Мой компьютер 

Географические основы гис. Геоинформационная система - гис


Геоинформационная система - система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных(географических) данных и связанной с ними информации о необходимых объектах. Также используется в более узком смысле - как инструмента (программного продукта), позволяющего пользователям искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности, так и дополнительную информацию об объектах.

"Географическая информационная система" - это совокупность аппаратно-программных средств и алгоритмических процедур, предназначенных для сбора, ввода, хранения, математико-картографического моделирования и образного представления геопространственной информации.

Геопространственные данные" означают информацию, которая идентифицирует географическое местоположение и свойства естественных или искусственно созданных объектов, а также их границ на земле. Эта информация может быть получена с помощью (помимо иных путей), дистанционного зондирования, картографирования и различных видов съемок.

Географические данные содержат четыре интегрированных компонента: местоположение,

Свойства и характеристики, пространственные отношения, время.

ГИС: география,картография,дистанционное зондирование,топография и фотограмметрия,информатика,математика и статистика.

2.Сферы использования гис.

ГИС включает в себя возможности систем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяется в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях.

3.Классификация гис.

По функциональным возможностям: - полнофункциональные ГИС общего назначения;

Специализированные ГИС, ориентированные на решение конкретной задачи в какой либо предметной области;

Информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования. Функциональные возможности ГИС определяются также архитектурным принципом их построения:

Закрытые системы не имеют возможностей расширения, они способны выполнять только тот набор функций, который однозначно определен на момент покупки; - открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования).

По пространственному (территориальному) охвату ГИС подразделяются на глобальные (планетарные), общенациональные, региональные, локальные (в том числе муниципальные).

По проблемно-тематической ориентации – общегеографические, экологические и природопользовательские, отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, геологические, туризма и т. д.).

По способу организации географических данных – векторные, растровые, векторно-растровые ГИС.

4. Структура гис.

Непозиционные (атрибутивные): описательные.

Данные (пространственные данные):

Позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности.

Аппаратное обеспечение (ПК, сети, накопители, сканеры, плоттеры и т. д.).

Программное обеспечение (ПО).

Технологии (методы, порядок действий и т. д.).

ГИС (ДубльГИС Барнаул)

Однозначное краткое определение этому явлению дать достаточно сложно. Географическая информационная система (ГИС) - это возможность нового взгляда на окружающий нас мир. Если обойтись без обобщений и образов, то ГИС - это современная компьютерная технология для картирования и анализа объектов реального мира, также событий, происходящих на нашей планете. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий. Создание карт и географический анализ не являются чем-то абсолютно новым. Однако технология ГИС предоставляет новый, более соответствующий современности, более эффективный, удобный и быстрый подход к анализу проблем и решению задач, стоящих перед человечеством в целом, и конкретной организацией или группой людей, в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза. До начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и полноценного анализа географической информации с целью обоснованного принятия оптимальных решений, основанных на современных подходах и средствах. В настоящее время ГИС - это многомиллионная индустрия, в которую вовлечены сотни тысяч людей во всем мире. ГИС изучают в школах, колледжах и университетах. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности - будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи. По территориальному охвату различают глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS).

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS) и т. п.; среди них особое наименование, как особо широко распространённые, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

История ГИС

Начальный период (поздние 1950е - ранние 1970е гг.)

Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

  • Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах.
  • Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х.
  • Создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров.
  • Создание формальных методов пространственного анализа.
  • Создание программных средств управления базами данных.

Период государственных инициатив (нач. 1970е - нач. 1980е гг.)

Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям:

  • Автоматизированные системы навигации.
  • Системы вывоза городских отходов и мусора.
  • Движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т. д.

Период коммерческого развития (ранние 1980е - настоящее время)

Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

Пользовательский период (поздние 1980е - настоящее время)

Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

Принцип работы ГИС

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы. Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам, или ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ или округ переписи населения, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги и т.п. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения или местоположений объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте где находится интересующий вас объект или явление, такие как дом, в котором проживает ваш знакомый или находится нужная вам организация, где произошло землетрясение или наводнение, по какому маршруту проще и быстрее добраться до нужного вам пункта или дома.

Векторная и растровая модели

ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных - векторными и растровыми. В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y. Местоположение точки (точечного объекта), например буровой скважины, описывается парой координат (X,Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X,Y. Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания, хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как типы почв или доступность объектов. Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами. Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями.

Слои ГИС

Вся картографическая информация в ГИС организована в виде слоев. Слои, это самый первый уровень абстракции в ГИС. Работая с ГИС, мы обязаны разделить существующие у нас данные на слои. Каждый слой содержит объекты определенного вида, объединенные общими характеристиками. Работая в ГИС, мы можем подключать и отключать интересующие нас слои, или менять порядок их отображения. Слои бывают следующих типов:

Точечные

Точечные слои содержат объекты, которые можно абстрагировать до точки, например скважины или города. Ради ясности понимания даже город можно представить точкой.

