Специализированные учебные геоинформационные системы

- изменение освещенности или фона, «подсвечивание» и «затенение» отдельных участков карты;

- панорамирование, изменение проекции и перспективы (точки обзора, ракурса, наклона), вращение 3-мерных изображений;

- масштабирование (зуммирование) изображения или его части, использование эффекта «наплыва» или удаления объекта;

- создание эффекта движения над картой («облет» территории), в том числе, с разной скоростью.

Виртуальное картографирование

Дальнейшее развитие геоинформационных технологий привело к созданию изображений, сочетающих свойства карты, перспективного снимка, блок-диаграммы и компьютерной анимации. Такие изображения получили название виртуальных (от лат. virtualis - возможный, потенциальный). Этот термин имеет несколько смысловых оттенков: возможный, потенциальный, не существующий, но способный возникнуть при определенных условиях, временный или непродолжительно существующий, а главное - не реальный, но такой же, как реальный, неотличимый от реального. В машинной графике визуализация виртуальной реальности предполагает, прежде всего, применение эффектов трехмерности и анимации. Именно они создают иллюзию присутствия в реальном пространстве и возможности интерактивного взаимодействия с ним.

В картографии виртуальные модели понимаются как изображения реальных или мысленных объектов, формируемые и существующие в программно-управляемой среде. Как любое картографическое изображение, они имеют проекцию, масштаб и обладают генерализованностью. Сама же виртуальная реальность - это интерактивная технология, позволяющая воспроизводить реальные и (или) мысленные объекты, их связи и отношения в программно-управляемой среде.

Считается, что отказ от условных знаков, стремление придать виртуальным изображениям «натуральность», объемность, естественную окраску и освещение создает иллюзию реального существования объекта.

Тем самым ускоряется процесс коммуникации, и повышается эффективность передачи пространственной информации.

Технологии создания виртуальных изображений моногообразны. Обычно вначале по топографической карте, аэро- или космическому снимку создается цифровая модель, затем - трехмерное изображение местности. Его окрашивают в цвета гипсометрической шкалы либо совмещают с фотоизображением ландшафта и далее используют как реальную модель.

Одна из наиболее распространенных виртуальных операций - «облет» полученного изображения. Специальные программные модули обеспечивают управление полетом: движение по избранному направлению, повороты, развороты, изменение скорости, показ перспективы. С помощью клавиатуры и джойстика (манипулятора в форме рукоятки с кнопками) можно выдерживать полет на заданной высоте, с установленной скоростью, над точками с заранее избранными координатами. Кроме того, предусмотрены возможности выбора состояния неба (облачности), тумана, условий освещения местности, высоты Солнца, времени дня, эффектов дождя или снегопада и т.п. Модули редактирования позволяют дополнительно наносить новое тематическое содержание, менять текстуру местности, использовать цветные сетки и подложки, размещать надписи, выбирая размер и цвет шрифтов, добавлять тексты и даже звуки.

Крупномасштабные тематические виртуальные изображения дают довольно подробное представление о рельефе и ландшафте, геологическом строении, водных объектах, растительном покрове, городах, путях сообщения и т.п. Возможность интеграции разной тематической информации в единой модели - одно из главных достоинств виртуального изображения. Пролетая и «зависая» над горами, можно детально рассмотреть террасированность их склонов, провести морфометрические измерения, определить характер эрозионных и оползневых процессов, а двигаясь над городскими территориями, - оценить особенности застройки и распределения зеленых массивов, спроектировать размещение новых зданий и транспортных магистралей.

При виртуальном моделировании часто используют многоуровневую аппроксимацию. По одной и той же цифровой модели рельефа, ландшафта или растительного покрова выполняют несколько аппроксимаций с разными уровнями детальности. Это позволяет не ограничиваться увеличением или уменьшением масштаба, а переходить при необходимости на иной уровень детальности. Так возникает своеобразная мулътиуровневая генерализация.

