В настоящее время на рынке ГИС появились новые, так называемые объектно-реляционные модели данных, которые объединяют возможности геореляционных и объектно-ориентированных моделей. Объектно-реляционные СУБД позволяют создавать объекты в среде СУБД, объекты хранятся как строки в реляционной таблице. Объектно-реляционные модели поддерживают наследование классов. Возможно написание пользователем своих функций на объектно-ориентированном расширении языка SQL. Широкого применения пока такие модели у пользователей не нашли.

Таким образом, в настоящее время наиболее распространенным в геоинформационных системах является использование геореляционных (гибридных) моделей.

6.1 Метаданные

Помимо информации, относящейся к индивидуальным объектам, большое значение имеет также так называемая метаинформация, или метаданные, т.е. данные о данных. Метаданные могут быть различными и относиться к различным множествам данных - например ко всем данным в конкретной базе данных. Непременным условием являются сведения о назначении этой БД, где, когда и кем собрана информация и создана база данных. Это могут быть сведения о методах сбора информации. Эта информация может относиться только к графической базе данных (сведения о системе координат и картографической проекции) или только к атрибутивной части (описательной информации об объектах).

Лекция 7. Принцип послойной организации данных в ГИС

Более детальный уровень рассмотрения организации данных называют структурой модели данных. От правильно организованной структуры данных зависит эффективность работы системы.

Существует два способа структурирования данных - послойный и объектно-ориентированый.

Принцип послойной организации данных наиболее близок к принципам традиционной картографии. При отображении пространства происходит некоторое условное деление объектов на тематические слои. Разделение объектов на слои происходит по их содержательному критерию, т.е. согласно атрибутивным данным. Тематический слой образует некоторую логически независимую единицу данных.

Объекты одного тематического слоя имеют единую и отдельную от других слоев систему идентификаторов, к ним можно обращаться как к некоторому множеству. Часто данные одного тематического слоя физически образуют также отдельную единицу - хранятся в одном файле или директории. Для топологических моделей существует еще одно ограничение. Тематический слой может содержать векторные объекты только одного геометрического типа - точечный, линейный или полигональный. Происходит более дробное деление тематического слоя на отдельные покрытия в зависимости от геометрического типа объектов.

Число слоев при послойной организации данных ограничено практически только задачами реализации проекта. При послойной организации данных очень удобно манипулировать большими группами объектов, представленных слоями, как единым целым, например, при визуализации данных или определении операций, основанных на взаимодействии слоев. В геоинформационных системах послойная организация преобладает для представления как топологических, так и объектных векторных моделей. Для представления растровых моделей используют только послойную организацию данных.

Объектно-ориентированный принцип организации данных

Объектно-ориентированный принцип организации данных в ГИС основан на положении объектов в какой-либо сложной иерархической схеме классификации, на взаимоотношениях между объектами. При такой организации удобно отображать различные родственные и генетические отношения между объектами, отношения соподчиненности, функциональные связи между объектами. Например, возраст геологических пород или генеалогическое древо. Этот принцип менее распространен из-за трудностей практической организации всей системы взаимосвязей объектов. Недостаток такой модели в том, что для формирования такой структуры базы данных очень велики трудозатраты на подготовительном этапе, возникают сложности при необходимости изменения созданной структуры и применения ее к новым задачам.

Такой способ организации применяется в ГИС ПАРК - геоинформационной системе, разработанной как автоматизированное рабочее место (АРМ) геолога-съемщика.

Далее рассмотрим, как на практике создаются цифровые модели, определим методику и технологические приемы их эффективного построения.

Лекция 8. Интеграция данных в БД ГИС

Интеграция означает, что помимо большого набора типов данных и технологий имеется некоторая концепция и методология, оптимально объединяющая это разнообразие данных и технологий. Поэтому не следует путать применение суммы различных методов и технологий, не имеющих внутренней связи и объединяющей их единой концепцией системы с интеграцией.

Современные тенденции создания интегрированных систем влияют на разные аспекты интеграции - интеграцию данных, технологий и технических средств.

Первый, наиболее важный и сложный функциональный уровень ГИС, ориентирован на ввод информации и формирование базы данных (БД). При этом предполагается, что исходные данные могут быть представлены на следующих физических носителях:

бумажных картографических форматах (топографические, геологические, экологические и другие тематические карты);

бумажных и полутоновых и цветных изображений (космо- и аэроснимки, фотографии местности, рисунки и схемы, таблицы, графики и т.д.);

магнитных носителях цифровой информации, в форматах регистрирующих и обрабатывающих систем.

