Географічні інформаційні системи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему «Географічні інформаційні системи»

Підготував

Владислав Воронцевич

Просторовий характер більшості екологічних аспектів природно-антропогенних систем, їх багатофакторність та значні обсяги даних, що оброблюються, зумовили необхідність автоматизації еколoгo-географічного картографування із застосуванням сучасних комп'ютерних технологій, що дістало назву -- географічні інформаційні системи (ГІС). Вважається, що саме просторовий аналіз є головним напрямом розвитку ГІС. Світовий досвід показав надзвичайну ефективність і перспективність використання ГІС у багатьох сферах життєдіяльності суспільства.

Географічні інформаційні системи -- це інформаційне майбутнє систем екологічного управління; це сучасна комп'ютерна технологія для картографування та аналізу об'єктів навколишнього природного середовища, а також реальних подій, що відбуваються в ньому.

Ці системи являють собою комплекс апаратних і програмних засобів, які забезпечують їх функціонування: надання можливості введення даних, перетворення їх форматів, накопичення їх, вилучення, оновлення та пошук, розв'язання аналітичних і прогнозних, статичних і динамічних задач, вибір форми видачі кінцевого результату, організацію діалогу з користувачем. Технологія ГІС надає новий, сучасніший, ефективніший, зручний і швидкий засіб аналізу і вирішення проблем. Вихідна інформація ГІС може надаватись у картографічному вигляді, супроводжуватись кількісними та якісними описами об'єктів.

Географічна інформаційна система забезпечує можливість довгострокового збереження, періодичного поповнення і оновлення цієї інформації. Маючи унікальні можливості для повноцінного аналізу та оперування географічною інформацією, ГІС є тим реальним інструментарієм, який здатний забезпечувати інформаційну основу для прийняття оптимального управлінського рішення. її широкі можливості дають змогу автоматизувати процедури аналізу та прогнозування екологічного стану і тенденцій його змін як на окремій території, так і в масштабах усієї країни. Здатність обробляти інформацію просторового характеру, представлену на географічних картах, принципово відрізняють ГІС від інших інформаційних систем.

Архітектурно ГІС являють собою складне сполучення автоматизованих картографічних систем, систем дистанційного зондування, систем баз даних, систем автоматизованого проектування тощо. Географічні інформаційні системи -- це проблемно-орієнтована обчислювана інтерактивна система обробки просторово-розподіленої інформації, яка складається із засобів збирання, перетворення, зберігання та подання картографічної інформації, для вироблення управлінських рішень у галузі природокористування і охорони навколишнього середовища. В українському законодавстві (Національна програма інформатизації) дано таке тлумачення ГІС -- це сучасні комп'ютерні технології, що дають можливість поєднати модельне зображення території (електронне відображення карт, схем, космо- та аеро-зображень земної поверхні) з інформацією табличного типу (різноманітні статистичні дані, списки, економічні показники тощо).

Географічні інформаційні системи виникли на базі практичних застосувань шляхом інтеграції досягнень широкого кола дисциплін: географії, картографії, екології, інформатики, теорії інформаційних систем, комп'ютерної техніки і програмування, фотограмметрії, математики та інших -- а також загальнонаукових дисциплін і методів пізнання навколишнього середовища. ПС-технології стали основою геоінформатики, яка розвивається, щоб забезпечити потреби наук про Землю, тобто про навколишнє природне середовище. Ідея створення ГІС полягала в збагаченні арсеналу управлінських засобів новим автоматизованим інструментарієм, здатним ефективно працювати з просторовою інформацією.

Причини, які спонукають до застосування ГІС як інформаційного забезпечення систем екологічного управління, пов'язані з такими обставинами:

* наявність великих обсягів екологічної та іншої інформації і значної кількості параметрів, що відстежуються в природно-антропогенних системах, унаслідок чого стає неефективним, а то й неможливим використання традиційних неформалізованих методів обробки емпіричних даних;

* динамічний характер досліджуваних процесів у природно-антропогенних системах, що не залишає часу для "ручної" обробки інформації і потребує оперативного прийняття рішень;

* імовірнісний і багатоваріантний характер розвитку подій, який диктує визначення наслідків екологічного, економічного й соціального характеру для різних сценаріїв;

* потреба в прогнозуванні зміни ситуації з розрахунком імовірності реалізації того або іншого сценарію;

* вплив на процес прийняття рішень суб'єктивної інтерпретації оброблюваних даних із боку персоналу.

Загальні світові тенденції свідчать, що частка витрат на збирання, зберігання, обробку інформації та підтримку інформаційної інфраструктури систем екологічного управління постійно зростає і становить у розвинених країнах від 40 до 75 %. Нині понад 75 % карт у світі створюються й розповсюджуються в комп'ютерному вигляді.