Линейные

Эти объекты можно абстрагировать до ломаной или гладкой линии, например реки, дороги, или трубопроводы.

Полигональные или площадные

Объекты этого типа представляются как находящиеся в пределах некоторого полигона, например лицензионные участки.

Площадные объекты могут состоять из нескольких контуров. Это необходимо если требуется представить полигон с дыркой внутри. На рисунке представлен пример обычного полигона и полигона, состоящего из двух контуров.

Последняя точка полигона всегда должна совпадать с первой точкой. Правильно это или нет, но так уж повелось в геоинформационных системах. Таким образом, полигон не может иметь менее четырех точек. Если полигон имеет нулевую площадь, то есть вырождается, то его необходимо удалить. Полигон также не должен иметь самопересечений. Подобные недочеты позже могут привести к серьезным ошибкам в расчетах, и потому их следует избегать.

Изображения

Растровые графические изображения, привязанные к географическим координатам, например космоснимки или отсканированые карты.

Сеточные модели

Это структурные карты и карты параметров. Первоначально такие модели основывались на прямоугольной сетке, где в узлах сетки указано значение Z (параметра).

Теперь строение подобных моделей зачастую боле сложное, но по традиции их продолжают называть сетками или гридами. Современные гриды могут содержать разломы, области уточнения или быть основаны на сплайнах. Смысл сеточных моделей остается прежним: непрерывное представление параметра на определенной площади.

Сетка сплайнов отличается от обычной сетки тем, что ее поверхность является идеально гладкой, что более естественно для большинсва моделей. Сетки с разломами содержат дополнительные сегменты для моделирования ровного разрыва. На обычной сеточной модели разрыв получается ступенчатым. Сеточные модели, также называют картами в изолиниях.

Специальные виды слоев

Эти пять типов слоев стандартны для любой профессиональной ГИС, но кроме них могут существовать и другие, специальные типы данных, обусловленые областью применения данной системы. Например, это могут быть разломы (для моделирования сеток с разломами), растровые карты (для представления очень больших растровых изображений), 3D модели (для трехмерных моделей пластов).

Таблицы данных ГИС

Точки линии и полигоны имеют таблицы аттрибутивных данных для своих объектов.

Каждому объекту на карте соответствует строка в таблице данных. Используя таблицу данных можно находить и сортировать объекты, выделять их на карте по аттрибутам или смотреть атрибуты выделенных объектов. Атрибутивная таблица позволяет искать объекты, сортировать их, выделять по условиям, группировать, создавать фильтры, проводить вычисления. Таблица аттрибутов превращает ГИС в базу данных, в которой вы можете проводить анализ данных или управление данными при помощи развитых инструментов ГИС. Без таблиц аттрибутов геоинформационные системы не имели бы смысла, а карты в них не были бы картами, а были просто рисунками, как рисунки в CorelDraw или Paint.

Точки в составе линий и полигонов также имеют свои аттрибутивные таблицы. Так, например, сейсмопрофили можно загрузить вместе с данными по отпикированным горизонтам и использовать их для построения карт в изолиниях. Таблица данных поддерживает понятие выделенных объектов, такие строки в таблице помечены другим цветом. Выделенные объекты также, несколько иначе отображаются и на карте. Выделение объектов очень часто используется при анализе данных. Выделять объекты можно как в таблице, так и на карте, а также по заданным условиям.

Формирование слоев

Очень важной темой является правильное формирование структуры слоев. Полезность любой базы данных, и ГИС в том числе, сильно зависит от правильной структуры данных. Даже можно сформулировать следующее: полезность базы прямо пропорциональна ее правильной организации и порядку в данных. Если данные в базе содержат большое количество ошибок или неправильно организованы, то это может свести на нет все достоинтва базы данных как таковой. По этой причине важным является умение правильно структурировать информацию. Например, если вы загружаете данные сейсморазведки, то правильно будет объединить все сейсмопартии в одном слое, а не создавать несколько слоев групируя их по районам или площадям. Лучше придерживаться такого правила: один тип данных - одна таблица (или один слой). С другой стороны разнородные объекты лучше помещать в разные слои, даже если они объеденены общей тематикой. Так автодороги и железные дороги лучше разделить на два слоя, а потом поместить их в группу "Транспортные пути".