Для создания цифровой модели карты (ЦМ) необходимо, в первую очередь, организовать структуры для хранения данных и их использования. В ГИС эти структуры специфичны. Двумя основными типами информации для ГИС являются пространственные и атрибутивные или тематические базы данных. Пространственная информация векторных ГИС описывает расположение и очертание географического объекта. Тематическая информация содержит описание количественных и качественных характеристик объектов и связей между ними.

В основу технологии создания БД положены принципы целостности и гибкости ввода всей картографической и сопутствующей ей текстовой, табличной и иллюстративной информации. Под целостностью технологии подразумевается ее пригодность для одновременного ввода всей нагрузки карты, т.е. всех геометрических и тематических типов объектов, и сопутствующей информации о каждом объекте. Гибкость означает возможность разнесения процедуры ввода взаимосвязанных данных по времени, по разным рабочим местам, комбинирование различных способов ввода, возможность одновременного ввода всей нагрузки карты с последующим автоматическим ее расслоением или предварительно расслоенной карты с последующей интеграцией слоев.

Для использования в геоинформационной системе данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой или векторизацией. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов. При небольшом объеме работ данные можно вводить с помощью дигитайзера. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.

В создании цифровых моделей можно выделить несколько этапов:

предварительный этап предмашинной подготовки - выбор системы координат (условная, географическая), создание классификаторов, кодировка., установка связей,

векторизация данных,

Идентификация,

Заполнение атрибутивной БД.

Обозначенные функции ГИС, прежде всего, открывают возможность «расслоить» карту на любое множество содержательно однородных для данного пользователя элементарных слоев или так называемых тематических покрытий. Такая форма не только необходима для формальных алгоритмов анализа данных, но и удобна с точки зрения оперирования ими.

Рисунок Структура создания БД

Система ввода - это программный блок, отвечающий за получение данных, источниками которых могут являться разнообразные электронные устройства, такие, как дигитайзер, на котором осуществляется цифрование карт, сканер, считывающий изображение в виде растровой картинки, электронные теодолиты и другие геодезические приборы. Информация может быть введена с клавиатуры вручную или получена из другой компьютерной системы. Ее источниками могут быть аэрофото - и космические снимки, обрабатываемые на специализированных рабочих станциях.

Независимо от источников информации главное правило существования ее в геоинформационной системе - приведение данных к формату карт.

После выбора структуры можно приступить к преобразованию уже имеющиеся данных в цифровую форму. Векторизация является очень трудоемким процессом. Необходимо планировать время для преобразования и проверки информации. В центре любого плана ввода данных должен стоять внутренний аудит. Это поможет вам определить объем, рамки и стоимость предстоящей работы.

Способы ввода графической информации в ГИС

В современных ГИС процесс ввода графической информации в базу данных может быть осуществлен при помощи дигитайзера или по растровой подложке с применением сканерной технологии, а также из заранее подготовленных файлов данных (с помощью конверторов, если данные существуют в отличных от системы форматах).

Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется векторизацией или оцифровкой. Существует несколько способов перевода данных с бумажных носителей в цифровую форму. Это векторизация с использованием дигитайзера (дигитализация) или по растровому изображению (растровой подложке) на мониторе. Дигитализация возможна двумя способами - по точкам и потоком, а векторизация по подложке осуществляется тремя способами - ручная, интерактивная (полуавтоматическая) и автоматическая.

Векторизация с помощью дигитайзера

Первый и самый простой способ векторизации с помощью дигитайзера является самым старым из всех перечисленных. В настоящее время применяется, в основном, для векторизации больших по размеру оригиналов карт, не имеющих детальной нагрузки или для пополнения цифровых карт новыми деталями. При дигитализации по точкам оператор обводит курсором дигитайзера все контура, отмечая необходимы на его взгляд, точки излома. Этот метод не требует сложного программного обеспечения, но является очень трудоемким. При таком способе векторизации ошибки со стороны оператора практически неизбежны. Дигитализация потоком практически ничем не отличается от предыдущего, скорее это просто другой режим работы дигитайзера. Сигнал для ввода точки в этом способе передается в память компьютера не при нажатии кнопки курсора, а при пересечении курсором линий сетки, что избавляет оператора необходимости постоянно нажимать на кнопку. С этим методом связано неудобство хранения большого количества, возможно лишних, координат, получающихся при пересечении линий сетки. Кроме того, искажения в этом случае больше (прямая линия, которая традиционно содержит две точки, в этом случае - ломаная линия). В геоинформационных системах способ поточной дигитализации практически не применим.

