- 3D друк. За допомогою спеціального принтера можна друкувати різні предмети, змінювати їхні властивості, зокрема це може бути і друк ландшафтів та географічних зображень під час проектів.

- Блокчейн. Для прикладу, компанії зможуть використовувати технологію блокчейн для того, щоб створити децентралізовану базу даних, яка була б доступна з будь-якої точки світу.

ГІС буде відігравати важливу роль у ключових галузях. Значення ГІС у майбутньому міському плануванні та розвитку розумних міст надзвичайно важливе. Використання ГІС-технологій буде вирішальним у вдосконаленні міської інфраструктури, управлінні ресурсами та підвищенні якості міського життя. ГІС зробить важливий внесок у збереження навколишнього середовища та глобальну боротьбу зі зміною клімату. Майбутнє використання ГІС передбачає застосування розширеної просторової аналітики для моніторингу екосистем, відстеження біорізноманіття та оцінки впливу зміни клімату. ГІС- технології дозволять приймати ефективні рішення та впроваджувати стратегії екологічної стійкості.

Зростаюча важливість ГІС в галузі охорони здоров'я становить ключовий аспект майбутнього медичного ландшафту. Використання ГІС-технологій стає все більш поширеним у картографуванні захворювань, проведенні епідеміологічних досліджень та оптимізації надання медичної допомоги. Вже набуло поширення використання веб-додатів та інформаційних панелей під час поширення Covid-19, що дозволило в реальному часі відслідковувати поширення вірусу.

Чудовим прикладом машинного навчання можуть слугувати безпілотні автомобілі. На сьогоднішній день ця технологія вже застосовується в деяких країнах. Датчики збирають дані про оточуюче середовище навколо автомобіля, які потім обробляються за допомогою програмного забезпечення ГІС. В результаті створюється карта навколишньої території, яка відображається на панелі приладів. Головна функція ГІС полягає в розрахунку оптимального маршруту, відстеженні трафіку, аналізі погоди та дорожніх умов, а також забезпеченні навігаційної допомоги.

В поєднанні зі штучним інтелектом, машинним та глибоким навчанням, ГІС дає низку переваг для різних сфер життя. Наприклад, ці технології можуть бути використані для розробки прогностичних моделей для точного землеробства, боротьби зі злочинністю, прогнозування екстремальних погодних умов і їх можливих наслідків, а також для інших сфер. геоінформаційний картографування віртуальний

Чим більше ГІС інтегрується з новітніми технологіями, тим більш ефективними вони стають у вирішенні реальних проблем. Ось лише кілька з таких технологій: штучний інтелект, глибоке навчання, машинне навчання, доповнена реальність, хмарні обчислення, Internet of Things (IoT), а також збір і аналіз даних у реальному часі. Однак для успішного впровадження цих технологій потрібне регулювання щодо доступу до даних. Крім того, для отримання максимальної користі від цього процесу, співробітники повинні мати розуміння географічних аспектів, а не лише володіти зовнішніми інструментами картографування та візуалізації. [8]

Висновки

Стаття проливає світло на еволюцію та перспективи геоінформаційних систем (ГІС) від моменту їх створення до сучасності та майбутнього. На основі аналізу історичного контексту та сучасних тенденцій, можна зробити кілька ключових висновків.

По-перше, стаття підкреслює важливі досягнення, які були здійснені в галузі ГІС з моменту їх започаткування. Від перших примітивних систем до сучасних високотехнологічних платформ, розвиток ГІС дозволив значно розширити можливості аналізу та використання геопросторових даних.

По-друге, стаття підкреслює важливість ГІС у різних сферах, таких як екологія, охорона здоров'я, містобудування та інші.

По-третє, стаття розглядає перспективи розвитку ГІС у майбутньому. Зокрема, вона вказує на зростання значення штучного інтелекту, машинного навчання та інших передових технологій у покращенні функціональності та ефективності ГІС

Узагальнюючи, стаття підкреслює, що ГІС залишаються ключовим інструментом для розв'язання різноманітних завдань у багатьох галузях. їхній розвиток у майбутньому буде відображати технологічний прогрес та відповідати викликам сучасного світу.

Список використаних джерел

[1] Лаврик, О. Д. (2014). Геоінформаційні технології в географії. Умань: ФОП Жовтий О. О.

[2] Зацерковний В. І. & Бурачек, В. Г. & Железняк, O. O. & Терещенко, A. O. (2014). Геоінформаційні системи і бази даних. Умань: НДУ ім. М. Гоголя

[3] Склярова, Т., & Палка, О. (2019). Історія розвитку геоінформаційних систем. Матеріали W науково-технічної конференції „Інформаційні моделі, системи та технології ". 11-12 грудня 2019, Тернопіль Україна.

[4] Руденко Л. Г. & Бочковська А.І & Поливач К. А. & Чабанюк В. С. & Подвойська В. І. &Санталова С. О. & Лейберюк О. М & Вишня М. М. (2021). Академічна географія і атласне картографування за роки незалежності України. Київ: Ін-т географії НАН України

[5] Комарова Н.В & Комаров Д.Ю.. (2023). ІТ технології в ГІС. Землевпорядна галузь України: здобутки, виклики та перспективи: матеріали ІІ Міжнародної науково- практичної конференції. 9-10 березня, 2023, Біла Церква, Україна.

[6] Кузніченко С.Д. & Бучинська І.В .(2022). Картографічні WEB-Сервіси: конспект лекцій. Одеса: Одеський державний екологічний університет

[7] The Past, Present, And Future Of GIS (2022). Вилучено з https://id.land/blog/the-past- present-and-future-of-gis

[8] The Future of GIS (2024). Вилучено з https://www.lifeingis.com/the-future-of-gis/

Размещено на Allbest.ru