Координаты

Всем известно, что земля круглая, а карта плоская, и поверхность шара невозможно развернуть на плоскость без деформаций. По этой причине в картографии используют проекции. Поекции это правила и формулы преобразования одних координат в другие. Обычно используется преобразование из сферических (географических) координат в прамоугольные координаты (координаты карты). Проекции бывают равноплощадными или равноугольными, то есть сохраняют площадь объектов или углы. Иногда проекция может искажать и то и другое, минимизируя искажения вобщем. Для нашей страны стандартной сиситемой преобразования является система координат "42-ого года". Система "42-ого года" делит территорию земного шара на 60 зон, по 6 градусов. Тюменская область, например, находится в пределах 12-ой, 13-ой и 14-ой зон. "42-ой год" это равноплощадная проекция. ГИС устроены так, что могут хранить данные в одной системе координат, а отображать в другой. Поэтому необходимо не запутаться с тем, в какой системе координат хранятся данные, и в какой они отображены на карте. Чтобы уменьшить путаницу с проекциями Isoline поддерживает только два варианта исходных данных:

  • Прямогугольные координаты (любые произвольные координаты, к которым не применяется никаких преобразований).
  • Географические координаты (градусы, минуты, секунды, которые при отображении на карте пересчитываются в какую либо проекцию).

Вот варианты отображения одного и того же участка в разных системах координат и проекциях.

Проекция "поликоническая". Реальные координаты - градусы, отображаемые кординаты - градусы.

Проекция не установлена. Реальные координаты - "поликонические", отображаемые кординаты - прямоугольные.

Проекция не установлена. Реальные координаты - градусы, отображаемые кординаты - прямоугольные.

Проекция "поликоническая". Реальные координаты - "поликонические", отображаемые кординаты - прямоугольные.

Как видно из рисунков два верхних нас вполне устраивают, а третий и четвертый нет. Третий рисунок, на самом деле, вполне корректен, но проекция не указана, и поэтому мы видим изображение "как есть", в градусах. На четвертом рисунке мы попытались отобразить полигон, данные которого не градусы, в проекции "поликонической" и система нас не поняла. Из этого можно сделать следующее заключение: для прямоугольных координат устанавливать проекцию нельзя, так как в этом случае формулы преобразования применяются к ним второй раз, и изображение получается неверным.

Также необходимо принимать во внимание такой факт, что прямая проведенная в одной системе координат не является прямой в другой системе, а площади объектов могут отличаться, даже если проекции равноплощадные.

Прямоугольные координаты

"поликонические", без корректировки отображения.

Координатная сиситема Мольвейде.

поликонические", с корректировкой отображения.

Поэтому если вам нужны точные длины линий, точные площади, и точное отображение, то необходимо воспользоваться специальными средствами системы.

Задачи, которые решает ГИС

ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняет пять процедур (задач) с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Ввод

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

Манипулирование

Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи.

Управление

В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД), то специальными компьютерными средствами для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, как ГИС, так и не ГИС приложениях.

Запрос и анализ

При наличии ГИС и географической информации Вы сможете получать ответы простые вопросы (Кто владелец данного земельного участка? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты? Где расположена данная промзона?) и более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы (Где есть места для строительства нового дома? Каков основный тип почв под еловыми лесами? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). Запросы можно задавать как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и с посредством развитых аналитических средств. С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу “что будет, если…”. Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией. Он помогает ответить на вопросы типа: Сколько домов находится в пределах 100 м от этого водоема? Сколько покупателей живет не далее 1 км от данного магазина? Какова доля добытой нефти из скважин, находящихся в пределах 10 км от здания руководства данного НГДУ? Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о почвах, уклоне, растительности и землевладении со ставками земельного налога.

Визуализация

Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались на столетия. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками и таблицами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

Технологии, связанные с ГИС

ГИС тесно связана рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не существует единой общепринятой классификации информационных систем, приведенное ниже описание должно помочь дистанциировать ГИС от настольных картографических систем (desktop mapping), систем САПР (CAD), дистанционного зондирования (remote sensing), систем управления базами данных (СУБД или DBMS) и технологии глобального позиционирования (GPS).

Системы настольного картографирования используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является базой данных. Большинство систем настольного картографирования имеет ограниченные возможности управления данными, пространственного анализа и настройки. Соответствующие пакеты работают на настольных компьютерах - PC, Macintosh и младших моделях UNIX рабочих станций.

Системы САПР

Системы САПР способны чертежи проектов и планы зданий и инфраструктуры. Для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными параметрами. Они основываются на небольшом числе правил объединения компонентов и имеют весьма ограниченные аналитические функции. Некоторые системы САПР расширены до поддержки картографического представления данных, но, как правило, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять и анализировать большие базы пространственных данных.