Во время начального развития геоинформационных систем ввод данных осуществлялся в основном при помощи дигитайзеров. По мере развития аппаратного обеспечения и увеличением мощности компьютеров дигитайзерный ввод применяется все реже.

Ручная и интерактивная векторизация по подложке.

В настоящее время большая часть ввода осуществляется по подложке, которая передается в память компьютера в виде растровых изображений.

Растровые изображения получают с помощью сканера. Отсканированное изображение выводится на экран компьютера, и сама векторизация осуществляется по этой растровой подложке с помощью курсора мыши.

Используются три способа векторизации растровых изображений:

автоматический - с обучением системы без участия оператора

полуавтоматический - с обучением системы и участием оператора в интерактивном режиме;

ручной - обводка каждой линии оператором вручную;

При ручной векторизации действия оператора аналогичны технологии цифрования с помощью дигитайзера, с той лишь разницей, что получаемая векторная модель на экране совмещена с исходной картой, что позволяет оператору легче и качественнее контролировать ввод. Автоматическая векторизация происходит без участия оператора, способом обучения системы и распознавания образов. При интерактивной (полуавтоматической) векторизации часть операций проводится автоматически с использованием способа обучения системы.

Автоматический способ векторизации практически не применяется в геоинформационных технологиях, так как этот способ делает затруднительным расслоение сложных по нагрузке карт и заполнение атрибутивной базы.

Два других способа используются в равной мере. Предпочтение ручному способу векторизации отдается в случае оцифровки сложных по составу карт, имеющих мелкие детали. В этом случае только использование способа ручной обводки, т.е. постоянное участие оператора, может обеспечить требуемую точность. Интерактивный способ используют для векторизации карт с небольшим количеством сложных объектов и с ограниченным числом слоев при хорошем качестве исходного материала. Поэтому чаще используется для векторизации карт, имеющих протяженные линейные объекты (часто это карты изолиний, гидросеть).

Векторизация по растру удобнее, чем дигитализация - меньше ошибок за счет наложения векторной картинки на растр. Для векторизации необходимо высокое качество растровых образов. Чтобы обеспечить требуемую точность, приходится заниматься иногда улучшением качества растра. Технология требует специализированного программного обеспечения и достаточно мощной конфигурации компьютера.

Исправление всех возможных ошибок при векторизации осуществляется в два этапа:

корректировка растрового изображения - чистка растра

корректировка векторных образов - редактирование.

Точность векторизации характеризуется суммой накопленных искажений:

ошибка положения контуров цифровой карты относительно источника;

ошибка передачи размеров и формы объекта при векторизации;

ошибка положения контуров относительно местности, связанная с источником получения цифровой карты (деформация бумаги, искажение растра в результате сканировании).

Точность векторной карты зависит от квалификации оператора, программного обеспечения, используемого оборудования, источника для векторизации, используемой технологии. Нужно отметить, что при векторизации растра точность ввода значительно выше, чем при оцифровке дигитайзером, и в основном зависит от качества исходного растра.

Следующий функциональный уровень ГИС - идентификация введенных объектов. Суть этой функции заключается в необходимости связи пространственного объекта с его содержательной сущностью. Это позволяет осуществить доступ к содержательной сущности объектов, как тематическому элементу геосистемы, так и к конкретному тематическому множеству.

Заполнение атрибутивных таблиц. Атрибуты могут вводиться с клавиатуры или указанием в заранее подготовленных и по мере необходимости пополняемых списках возможных значений атрибутов.

К каждому слою можно привязать набор таблиц. Связанные со слоем таблицы помещаются в список базы данных слоя, из которого необходимая в данный момент для работы таблица может быть выбрана. Связь слоя с таблицами хранится только для данной композиции карты. В каждой композиции с одним и тем же слоем можно связать разные или одни и те же таблицы.