Наибольшее применение виртуальные изображения имеют при решении таких практических задач, как мониторинг районов природного риска, строительство зданий и автострад, прокладка трубопроводов, оценка загрязнения среды и распространения шумов от аэропортов и т.п. Возможно использование аналогичных технологий в научных и учебных целях, например для создания средне - мелкомасштабных виртуальных изображений, в том числе глобусов. На глобусах изображают, скажем, природную зональность земного шара, ход климатических процессов, сезонные изменения растительного покрова и ландшафта, миграцию населения, движение транспортных потоков и т.д. Сюжеты виртуальных тематических карт столь же разнообразны, как и в традиционном картографировании.

2.4 Электронные атласы

Создание капитальных атласов растягивается, как известно, на долгие сроки, и главной проблемой становится их устаревание, нередко еще в процессе подготовки.

Электронные атласы - это удачная альтернатива бумажным. Они позволяют значительно сократить сроки составления, использовать в качестве носителей компакт-диски, применить анимации и мультимедийные средства. Такие атласы содержат карты высокого качества, имеют дружественный интерфейс и обычно снабжены хорошими справочно-поисковыми системами.

Существует несколько типов электронных атласов:

- атласы только для визуального просмотра («перелистывания»), так называемые вьюерные атласы;

- «интерактивные атласы», в которых предусмотрены возможности изменять оформление, способы изображения и даже классификации картографируемых явлений, увеличивать и уменьшать (масштабировать) изображение, получать бумажные копии карт;

- «аналитические атласы», позволяющие комбинировать и сопоставлять карты, проводить их количественный анализ и оценку, выполнять оверлей, пространственные корреляции, - по существу, это ГИС-атласы;

- атласы, размещенные в компьютерных телекоммуникационных сетях (см. разд. 15.3), например Интернет-атласы. В их структуре кроме карт и интерактивных средств обязательно присутствуют еще и средства поиска дополнительной информации и карт в сети.

Карты комплексных электронных атласов содержат разные виды информационных слоев:

- многофункциональные базовые слои, используемые для многих карт;

- налитические и синтетические слои по конкретной тематике;

- оперативно обновляемые тематические слои.

2.5 Государственный уровень геоинформационного картографирования в России

Развитие цифрового и электронного картографирования - одна из самых главных задач Федеральной службы геодезии и картографии России (Роскартографии). Правительство Российской Федерации приняло ряд постановлений и нормативных актов, нацеленных на то, чтобы в сравнительно короткие сроки преодолеть отставание России в области цифровой картографии и геоинформатики и вывести ее на уровень передовых стран. Работа идет по многим линиям, охватывая комплекс организационных, технических, методических и правовых аспектов.

Наиболее важными направлениями, имеющими непосредственное отношение к ГК, представляются:

- составление цифровых карт в масштабах 1:200000, 1:1 000000, 1:4 000000 и 1:15 000000 для всей территории России;

- развертывание работ по цифровым картам в масштабах 1:25 000 и 1:50 000 для территорий наиболее развитых в хозяйственном отношении, а также планов городов в масштабах 1: 500 - 1:10 000;

- создание федерального научно-производственного центра геоинформации в Москве и региональных центров в Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Новосибирске, Иркутске и Хабаровске;

- формирование и ввод в эксплуатацию федерального и регионального банков цифровых и электронных карт;

- координация работ по государственному цифровому территориальному кадастру, унификация стандартной топографо-геодезической основы, систем классификации, кодирования и представления информации;

- выполнение научных исследований и разработок, обеспечивающих методические, технические и технологические основы цифрового и электронного топографического, тематического и кадастрового картографирования;

- создание нормативной и правовой базы цифровой и электронной картографии и цифрового территориального кадастра;

- начало работ по проекту многотомного Национального Атласа России и его ГИС-версии.

Сегодня во всем мире картография теснейшим образом переплетена с геоинформатикой в организационном плане. На разработку ГИС ассигнуются значительные финансовые средства, в деле участвуют целые отрасли промышленности, создается новая разветвленная картографо-геоинформационная инфраструктура, сопряженная с телекоммуникационными сетями.