Дистанционное зондирование и GPS

Методы дистанционного зондирования - это искусство и научное направление для проведения измерений земной поверхности с использованием сенсоров, таких как различные камеры на борту летательных аппаратов, приемники системы глобального позиционирования или других устройств. Эти датчики собирают данные в виде изображений и обеспечивают специализированные возможности обработки, анализа и визуализации полученных изображений. Ввиду отсутствия достаточно мощных средств управления данными и их анализа, соответствующие системы вряд ли можно отнести к настоящим ГИС.

Системы управления базами данных предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные. СУБД оптимизированы для подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка СУБД. Эти системы не имеют сходных с ГИС инструментов для анализа и визуализации.

Что ГИС могут сделать для Вас

Делать пространственные запросы и проводить анализ

Способность ГИС проводить поиск в базах данных и осуществлять пространственные запросы позволила многим компаниях сэкономить миллионы долларов. ГИС помогает сократить время получения ответов на запросы клиентов; выявлять территории подходящие для требуемых мероприятий; выявлять взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью с/х культур); выявлять места разрывов электросетей. Риэлторы используют ГИС для поиска, к примеру, всех домов на определенной территории, имеющих шиферные крыши, три комнаты и 10-метровые кухни, а затем выдать более подробное описание этих строений. Запрос может быть уточнен введением дополнительных параметров, например стоимостных. Можно получить список всех домов, находящих на определенном расстоянии от определенной магистрали, лесопаркового массива или места работы.

Улучшить интеграцию внутри организации

Многие применяющие ГИС организации обнаружили, что 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 и согласованной модификации разными подразделениями. 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. Так, компания, занимающаяся инженерными коммуникациями, может четко спланировать ремонтные или профилактические работы, начиная с получения полной информации и отображения на экране компьютера (или на бумажных копиях) соответствующих участков, например водопровода, и заканчивая автоматическим определением жителей, на которых эти работы повлияют, и уведомлением их о сроках предполагаемого отключения или перебоев с водоснабжением.

Принятие более обоснованных решений

ГИС, как и другие информационные технологии, подтверждает известную поговорку о том, что лучшая информированность 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 предоставление разнообразной информации по запросам органов планирования, 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 решения, не тратя значительного времени на сбор и обмысливание доступных разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффектный и эффективный.

Создание карт

Картам в ГИС отведено особое место. Процесс создания карт в ГИС намного более прост и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Он начинается с создания базы данных. В качестве источника получения исходных данных можно пользоваться и оцифровкой обычных бумажных карт. 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.

ГИС в России

Наибольшее распространение в России из зарубежных систем имеют: программный продукт ArcGIS компании ESRI , семейство продуктов GeoMedia корпорации Intergraph и MapInfo Professional компании Pitney Bowes MapInfo .

Из отечественных разработок широкое распространение получила программа ГИС Карта 2008 компании ЗАО КБ "Панорама" .

Используются также и другие программные продукты отечественной и зарубежной разработки: ГИС ИНТЕГРО , MGE корпорации Intergraph (использует MicroStation в качестве графического ядра), IndorGIS , STAR-APIC , ДубльГИС , Mappl , ГеоГраф ГИС , 4geo и пр.

56. Геоинформационные системы (ГИС).

Понятие о геоинформационных системах

Геоинформационные системы (ГИС) – это автоматизированные системы, основными функциями которых являются сбор, хранение, интеграция, анализ и графическая визуализация в виде карт или схем пространственно-временных данных, а также связанной с ними атрибутивной информации о представленных в ГИС объектах.

ГИС возникли в 1960–70 гг. на стыке технологий обработки информации в системах управления базами данных и визуализации графических данных в системах автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированного производства карт, управления сетями. Интенсивное использование ГИС началось в середине 90-х гг. ХХ в. В это время появляются мощные и относительно дешевые персональные компьютеры, становится более доступным и понятным программное обеспечение.

В качестве источников данных для создания ГИС служат:

Картографические материалы (топографические и общегеографические карты, карты административно-территориального деления, кадастровые планы и др.). Так как получаемые с карт данные имеют пространственную привязку, они используются в качестве базового слоя ГИС;

Данные дистанционного зондирования (ДДЗ), прежде всего, материалы, получаемые с космических аппаратов и спутников. При дистанционном зондировании изображения получают и передают на Землю с носителей съемочной аппаратуры, размещенных на разных орбитах. Полученные снимки отличаются разным уровнем обзорности и детальности отображения объектов природной среды в нескольких диапазонах спектра (видимый и ближний инфракрасный, тепловой инфракрасный и радиодиапазон). Благодаря этому с применением ДДЗ решают широкий спектр экологических задач. К методам дистанционного зондирования относятся также аэро- и наземные съемки, и другие неконтактные методы, например гидроакустические съемки рельефа морского дна. Материалы таких съемок обеспечивают получение как количественной, так и качественной информации о различных объектах природной среды;

Результаты геодезических измерений на местности, выполняемые нивелирами, теодолитами, электронными тахеометрами, GPS приемниками и т. д.; - данные государственных статистических служб по самым разным отраслям народного хозяйства, а также данные стационарных измерительных постов наблюдений (гидрологические и метеорологические данные, сведения о загрязнении окружающей среды и т. д).