По механизму генерации таблицы могут быть нескольких типов:

1) таблицы атрибутивных данных, созданные в других программах или путем задания структуры и содержания пользователем;

2) информационные таблицы, содержащие информацию о топологических связях пространственных объектов в слое, генерируемые автоматически;

3) таблицы-запросы к таблицам атрибутивных данных (таблицы запросов), в которых содержится (вводится) информация о конкретных параметрах запросов и название запроса; они могут сохраняться и повторно проигрываться.

Выбор таблицы для слоев (добавление, удаление, переименование, создание новых таблиц) осуществляется пользователем. Данные в таблице можно редактировать.

Комбинация созданных тематических слоев составляет основу базы данных на территорию или основу геоинформационного пакета (ГИП).

База данных в геоинформационных системах строится по многослойному принципу с тематической ориентацией каждого слоя. Каждая база данных содержит всю необходимую для функционирования подсистем тематической обработки метрическую, атрибутивную и параметрическую информацию:

карты в векторной и матричной форме представления,

классификаторы картографических объектов и свойств территорий, списки и коды классов объектов и другие данные, представляющие легенды карт;

объектно-привязанные текстовые описания;

наборы картографических знаков и другие данные.

База данных может включать три основных типа форматов геоданных - векторных, матричных и атрибутивных, а также метаданные, позволяющие связать всю информацию воедино и обеспечить целостность цифровой модели

Лекция 9. Программное обеспечение ГИС

Программное обеспечение геоинформационной системы следует рассматривать как совокупность подсистем, каждая из которых способна обеспечить поставленную ей задачу. В зависимости от функциональных возможностей программного обеспечения, которые позволяют эффективно решать различные задачи, можно условно выделить несколько подсистем:

1. Подсистемы ввода. Это программные средства ввода данных, позволяющие грамотно и эффективно осуществить создание базы данных геоинформационной системы. Для ввода информации часто используются специальные программы, которые носят название векторизаторов или векторных редакторов, в зависимости от способа векторизации, заложенного в них.

Векторизаторы имеют функцию автоматической или интерактивной (полуавтоматической) векторизации, основанной на распознавании и обучении системы. Использование таких систем удобно при векторизации протяженных линий (изолиний), где распознавание достаточно просто.

При векторизации более сложных карт используются векторные редакторы. Векторизация в этих системах осуществляется вручную с использованием дигитайзера или по растровой подложке на экране.

Подсистемы ввода, как правило, имеют функции проективных преобразований (преобразования систем координат и трансформации картографических проекций), что позволяет приводить векторные и растровые данные к единому координатному пространству и масштабу до векторизации.

Вторую группу геоинформационных систем составляют системы анализа данных. Эти системы обеспечивают функции поиска и анализа - от простых ответов на запросы до сложного статистического анализа больших массивов данных. Подсистема анализа является «сердцем» ГИС. ГИС-анализ использует возможности современных технических средств для измерения, сравнения и описания информации, хранящейся в базе данных. Мощные возможности современных компьютеров обеспечивают быстрый доступ к исходным данным и позволяют агрегировать и классифицировать данные для дальнейшего анализа. При этом пользователь практически не ограничен в видах используемой информации и способами анализа.

Как правило, системы этой группы обеспечены подсистемами ввода и вывода данных. В этом случае такие системы относятся к классу полнофункциональных.

Третью группу систем составляют системы компоновки и вывода данных или так называемые вьюверы (view). Задача этих систем - создание геоинформационных пакетов типа информационно-справочных и компоновка выходных карт на бумажные носители. Наиболее общей целью картографии является производство карт, обычно некоторым тиражом, для многих пользователей. Подсистемы этой группы обладают возможностями грамотного и удобного оформления карт любого назначения, а также возможностью их тиражирования на бумажных носителях или в цифровом виде.

Существуют системы, способные решить только одну или несколько из перечисленных выше задач.

При создании геоинформационного пакета на территорию и работе с ним используют либо одно полнофункциональное программное обеспечение ГИС, либо набор ПО ГИС, позволяющий провести комплексную обработку для решения поставленной задачи.

Выбор программного обеспечения ГИС является очень ответственным шагом, от правильного выбора программного обеспечения напрямую зависит эффективность работы всей системы.

Вот некоторые критерии, которыми необходимо руководствовать при выборе программного обеспечения:

достаточные требования к аппаратным средствам и уровню подготовки персонала;

открытые форматы, используемые программным обеспечением или развитые возможности функций экспорта-импорта данных;

простота ввода данных;

СУБД, поддерживаемые программным обеспечением;

необходимый набор функций для решения поставленных задач;

модульное построение, позволяющее включать дополнительные функции, разработанные сторонними коллективами программистов:

возможность настройки пользовательского интерфейса при решении различных задач;

высокий уровень технической и методической поддержки разработчиками ПО, возможности получения обновление версии.