Во многих странах государственные картографо-геодезические службы рассматривают геоинформатику и геоинформационное картографирование, как приоритетное направление деятельности. Созданы международные, национальные и региональные центры геоинформации и картографии.

Все международные картографические организации образовали в своем составе комиссии или рабочие группы по геоинформатике, геоинформационному картографированию, цифровой картографии и т.п. Все научно-технические картографические конференции международного и регионального уровней неизменно и в большом объеме включают в свои программы тематику, относящуюся к ГИС и ГК.

Географические и картографические журналы, другие периодические издания непременно содержат обширные разделы, касающиеся геоинформатики.

Образованы даже факультеты геоинформатики, в составе которых функционируют кафедры картографии, дистанционного зондирования, цифрового кадастра и др.

Таким образом, очевидно, что геоинформатика заметно повлияла и на организационную структуру картографии.

3. Перспективы взаимодействия геоинформационной картографии

Становление нового научного направления, интегрирующего достижения картографии, аэрокосмического зондирования и компьютерной графики является прямым следствием внедрения геоинформационного картографирования и геоинформационных технологий. В методологическом же плане оно опирается прежде всего на достижения картографии, как науки, наиболее продвинутой в осмыслении приемов и способов графического отображения пространственно-временных геосистем.

Диалектика развития такова, что геоиконика, как единая теория геоизображений, видимо станет в будущем частью расширенной и обновленной системы картографических дисциплин.

Геоинформация составляет обширную часть информации, жизненно необходимой современному обществу. Экономика, культура, наука и образование, средства массовой информации, экологическая обстановка, внутренняя, внешняя политика и оборона, а в конечном счете - роль страны в мировом сообществе во многом зависят от качества и доступности геоинформации. Поэтому разработка средств и методов передачи геоинформации является одним из приоритетных научных направлений.

Соединение картографии, ГИС-технологий и телекоммуникационных сетей закономерно ведет к формированию особого научного направления - геотелекоммуникации, как дисциплины, изучающей обращение геоинформации в компьютерных сетях. При этом взаимодействие происходит по двум главным направлениям:

- использование телекоммуникационных сетей (Интернета и др.) как средства распространения картографической информации;

- развитие телекоммуникационного картографирования как особого направления картографии, опирающегося на ГИС- и Интернет - технологии.

Развитие первого направления предполагает решение технических и организационных проблем, и прежде всего повышение пропускной способности и расширение каналов связи, совершенствование средств навигации в сетях и упрощение интерфейса. Для второго направления необходима разработка теории картографического моделирования в компьютерных сетях, средств и языка представления геоинформации, новых методов пространственно - временного анализа, способов визуализации. Таким образом, в первом случае внимание акцентируется на технических и технологических аспектах, а во втором - на проблемах методологического характера.

Сегодня геоинформационное картографирование должно рассматриваться, во-первых, как компонент общенаучной информационной инфраструктуры и, во-вторых, как фрагмент реализации национальной политики в области информатизации.

Наличие точной и достоверной пространственной картографической информацией обеспечивает преимущества в сферах экономики, политики, экологии и эксплуатации природных ресурсов, развития средств массовой информации и связи, образования и культуры - одним словом, кто владеет информацией, тот владеет и управляет ситуаций.

Есть основания считать, что разработка теории и методов геоинформационное картографирования принадлежит к фундаментальным проблемам картографии и даже шире - всех наук о Земле и близких к ним социально-экономических наук. Кроме того, совершенно очевидно, что при всей своей фундаментальности геоинформационное картографирование имеет явную практическую направленность, отвечающую содержанию многих прикладных задач.

Применительно к рассматриваемой проблеме это означает, что благоприятные перспективы развития геоинформационного картографирования могут быть обеспечены только при оптимальном сочетании фундаментальных исследований и прикладного проблемно - ориентированного тематического картографирования.