У сфері екологічного управління сьогодні можна виділити кілька напрямів спеціалізації ГІС, які мають практичне застосування:

* ГІС для управління територіями (національний, регіональний, місцевий та об'єктовий рівні);

* ГІС для ведення кадастрів природних ресурсів;

* моніторингові ГІС (національний, регіональний, місцевий та об'єктовий рівні);

* ГІС для управління і моніторингу техногенних потенційно небезпечних об'єктів;

* диспетчерські ГІС;

* прикладні ГІС;

* довідково-інформаційні ГІС;

* ГІС для геопросторових банків даних;

* ГІС для тематичних і спеціалізованих банків даних;

* ГІС для корпоративних систем управління.

Основними етапами технологічного процесу ГІС є отримання даних, введення і попередня обробка, керування даними, маніпулювання та аналіз, генерування інформаційного продукту (рис. 8.2).

* Отримання даних -- це ідентифікація та збирання даних, необхідних для розв'язання поставлених завдань. Дані просторового характеру і пов'язані з ними табличні чи описові дані збираються самим користувачем або можуть бути придбані на комерційній чи іншій основі. Джерелами даних є картографічні матеріали, статистичні дані, аерокосмічні знімки, результати натурних вимірювань і зйомок, фондові й текстові матеріали.

Важливим елементом вхідної інформації є карти, які використовуються для побудови картографічних моделей у ГІС .Спектр видів карт надзвичайно широкий: топографічні, тематичні, екологічні економічні, демографічні тощо. Іншим видом картографічної інформації, що є результатом застосування такого цінного

технологічного інструменту вивчення Землі, як дистанційне зондування навколишнього середовища з космосу, є матеріали космічного моніторингу (рис. 8.3). Новий вид карт, являючи собою космічні знімки поверхні Землі з роздільною здатністю від 3,5 км до 5 м, надає унікальні можливості для користувачів ГІС.

автоматизація картографування комп'ютерна технологія

¦ Введення і попередня обробка - це введення первинних даних у комп'ютер і перетворення їх формату (перетворення інформації з карт фотографій, друкованих записів на формат, придатний для внесення всієї цієї інформації у комп'ютерну базу даних) та ідентифікація розміщення об'єктів

Опис просторових даних у ГІС складається з двох частин: просторової координати та непросторової, або змістовної - атрибути. У ГІС є засоби, що забезпечують зберігання і маніпулювання непросторових даних разом із просторовими. Множину елементарних просторових об'єктів, з якими працює ГІС, становлять точки (точкові об'єкти), лінії (лінійні об'єкти), контури (ареали, полігони), поверхні (рельєфи), комірки періодичних просторових мереж та пікселі (найменші елементи зображень аерокосмічних знімків).

У ГІС просторові дані представляються із застосуванням двох моделей: векторної та растрової.

Векторна модель містить інформацію проточки, лінії, контури та поверхні, яка кодується і зберігається у вигляді набору координат X, У (2). Місцеположення точки (точкового об'єкта), наприклад джерела емісії забруднювальних речовин, описується парою координат X, У. Лінійні об'єкти, такі як річки, дороги або трубопроводи, зберігаються як набори координат Х У. Полігональні об'єкти, такі як земельні й лісові ділянки, зберігаються у вигляді замкненого набору X, У. Рельєфи, що є основою 3 D -поверхневих карт, подаються наборами координат X, У. Векторна модель зручна для опису дискретних об'єктів і неефективна для опису об'єктів із неперервним характером зміни властивостей, таких як типи фунтів, види рослинності тощо.

Растрова модель є оптимальною для роботи з об'єктами, що мають безперервний характер зміни властивостей. Растрове зображення складається з окремих елементарних комірок, кожна з яких характеризується певним значенням. Цей спосіб представлення даних широко використовується для аерокосмічних знімків.

У ГІС карти, подані в електронному вигляді, називаються цифровими. Процес перетворення просторової інформації з паперових карт на електронний вигляд називається відцифруванням. Він автоматизується за допомогою сканерів і дигітайзерів. Цифрові карти масштабів 1:10000, 1:2000, 1:500 використовуються для планів міст, промислових і видобувних підприємств; масштабів 1:1000000, 1:500000, 1:250000, 1:100000 - для зображення території держави і регіонів. Похідні масштаби карт застосовуються для розв'язання певних завдань на окремих ділянках територій.

¦ Керування даними -- це введення інформації після попередньої обробки в базу даних, поновлення, вилучення даних та їх пошук. Залежно від типів і форматів даних, програмного забезпечення ГІС, а також її проблемної орієнтації можуть використовуватися різні способи організації зберігання, розподілу та доступу до даних. В основі роботи ГІС лежить система управління базами даних. Сучасні СУБД ізолюють користувача від деталей організації баз даних, забезпечуючи йому максимально просте і зручне спілкування з ГІС.