Литературные данные (справочные издания, книги, монографии и статьи, содержащие разнообразные сведения по отдельным типам географических объектов). В ГИС редко используется только один вид данных, чаще всего это сочетание разнообразных данных на какую-либо территорию.

Классификация геоинформационных систем.

ГИС системы разрабатывают и применяют для решения научных и прикладных задач инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, рационального использования природных ресурсов, мониторинга экологических ситуаций, а также для принятия оперативных мер в условиях чрезвычайных ситуаций и др. Множество задач, возникающих в жизни, привело к созданию различных ГИС, которые могут классифицироваться по следующим признакам:

По функциональным возможностям: - полнофункциональные ГИС общего назначения;

Специализированные ГИС, ориентированные на решение конкретной задачи в какой либо предметной области;

Информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования. Функциональные возможности ГИС определяются также архитектурным принципом их построения:

Закрытые системы не имеют возможностей расширения, они способны выполнять только тот набор функций, который однозначно определен на момент покупки; - открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования).

По пространственному (территориальному) охвату ГИС подразделяются на глобальные (планетарные), общенациональные, региональные, локальные (в том числе муниципальные).

По проблемно-тематической ориентации – общегеографические, экологические и природопользовательские, отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, геологические, туризма и т. д.).

По способу организации географических данных – векторные, растровые, векторно-растровые ГИС.

Основные компоненты геоинформационных систем.

К основным компонентам ГИС относят: технические (аппаратные) и программные средства, информационное обеспечение.

Технические средства – это комплекс аппаратных средств, применяемых при функционировании ГИС. К ним относятся рабочая станция (персональный компьютер), устройства ввода-вывода информации, устройства обработки и хранения данных, средства телекоммуникации.

Рабочая станция используется для управления работой ГИС и выполнения процессов обработки данных, основанных на вычислительных и логических операциях. Современные ГИС способны оперативно обрабатывать огромные массивы информации и визуализировать результаты.

Ввод данных реализуется с помощью разных технических средств и методов: непосредственно с клавиатуры, с помощью дигитайзера или сканера, через внешние компьютерные системы. Пространственные данные могут быть получены с электронных геодезических приборов, с помощью дигитайзера или сканера, либо с использованием фотограмметрических приборов.

Устройства для обработки и хранения данных интегрированы в системном блоке компьютера, включающем в себя центральный процессор, оперативную память, запоминающие устройства (жесткие диски, переносные магнитные и оптические носители информации, карты памяти, флеш-накопители и др.). Устройства вывода данных – монитор, графопостроитель, плоттер, принтер, с помощью которых обеспечивается наглядное представление результатов обработки пространственно-временных данных.

Программные средства – программное обеспечение (ПО) для реализации функциональных возможностей ГИС. Оно подразделяется на базовое и прикладное ПО.

Базовые программные средства включают: операционные системы (ОС), программные среды, сетевое программное обеспечение, системы управления базами данных, а также модули управления средствами ввода и вывода данных, систему визуализации данных и модули для выполнения пространственного анализа.

К прикладному ПО относятся программные средства, предназначенные для решения специализированных задач в конкретной предметной области. Они реализуются в виде отдельных модулей (приложений) и утилит (вспомогательных средств).

Информационное обеспечение – совокупность массивов информации, систем кодирования и классификации информации. Особенность хранения пространственных данных в ГИС – их разделение на слои. Многослойная организация электронной карты, при наличии гибкого механизма управления слоями, позволяет объединить и отобразить гораздо большее количество информации, чем на обычной карте.

(Тут всё обычно. По пунктам.)

Кадастровые инженеры, проектировщики, геологи и другие специалисты часто сталкиваются с необходимостью использования картографических данных в работе. Современные разработки позволяют получать со спутника изображения местности в мельчайших деталях, а специально созданное программное обеспечение – использовать эти сведения для аналитических целей и выводить их в нужном формате.

Поговорим о структурах, позволяющих обобщать и исследовать географический материал для осуществления максимально обоснованных и оптимальных в каждом конкретном случае мер.