Следует заметить, что важным критерием при выборе программного продукта является оптимальное соотношение цены к функциональным возможностям.

В настоящее время существуют сотни отечественных и зарубежных разработок программных средств, которые отвечают большей части этих критериев. Большая часть программного обеспечения не является одной из подсистем в чистом виде. Как правило, в каждой из программ сильным является одна из функций. Полнофункциональные программы, в которых сильными являются все подсистемы, отличаются высокой ценой.

Сегодня имеется огромное количество программных продуктов, которые доступны на любой аппаратной платформе. Эти продукты, в основном, можно разделить на два "лагеря": высококачественные профессиональные ГИС (high-end) и пакеты настольного картографирования некоторыми функциями ГИС.

Первые (high-end) ГИС отличает большая мощность, полный функциональный набор инструментов. Они обеспечивают все функции, какие требуются для большинства приложений. Средства ввода, например, обеспечивают возможность ввода с существующих карт и записей, существующих цифровых данных в различных форматах и средства сбора информации, такие как от геодезических приборов и с приемников GPS (космической системы глобального позиционирования), вплоть до работы в режиме реального времени.

Эти системы имеют средства управления очень большими базами данных со многими пользователями, вносящими свои индивидуальные изменения. Эффективное хранение сложных пространственных баз данных является другой проблемой, которая требует специальных программных инструментов, особенно в процессе доступа и архивирования данных. Диапазон функций анализа географической информации в этих системах лежит от простого последовательного набора данных до создания буферов и комбинаций наборов данных для построения модели окружающей среды, как в двух, так и в трех измерениях. Такое сложное программное обеспечение требует и соответствующей поддержки со стороны квалифицированного персонала.

Основную массу разработок на рынке ГИС программ в последние несколько лет составляют так называемые пакеты настольного картографирования ГИС. Эти пакеты имеют не так много функций и изначально разрабатывались для простого анализа и вывода карт и графиков.

Выбор одного из предложенных классов программного обеспечения зависит от класса решаемых задач и от финансовых возможностей покупателя.

Классифицировать программные средства можно исходя из их архитектурных принципов построения: открытые и закрытые.

Открытые системы имеют основу встроенных функций (от 70 до 90%), в остальной части могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Такие системы обладают встроенными языками программирования. Термин «открытые» системы означает открытость для пользователя, легкость приспособления, расширения, изменения, адаптации к новым форматам, связь между существующими приложениями. Открытые системы отличаются высокой стоимостью, но позволяют избежать трудностей при развитии решаемых задач в будущем.

Закрытые системы не имеют возможностей расширения, у них отсутствуют встроенные языки программирования, не предусмотрено написание приложений. Если даже первоначально закрытые системы удовлетворяют пользователя, но если задачи, которые решает пользователь, меняются хотя бы незначительно, то такая система не способна их решить. Достоинством таких систем является их низкая стоимость.

Предпочтение, безусловно следует при выборе отдавать открытым системам, так как они имеют более длительный жизненный цикл.

Программное обеспечение ГИС стремительно развивается в настоящее время. Основные тенденции развития ГИС-технологий направлены на все возрастающую открытость систем:

увеличение возможностей использования графических данных (открытие форматов, поддержка обменных форматов других систем, разработка специальных конвертеров);

расширение числа моделей используемых графических данных в одной системе (топологическая модель, объектно-ориентированная модель, TIN - модель, GRID- модель);

увеличение возможностей в работе с базами данных (отказ от использования собственных и использование коммерческих СУБД, поддержка SQL запросов, работа с внешними базами данных через ODBC);

унификация интерфейса и приспособление его к потребностям пользователя (разработка систем в средах Windows и Windows NT, включение средств модификации системных меню, разработки меню конечного пользователя);

расширение возможностей по созданию пользовательских приложений (использование языков высокого уровня или языков системы, обладающих всеми возможностями языков высокого уровня - MapBasic, Avenue). Предоставление библиотек функций, с использованием которых создавалась сама система (Геоконструктор, MapObjects);

поддержка возможностей взаимодействия с другими программными продуктами через механизмы OLE и DDE (электронные таблицы, графические редакторы, системы документооборота);

Современное программное обеспечение становится все сложнее функционально, и в то же время все проще для пользователя. Увеличение функциональных возможностей системы достигается за счет включения в комплекты поставки программных продуктов, созданных пользователями и доработанных до промышленных образцов фирмами поставщиками (редакторы условных знаков и фонтов; модули, расширяющие возможности моделирования и пространственного анализа)

При комплектации программного обеспечения следует иметь в виду возможность использования в геоинформационной проекте различных инструментальных ГИС при гарантированном обеспечении полной совместимости при обмене данными.