Базою даних у ГІС називають сукупність просторових і семантичних (змістовних) даних, що організовані згідно із загальними принципами опису, зберігання і маніпулювання даними, незалежно від тематичного спрямування прикладних програм. Піл системою управління базами даних розуміють комплекс програмних засобів, призначених для створення, ведення і використання баз даних. Використання СУБД є необхідною умовою забезпечення зберігання, структурування та керування великими обсягами інформації. У процесі керування даними ПС інтегрус просторові дані і іншими типами і джерелами даних, а також може використовувати СУБД інших організацій (міжвідомче співробітництво).

Географічна інформаційна система зберігає інформацію (цифрові карти) про навколишнє середовище у відповідають набору тематичних шарів, об'єднаних на основі географічною положення. Шари можна уявити як "проз-рачки", що накладаються одна на одну. Кожен шар містить різні об'єкти карти. Наприклад, один шар містить гідрографічну мережу, другий -- символи населених пунктів, третій -- лісові масиви, четвертий мережу доріг або трубопроводів, п'ятий -- джерела забруднення тощо. Користувач ГІС має можливість працювати з окремим шаром, або, накладаючи шари один на одного, створи і и комплексну карту і працювати з нею.

Бази даних ГІС містять екологічні показники, дані їх територіальної і часової прив'язки, джерела отримання їх та ін. Ці бази структурно складаються з блоків, що акумулюють інформацію, згруповану за певними напрямами: геолого-геоморфологічний, ґрунтовний, гідрологічний, біологічний, кліматичний, економічний, соціальний тощо. Такі набори даних лають змогу виконувати інтсіральну оцінку стану навколишнього середовища і отримувати характеристику комплексного антропогенного впливу.

* Маніпулювання та аналіз -- це обробка змісту бази даних за допомогою аналітичних операцій. На ньому етапі відбувається безпосередня робота зі змістом бази даних для отримання нової інформації. Найпотужнішою складовою ГІС с модуль аналізу даних. Сучасні ГІС характеризуються широким спектром аналітичних і моделювальних функцій, які можна поділити на такі класи:

* операції з пере реструктуризації даних;

* зміна систем координат та трансформація проекцій;

* операції обчислювальної геометрії;

* оверлейні операції (створення композицій із кількох тематичних шарів даних);

* загальні аналітичні функції;

* графоаналітичні процедури;

* моделювальні процедури.

Географічна інформаційна система володіє розвиненою системою запитів, яка надає можливість користувачу отримувати відповіді на різні запитання. Крім того. ГІС скорочує час на отримання запитань, допомагає встановити зв'язки між різними параметрами (наприклад, грунтами, кліматом і врожайністю сільськогосподарських культур), обсягами промислового виробництва на певній території і ступенем забруднення атмосфери, водних об'єктів, грунтів тощо.

За допомогою запитів користувач ГІС може отримувати відповіді, наприклад, на такі запитання: який обсяг скиду призвів до забруднення? на якій відстані один віл одного перебувають об'єкти? який тип фунтів переважає на земельній ділянці? який ступінь хімічною, радіоактивного чи іншою забруднення на даній території? тощо. Запитання можуть бути і більш складні.

У 80-х роках XX ст. основні зусилля в галузі розвитку ГІС -технологій були зосереджені на суто технологічних питаннях, а вже на початку XXI ст. основні проблеми 11г пов'язані з управлінням та сферами їх застосування. Змішений акцентів пояснюється здатністю ГІС інтегрувати чимало джерел інформації, що, у свою чергу, потребує кооперації і взаємодії між багатьма учасниками. Нині спостерігається досить масштабне впровадження і використання ГІС для широкого діапазону досліджень, управління та планування. В Україні ГІС-технології широко застосовують і розвивають Національне космічне агентство, Український центр менеджменту землі і ресурсів при Раді Національної безпеки та оборони України, Укргеодезкартографія в складі Мінекоресурсів, Міжвідомчий центр електронної картографії (м. Харків) та ін. Державними організаціями розроблено низку векторних тематичних карт масштабів 1:200000 (для всієї території України) та 1:50000 (для окремих територій), що є основою для інтеграції ГІС у системи екологічного управління. Проблема впровадження ГІС в Україні не є технічною, хоча проблемно орієнтовані аспекти потребують розвитку; вона полягає в здатності організацій максимізувати потенціал ГІС через управління та планування. Швидке і безпроблемне впровадження ГІС-технологій гальмується внаслідок необхідності суттєвих законодавчих, організаційних, кадрових та операційних змін.

Размещено на Allbest.ru