Определение ГИC (GIS): как расшифровывается аббревиатура и что это такое

Геоинформационные системы (ГИС) – это прогрессивные компьютерные технологии, которые используются для создания карт и оценки фактически существующих объектов, а также происшествий, происходящих в мире. При этом визуализация и пространственные обзоры сочетаются со стандартными процессами с базами данных: введением сведений и получением статистических результатов.

Именно обозначенные характеристики позволяют широко применять эти программы для решения многих проблем:

    Анализ физических явлений и событий на планете.

    Осмысление и обозначение их основных причин.

    Изучение вопроса перенаселения.

    Планирование перспективных решений в градостроительстве.

    Оценка результатов текущей предпринимательской деятельности.

    Экологические проблемы – загрязнение местностей, уменьшение размеров лесных массивов.

Кроме глобальных целей, с помощью такого обеспечения можно регулировать частные ситуации, например:

    Поиск оптимального пути между точками.

    Выбор удобного расположения для фирмы.

    Нахождение нужного здания по адресу.

    Муниципальные задачи.

Географический анализ не только что появившееся направление. Но рассматриваемые нами технологии наиболее соответствуют требованиям современности. Это максимально эффективный, результативный и удобный процесс, автоматизирующий процедуру сбора соответствующего материала и его обработки.

Сегодня геоинформационные системы – это прибыльная область деятельности, в которой заняты миллионы людей в разных странах. Только в России более 200 различных компаний разрабатывают и внедряют такие технологии во все сферы хозяйствования.

Имеет несколько составных элементов.

    Аппаратура. Это разнообразные виды компьютерных платформ, от персональных машин до глобальных централизованных серверов.

    Программное обеспечение. Здесь присутствуют все нужные инструменты для получения, обработки и визуализации материала. Отдельными составными частями можно обозначить компоненты для:

Введения и манипулирования сведениями;

Управления базой данных (СУБД);

Отображения пространственных запросов;

Доступа (интерфейс).


Какие возможны манипуляции в программах

Утилиты выполняют несколько процессов:

    Ввод. При этом материал преобразуется в требуемый цифровой формат. Во время оцифровки за основу берутся бумажные карты, которые обрабатываются на сканерных аппаратах. Это актуально на крупных объектах, для маленьких задач можно вводить сведения через дигитайзер.

    Манипулирование. Технологии имеют разные способы видоизменения материалов и обозначения определенных частей, необходимых для выполнения непосредственной задачи. Например, они позволяют приводить масштаб с разных элементов к единому значению для дальнейшей общей обработки.

    Управление. При значительном объеме информации и большом числе пользователей рационально использовать системы управления базами данных для сбора и структурирования материала. Чаще всего применяют реляционную модель, когда сведения хранятся в таблицах.

    Запрос и анализ. Программа позволяет получить ответы на многие примитивные и более детальные вопросы, начиная от личности владельца участка и заканчивая преимущественными видами почв под смешанным объектом. Также есть возможность создавать шаблоны для нахождения по определенному виду запроса. Для анализа используются такие инструменты как оценка близости и исследование наложения.

    Визуализация. Это искомый результат большинства пространственных действий. Карты оснащены сопроводительной документацией, объемными изображениями, табличными значениями и графиками, мультимедийными и фотографическими отчетами.

Виды ГИС

Классификация географических информационных систем происходит по принципу охвата территории:

    Глобальные (национальные и субконтинентальные) – дают возможность оценить ситуацию в масштабах планеты. Благодаря чему можно спрогнозировать и предотвратить природные и техногенные катаклизмы, оценить размер бедствия, спланировать ликвидацию последствий и организацию гуманитарной помощи. Применяются во всем мире с 1997 года.

    Региональные (локальные, субрегиональные, местные) – действуют на муниципальном уровне. Такие технологии отражают многие ключевые сферы: инвестиционные, имущественные, навигационные, обеспечения безопасности населения и другие. Они помогают принимать решения при развитии определенного района, что способствует привлечению к нему капитала и росту его экономики.

ГИС хранит фактическую информацию о предметах в виде подборки тематических слоев, объединенных по принципу географического положения. Такой подход обеспечивает решение разноплановых задач по реорганизации местности и проведению мероприятий.

Для нахождения местоположения объекта используются координаты точки, ее адрес, индекс, номер земельного участка и т.п. Эти сведения наносятся на карты после процедуры геокодирования.

Технологии могут работать с растровыми и векторными моделями.

В векторной форме материал кодируется и сохраняется как набор координат. Она больше подходит для стабильных элементов с постоянными свойствами: реками, трубопроводами, полигоны.

Растровая схема включает блоки информации об отдельных составляющих. Она адаптирована для работы с переменными характеристиками, например, типы почв и доступность объектов.