Ниже приведены описания функциональных возможностей программного обеспечения разных классов и разработчиков, выбранных автором как оптимальные для решения поставленных в работе задач.

Зарубежные разработки:

Программное обеспечение компании ESRI&ERDAS

ARC/VIEW 3.2 - системы создания информационно справочных пакетов (ГИП) и компоновки выходных карт. Программа предоставляет конечному пользователю средства выбора и просмотра разнообразных геоданных, их редактирования, создания макетов карт, адресного геокодирования, распечатки картографических материалов. Имеет модульную структуру и встроенный язык создания приложений AVENUE.

Дополнительные прикладные модули расширения ARC/VEW:

-AV SPATIAL ANALYST - предоставляет инструменты для создания, запроса, анализа и отображения на карте данных по регулярной сетке, а также выполнения системного анализа с использованием объектных тем,

-AV 3D ANALYST предоставляет пользователю следующие возможности: создавать реалистичные модели поверхности по разного рода исходным данным; определять высоту (значение) поверхности в любой ее точке; рассчитывать объемы между поверхностями работать с векторными 3D объектами для создания реалистичных моделей трехмерного вида; визуализировать данные в 3D форме.

-AV NETWORK ANALYST - средство, помогающее решать общие проблемы по сетям данных, через которые происходит транспортировка.

ARCGIS - полнофункциональная ГИС-система, имеет совершенные средства для создания карт, их редактирования, ввода и преобразования данных; распределенное управление данными; полная интеграция с системами управления реляционными базами данных (СУБД).

ERDAS Imagine - обеспечивает работу с данными дистанционного зондирования. Является полнофункциональной геоинформационной системой с функциями создания, анализа и интерпретации геоданных. Имеет самый полный набор функциональных возможностей среди аналогичных пакетов.

Программное обеспечение Intergrach Corp.

GeoMedia Professional - универсальная ГИС-система, позволяющая напрямую (без конвертации) подключаться и работать с геоинформационными базами данных большинства форматов, эффективно интегрирует геоданные в единую информационную систему масштаба от рабочей группы до предприятия. Обладает функциями создания БД, обработки и анализа информации. Имеет модульную структуру.

Отечественные разработки:

GEODRAW (разработка Центр Геоинформационных Исследований ИГ РАН, г.Москва) - векторный редактор. Предназначен для создания баз цифровых карт и планов, включает в себя функции, обеспечивающие построение топологической структуры цифровой карты, идентификацию объектов и связывание их с атрибутивной базой данных, трансформацию карт, функции импорта-экспорта в различные форматы, поддержку картографических проекций.

EASY TRACE (разработка EASY TRACE GROUP, г.Рязань) - пакет программ интерактивной векторизации растровых изображений, обладает функциями предварительной подготовки растрового изображения, возможностью работы с атрибутивными базами данных.

ГИС ПАРК (разработка ТОО ЛАНЭКО, г.Москва) - интегрированная система, сочетающая функции информационно-справочной системы и расчетно-аналитической и прогнозирующей системы. Средства системы обеспечивают:

-создание многоцелевых картографических баз данных

-построение производных карт

-анализ данных (пространственная статистика, таксономия, исследование связей и зависимостей)

-автоматизацию процессов преобразования формы представления данных,

-автоматизацию процессов получения новой информации на основе комплексной интерпретации качественных и количественных данных методами распознавания

-оптимизацию решений по количественным критериям качества

-использование автоматически формируемых и экспертных моделей.

Реальная действующая ГИС кроме специализированного программного обеспечения всегда использует дополнительное программное обеспечение для организации компьютерной сети, доступа в глобальную сеть Интернет, организации дополнительной защиты информации от несанкционированного доступа. В отдельных случаях вместе с ГИС, во взаимодействии с ней, используется и дополнительное программное обеспечение для решения специализированных задач, например углубленного статистического анализа данных. ГИС может тесно взаимодействовать с офисными программами. Важную роль могут играть системы обработки данных дистанционного зондирования и различные СУБД.