Заключение

Сегодня геоинформатика предстает в виде системы, охватывающей науку, технику и производство. Учитывая особенности геоинформатики с точки зрения этих трех систем трактовка геоинформатики и самих геоинформационных систем сводится к следующим дефинициям.

Научно-познавательный подход.

Геоинформатика - научная дисциплина, изучающая природные и социально-экономические системы (их структуру, связи, динамику, функционирование в пространстве и во времени) посредством компьютерного моделирования на основе баз данных и географических знаний. Основная цель геоинформатики как науки - это управление системами в широком понимании, включая их инвентаризацию, оценку, прогнозирование, оптимизацию и т.п. геоинформационных системы - средство моделирования и познания таких систем.

Технологический подход.

Геоинформатика - это технология сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной информации, имеющая целью обеспечить решение задач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами. Геоинформационных системы - техническое средство накопления и анализа информации в процессе принятия решений.

Геоинформатика - производство (геоинформационная индустрия) имеющее целью изготовление аппаратных средств и программных продуктов, включая создание баз и банков данных, систем управления, стандартных (коммерческих) ГИС разного целевого назначения и проблемной ориентации, формирование ГИС-инфраструктуры и организация маркетинга.

Геоинформационных систем - программная оболочка, реализующая геоинформационные технологии.

Основным назначением геоинформационных систем следует считать формирование знаний о процессах и явлениях на земной поверхности и применение этих знаний для решения практических задач во всех сферах человеческой деятельности.

Подводя итог, следует констатировать, что геоинформационные системы в настоящее время представляют собой современный тип интегрированной информационной системы, применяемой в разных направлениях. Она отвечает требованиям глобальной информатизацией общества.

Геоинформационные системы являются системой способствующей решению управленческих и экономических задач на основе средств и методов информатизации, т.е. способствующей процессу информатизации общества в интересах прогресса.

Геоинформационная система, как система и ее методология совершенствуются и развиваются, ее развитие осуществляется в следующих направлениях:

- развитие теории и практики информационных систем;

- изучение и обобщение опыта работы с пространственными данными;

- исследование и разработка концепций создания системы пространственно-временных моделей;

- совершенствование технологии автоматизированного изготовления электронных и цифровых карт;

- разработки технологий визуальной обработки данных;

- разработки методов поддержки принятия решений на основе интегрированной пространственной информации;

- интеллектуализации геоинформационных систем.

Список литературы

1. Берлянт А.М. Геоинформационное картографирование. - М.: Изд-во Московского университета, 1997.

2. Взаимодействие картографии и геоинформатики. Под ред. А.М. Берлянта, О.Р. Мусина. - М.: Научный мир, 2000.

3. Картоведение_Берлянт А.М. и др_Учебник_2003

4. Де Мерс, Майк Н. Географические информационные системы. Основы.: пер. с анг. - М.: Дата, 1999.

5. Королев Ю.А. Общая геоинформатика. - М.: Дата, 2001.

6. Салищев К.А. Картоведение. - М.: Изд-во Московского университета, 1976. - 438 с.

7. Сербенюк С.Н. Картография и геоинформатика - их взаимодействие. - М.: МГУ, 1990.

8. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Эко-Тренд, 2000.

9. Ципилева Т.А_Геоинформационные системы_Учебное пособие_Томск_ТМЦДО_2004

10. Берлянт А.М. Картография: Учебник для вузов. - М.: Аспект Пресс, 2002.

11. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС: Учебное пособие - М.: ГИС-Ассоциация, 1997. - 160 с.

12. Основы геоинформатики: В 2 кн: Учебное пособие для вузов /Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, В.С. Тикунов и др. - М.: Академия, 2004

13. ДеМерс, Майкл Н. Географические информационные системы.: пер. с анг. - М.:, 1999

14. Трифонова Т.А., Мищенко Н.В., Краснощеков А.Н. Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в экологических исследованиях - М.:, УМО РФ, 2005. - 349 с.

Размещено на Allbest.ru