Смежные инновации

ГИС тесно взаимодействует с другими приложениями. Рассмотрим связь и главные отличия со схожими информационными технологиями.

СУБД. Они служат для накопления, хранения и координирования разных материалов, поэтому часто входят в программную поддержку географических систем. В отличие от последних не имеют инструментов для оценки и пространственного изображения данных.

Средства настольного картографирования. В качестве сведений используют карты, но имеют ограниченные возможности для их управления и анализа.

Дистанционное зондирование и GPS. Здесь информация собирается с использованием специальных датчиков: бортовых камер летательных машин, сенсоров глобального позиционирования и прочих. При этом материал собирается в виде картинок с осуществлением их обработки и изучения. Однако из-за отсутствия некоторых инструментов их нельзя считать геоинформационным системами.

САПР. Это программы для составления различных чертежей, планов помещений и архитектурных разработок. Они применяют комплекс элементов с закрепленными параметрами. Многие из них имеют возможность импортировать значения из ГИС.

Среди подобных утилит стоит отметить продукцию компании ZWSOFT:

    Мощная и доступная по цене ГИС, предназначенная для импорта, экспорта и управления геопространственными данными. При выборе версии для использования совместно с ZWCAD/AutoCAD это приложение запускается внутри платформы CAD и позволяет пользователям осуществлять обмен геопространственными данными между чертежом платформы и файлами ГИС, серверами ГИС или хранилищами данных ГИС, подгружать векторные и растровые карты и подложки и управлять атрибутивными данными и таблицами данных.

    – аналог GeoniCS. Позволяет автоматизировать проектно-изыскательные работы. При этом создаются чертежи, соответствующие действующим нормативам оформления и стандартам. Содержит шесть модулей, использование которых решает различные инженерные, в том числе и геологические, задачи.

    – аналог GeoniCS Изыскания. Осуществляет анализ и интерпретацию результатов лабораторных и полевых исследований, выполняет статистическую обработку по заданным параметрам, вычисляет различные нормативные и расчетные показатели,формирует отчетность по стандартам стран СНГ.

    – утилита для кадастровых инженеров с полным набором инструментов, автоматизирующих подготовку документов. Постоянное обновление позволяет всегда предоставлять актуальную информацию по оформлению бумаг согласно требованиям проверяющих органов.

    – система автоматизированного проектирования для архитекторов, инженеров, конструкторов. Имеет новое ядро на базе гибридных технологий, сочетающее понятный интерфейс, поддержку Unicode, возможность создавать трехмерные модели на основе их сечений. Имеет встроенную возможность вставки растровых карт по файлам географической привязки (географической регистрации).

Примеры ГИС для новичков

Программ, созданных для целей такого географического анализа, очень много. Рассмотрим для примера некоторые из них.

Mapinfo

Основными функциональными возможностями является:

    применение понятной и удобной обменной схемы для передачи данных другим структурам;

    активное окно можно сохранять в разных форматах: bmp, tif, jpg и wmf;

    поддержка значительного количества географических проекций и систем координат;

    можно вводить материал через дигитайзер.

Используя утилиту можно и делать тематические карты, и строить 3D ландшафты.

DataGraf

Инструмент для пространственной визуализации, моделирования ситуаций, построения синтетических показателей. Оптимален для изучения основ компьютерной картографии в учебных учреждениях.

Программа позволяет:

    создавать векторные карты;

    привязывать к каждому элементу неограниченное число тематических баз данных;

    копировать данные в другой файл через буфер обмена;

    вручную изменять характеристики объектов и их местоположения.

Простое средство для освоения базового уровня. Решает преимущественно иллюстративные задачи. Позволяет создавать оцифрованные карты на основе обычной картинки и в любом графическом формате.


Применение ГИС

Возможности для использования географических технологий очень обширны. Среди областей, где наиболее применимы эти системы, можно выделить:

    Землеустройство. Утилиты нужды для составление кадастров, вычисление площадей элементов, разметка границ земельных участков.

    Управление размещением объектов. Здесь их применение актуально для построения архитектурного плана, согласование сети промышленных, торговых и других точек специального назначения.

    Районное развитие. Инженерные изыскания конкретных мест, решения задач по оптимизации инфраструктуры и привлечению инвесторов в настоящее время невозможны без детального изучения с помощью подобных структур.

    Охрана природы. Программы позволяют осуществлять проведение экологического мониторинга, планирование использования ресурсов.

    Прогнозирование ЧС. Отслеживание изменений в разных геологических состояниях позволяет предсказать возможность катастроф, разрабатывать меры для их предотвращения и минимизации потерь от них.

Краткие итоги

Мы дали расшифровку понятия ГИС, подробно рассмотрели, что такое геоинформационные системы и где они применяются. В заключении скажем, что это очень перспективное направление, которые активно развивается. Без использования подобных технологий уже невозможно представить работу специалистов многих областей.