Выбор программного обеспечения зависит от задач, стоящих перед пользователем.

Лекция 10. Задачи, решаемые ГИС

Каждая ГИС имеет свою специфику, которая для конкретной ГИС во многом определяется историей развития системы и задачами, с решения которых она начиналась. ГИС общего назначения обычно выполняет пять процедур (задач) с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию. Прежде всего, ГИС - это информационная система, т.е. некоторый инструментарий для манипулирования исходными данными с целью получения информации, пригодной для принятия решения. Но это особая информационная система, поскольку ориентирована она на манипулирование географическими (пространственно распределенными) данными. Конечно, эта система должна оперировать также данными непространственного характера, но эти данные, как правило, связаны с объектами, имеющими пространственное распределение. Для выполнения своего предназначения информационная система должна позволять собирать новую информацию и обновлять уже имеющуюся, манипулировать с накопленной информацией, производить пространственный и временной ее анализ, а также выдавать полученные результаты, как в компьютерном, так и традиционном, привычном для большинства людей, принимающих решения, виде карт, таблиц и графиков.

Следовательно, ГИС можно рассматривать как систему, предназначенную:

для сбора необходимых пространственных и иных, связанных с пространственными, данных,

управления и манипулирования интегрированными данными,

анализа, моделирования данных,

отображения данных.

Все перечисленные операции осуществляются в целях решения комплекса задач, среди которых задачи по планированию и управлению.

ГИС - это мощное современное средство решения разнообразных задач, в число которых входит:

Интегрирование данных из разных источников информации

Создание высококачественной картографической продукции,

Связывание графических объектов с информацией в базах данных,

Представление данных в виде карт, диаграмм, графиков и схем,

Анализ пространственных данных,

Моделирование обстановки,

Поддержка принятия управленческих и оперативных решений,

Взаимодействие с другими информационными системами.

ГИС упрощает и упорядочивает сбор и хранение информации, позволяет проводить полный пространственный анализ данных при решении общих и прикладных задач.

Таким образом, для чего необходим ГИС?

-ГИС служит для принятия решений.

-ГИС обеспечивает необходимой информацией тех, кто принимает решения в соответствии с местом нахождения объектов.

Другими словами ГИС позволяет быстро и легко ответить на вопросы: где это? и какое распределение?

Основная цель предлагаемой технологии - информационное обеспечение, разработка и поддержка принятия решений. При этом автоматизируются как процессы преобразования формы представления информации, так и процессы перехода от одних понятий к другим, т.е. процессы получения качественно новой информации и принятия решений. Первый аспект предусматривает автоматизацию изменения способов хранения и отображения картографической информации; процедур трансформации, коррекции, систематизации и фильтрации данных; методики получения аналитических сведений; технологии переноса решений на картографическую основу и других рутинных операций. Второй аспект предполагает автоматизацию районирования территорий, прогнозирования и картографирования ситуаций, планирования натурных наблюдений и других процедур принятия научных и управленческих решений. Технология базируется на системном подходе и предусматривает совместный анализ и, комплексную интерпретацию качественных и количественных данных методами распознавания, интерактивный режим работы, оптимизацию полученных решений и выбор из них наилучшего по количественным критериям качества.

Способность ГИС проводить поиск в базах данных и осуществлять пространственные запросы помогает сократить время получения ответов на запросы клиентов; выявлять территории подходящие для требуемых мероприятий; выявлять взаимосвязи между различными параметрами. Использование ГИС позволяет улучшить интеграцию внутри организации. Одно из основных ее преимуществ заключается в новых возможностях улучшения управления собственной организацией и ее ресурсами на основе географического объединения имеющихся данных и возможности их совместного использования. Возможность совместного использования и постоянно наращиваемая и исправляемая разными структурными подразделениями база данных позволяет повысить эффективность работы, как каждого подразделения, так и организации в целом.

ГИС, как и другие информационные технологии, помогает принять лучшее решение. Однако, ГИС - это не инструмент для выдачи решений, а средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений, обеспечивающее ответы на запросы и функции анализа пространственных данных, представления результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде. ГИС помогает, например, в решении таких задач, как разрешение территориальных конфликтов, выбор оптимальных (с разных точек зрения и по разным критериям) мест для размещения объектов и т. д. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет ответственным работникам сосредоточить свои усилия на поиске оптимального решения, не тратя значительного времени на сбор и обработку доступных разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать оптимальный.

Одна из основных задач ГИС - создание карт. Процесс создания карт в ГИС намного более прост и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (без деления на отдельные листы и регионы) и не связанными с конкретным масштабом. На основе таких баз данных можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) на любую территорию, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее выделением и отображением требуемыми символами.

В любое время база данных может пополняться новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные можно корректировать по мере необходимости. В крупных организациях созданная топографическая база данных может использоваться в качестве основы другими отделами и подразделениями, при этом возможно быстрое копирование данных и их пересылка по локальным и глобальным сетям.

С точки зрения конечной цели геоинформационную систему следует рассматривать, прежде всего, как инструмент интерпретации косвенных данных о картографируемых объектах, с помощью которого строятся карты различного содержания, разрабатываются прогнозы, оцениваются стратегии дальнейших действий и даются практические рекомендации. Подавляющее число функций применимы в различных областях знаний, оперирующих картографическими данными - в геоэкологии, сельском и лесном хозяйстве, проектировании горнодобывающих предприятий, при составлении тематических атласов и кадастров, статистическом анализе данных по территориям и информационном обеспечении оценок эффективности освоения и охраны природных ресурсов.

Применение геоинформационной системы позволяет:

- создавать и использовать в повседневной работе многоцелевые базы картографических данных;

- комплексно анализировать и интерпретировать большие объемы разобщенных разнородных качественных и количественных данных;

- оценивать и ранжировать характеристические признаки объектов исследования в условиях неоднозначности их связей со свойствами этих объектов;

- увеличить степень извлечения и использования полезной информации из имеющихся данных;

- ограничить зависимость конечных результатов от субъективных концепций исследователей, сочетая формализованные и экспертные методы принятия решений;

- контролировать качество прогнозов до начала натурных наблюдений и оптимизировать сеть этих наблюдений;

- обеспечить информационную поддержку экспертных решений справочными, фактографическими и аналитическими данными;

повысить эффективность своего труда и сократить сроки работ.

Список литературы

1. Введение в геоинформатику горного производства: Учебное пособие под ред. Хохрякова В.С. - 1-ое изд., - Екатеринбург: Издательство УГГГА, 1999. - 203с.

2. Введение в геоинформатику горного производства: Учебное пособие под ред. Хохрякова В.С. - 2-ое изд., переработанное и дополненное. - Екатеринбург: Издательство УГГГА, 2001. - 198с.

Дополнительная литература:

1. Бугаевский Л.М., Цветков В.Я. Геоинформационные системы Учебное пособие для вузов - М, 2000, - 222с.

2. Картографические проекции. Географическая привязка пространственных данных. М., изд-во Дата+, 1994.

3. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС: Учеб. пособие. - Изд. 2-е . М.: Библион, 1997. - 160 с.испр. и дополн.

4. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. Часть I. Теоретическая геоинформатика. Выпуск I. - М.: Издательство ООО СП «Дата+», 1998. - 118с.

5. Лурье И.К. Геоинформатика. Учебные геоинформационные системы: Учебно-методическое пособие. - М.: Изд-во Московского университета, 1997.- 115с.: ил.

6. Майкл Н. ДеМерс. Географические информационные системы. Основы.: Пер. с англ. Андрианова В.Ю. - М.: «Дата+»,1999. - 490с.

7. Писецкий В.Б., Шилина Г.В. Геоинформационные методы представления и развития формальных моделей пространства недр (Материалы Международной конференции “Геологической службе России - 300 лет”, Екатеринбург, 2000г.)

8. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. - М.: Финансы и статистика, 1998. - 228с.

9. Шилина Г.В., Писецкий В.Б. Применение ГИС-технологий для целей прогноза геодинамической активации осадочного чехла республики Татарстан (Материалы конференции «Геоинформатика в нефтегазовой и горной отраслях» 2004г.)

10. Шилина Г.В. Научные и образовательные ГИС-проекты на кафедре геоинформатики УГГГА (Материалы Форума ГИС-ассоциации, секция «Геоинформатика и образование», Москва, 2003г.)

Размещено на Allbest.ru