Внедрение информационных систем в разные сферы деятельности человека находят свое место в области геодезии и смежных, связанных с ней и другими земными областями исследований. Направляясь параллельным курсом с возникновением и развитием спутниковой геодезии, информационные системы предоставили технологические, управленческие, геологические, метеорологические, картографические, транспортные, многоотраслевые возможности получения необходимой пространственной информации определенной степени точности.

Любая геоинформационная система (ГИС) - это, говоря современным языком, прежде всего проект на основе научных и практических данных с целью получения какого-то конечного результата по поставленной тематике.

ГИС - это своего рода новая форма геоизысканий, связанных на основе сбора и обработки необходимых данных методами геодезии, прикладной математики и созданных компьютерных приложений.

В словосочетании «геоинформационная система» содержатся три основополагающих слова, раскрывающих его сущность.

Со словом «гео» связаны все объекты изысканий и исследований внутри, около и на земной поверхности.

С «информационной» составляющей словосочетания связаны методы обработки и преобразования получаемой информации в необходимый цифровой графический продукт.

«Система» считается связующей составляющей, которая придает целостность всей картине исследований и объединяет все ее элементы и параметры в пространственную форму.

Геоинформационные системы можно рассматривать как программные средства, которые позволяют работать с пространственно-соотнесенной информацией, с геоизображением, но не с простым изображением, а которое зарегистрировано. Процесс регистрации (привязки) подразумевает под собой определенные действия по ориентированию изображений конкретным образом в той или иной системе координат . Именно такая возможность считается главной особенностью ГИС в отличие от других программ.

Она обладает и специальными инструментами, которые позволяют обычную карту сделать реальной моделью существующей поверхности. Так в определенный момент пришла идея карту совместить с информацией, то есть карта не сама по себе, а она обладает специальными атрибутами (описательными характеристиками), которые являются непространственными. Соотнесение пространственной информации с непространственной, увязка в единую систему и создание инструментов анализа привело к появлению ГИС конструкций. Совмещение позиционной и непозиционной информаций можно считать главным ноу-хау ГИС построений.

Структура геоинформационной системы

Геоинформационная конструкции состоит из четырех составных частей:

  • Первая часть подразумевает под собой сбор данных и материалов из всевозможных первоисточников информации; существуют позиционные (с координатной привязкой) и непозиционные (описательные, в атрибутивных таблицах) первоисточники;
  • Вторая часть состоит из выборки необходимых данных и ее хранения на компьютерных носителях;
  • Третья часть технологическая, которая служит для систематизации, описания, сравнения, выделения, и главное анализа данных различными способами;
  • Четвертая часть результирующая, с выводами окончательных результатов в требуемых формах в соответствии с техническими заданиями.

Возможности, возникающие при работе в ГИС

В процессе работы с геоинформационными системами можно сделать вывод о том, что они позволяют давать быстрые ответы на многие вопросы и принимать оптимальные решения в различных сферах деятельности человека, а именно:

  • что находится в определенных районах местоположения?
  • Где находится конкретный объект?
  • Оценивать динамику изменений во времени, пространстве, объемах и так далее;
  • какие пространственные структуры существуют?
  • Позволяют осуществлять моделирование с конкретными техническими проектными условиями (например, картограмма земляных масс)

Основные функциональные возможности приложений ГИС состоят в следующем:

  • Регистрации геоизображений;
  • Создание новых геоизображений (векторизацмя);
  • Создание баз данных и ихстатистическая обработка;
  • Анализ и обработка пространственных данных (геоанализ);
  • Анализ непространственных (атрибутивных) данных;
  • Визуализация и картографирование;
  • Хранение данных.

Виды геоинформационного строительства

Следует выделить возможности классифицировать ГИС по разным критериям:

  • По территориальному признаку (глобальные, национальные, региональные, территориальные, местные)
  • По тематическому признаку (геологические, сельскохозяйственные, лесные, метеорологические, городские и другие)
  • По функциональным признакам (многомасштабные, пространственно-временные)

Перспективы развития геоинформационных конструкций

В настоящее время перспективными направлениями развития геоинформационного порядка считаются:

  • данные дистанционного зондирования земли (все, что получаем с космических мультиспектральных снимков различного диапазона, радиоданных искусственных спутников земли);
  • глобальное позиционирование (GPS технологии) с ГИС-приложениями в коммуникационном пространстве;
  • интернет и геоинформационные системы (хранение информации в сети по технологии «облако», поисковые системы, другие порталы);
  • ГИС телевидение;
  • ГИС2 (ГИС изучающие сами себя).