Главная-Работа с текстом-Географические основы гис. Геоинформационные системы

Географические основы гис. Геоинформационные системы

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

ИНСТИТУТ МЕНЕДЖМЕНТА И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

(филиал) Санкт-Петербургского государственного политехнического университета в г. Череповце

(ИМИТ СПбГПУ)

Кафедра «Менеджмента»

Реферат на тему: «Геоинформационные системы»

Выполнил студент гр. 0.182 Ермушин Эдуард Николаевич

Преподаватель Шутикова

Череповец 2012

Введение

Географическая Информационная Система - или ГИС - это компьютерная система, позволяющая показывать данные на электронной карте. Карты, созданные с помощью ГИС, можно смело назвать картами нового поколения. На карты ГИС можно нанести не только географические, но и статистические, демографические, технические и многие другие виды данных и применять к ним разнообразные аналитические операции. ГИС обладает уникальной способностью выявлять скрытые взаимосвязи и тенденции, которые трудно или невозможно заметить, используя привычные бумажные карты. Мы видим новый, качественный, смысл наших данных, а не механический набор отдельных деталей.

Электронная карта, созданная в ГИС, поддерживается мощным арсеналом аналитических средств, богатым инструментарием создания и редактирования объектов, а также базами данных, специализированными устройствами сканирования, печати и другими техническими решениями, средствами Интернет - и даже космическими снимками и информацией со спутников.

Существуют виды деятельности, в которых карты - электронные, бумажные или хотя бы представляемые в уме - незаменимы. Ведь многие дела невозможно начать, не выяснив предварительно, ГДЕ находится точка приложения наших усилий. Даже в быту мы ежечасно и иногда даже ежеминутно работаем с информацией о географическом положении объектов; магазин, детский сад, метро, работа, школа. Пространственное мышление естественно для нашего сознания.

Вся информация, полученная благодаря использованию технологий ГИС, используются не специалистами-географами, а обычными людьми - учеными, бизнесменами, врачами, адвокатами, чиновниками, маркетологами, строителями, экологами - и даже домохозяйками, если не они желают зря тратить время на обход магазинов.

1. Сущность и основные понятие ГИС

Геоинформационные системы (также ГИС -- географическая информационная система) -- системы, предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Другими словами ГИС - современная компьютерная технология для картографирования и анализа объектов реального мира, происходящих и прогнозируемых событий и явлений. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

ГИС объединяет традиционные операции при работе с базами данных - запрос и статистический анализ - с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эта особенность дает уникальные возможности для применения ГИС в решении широкого спектра задач, связанных с анализом явлений и событий, прогнозированием их вероятных последствий, планированием стратегических решений.

Данные в геоинформационных системах хранятся в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе их географического положения. Этот гибкий подход и возможность геоинформационных систем работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных, эффективен при решении любых задач, касающихся пространственной информации.

Геоинформационные системы тесно связаны с другими информационными системами и используют их данные для анализа объектов.

ГИС отличают:

· развитые аналитические функции;

· возможность управлять большими объемами данных;

· инструменты для ввода, обработки и отображения пространственных данных.

П реимущества геоинформационных систем

· удобное для пользователя отображение пространственных данных. Картографирование пространственных данных, в том числе в трехмерном измерении, наиболее удобно для восприятия, что упрощает построение запросов и их последующий анализ.

· интеграция данных внутри организации. Геоинформационные системы объединяют данные, накопленные в различных подразделениях компании или даже в разных областях деятельности организаций целого региона. Коллективное использование накопленных данных и их интеграция в единый информационный массив дает существенные конкурентные преимущества и повышает эффективность эксплуатации геоинформационных систем.

· принятие обоснованных решений. Автоматизация процесса анализа и построения отчетов о любых явлениях, связанных с пространственными данными, помогает ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений.

· удобное средство для создания карт. Геоинформационные системы оптимизируют процесс расшифровки данных космических и аэросъемок и используют уже созданные планы местности, схемы, чертежи. ГИС существенно экономят временные ресурсы, автоматизируя процесс работы с картами, и создают трехмерные модели местности.

Операции, осуществляемые ГИС

· ввод данных. В геоинформационных системах автоматизирован процесс создания цифровых карт, что кардинально сокращает сроки технологического цикла.

· управление данными. Геоинформационные системы хранят пространственные и атрибутивные данные для их дальнейшего анализа и обработки.

· запрос и анализ данных. Геоинформационные системы выполняют запросы о свойствах объектов, расположенных на карте, и автоматизируют процесс сложного анализа, сопоставляя множество параметров для получения сведений или прогнозирования явлений.

· визуализация данных. Удобное представление данных непосредственно влияет на качество и скорость их анализа. Пространственные данные в геоинформационных системах предстают в виде интерактивных карт. Отчеты о состоянии объектов могут быть построены в виде графиков, диаграмм, трехмерных изображений.

Возможности ГИС

ГИС-система позволяет:

· определить какие объекты располагаются на заданной территории;

· определить местоположение объекта (пространственный анализ);

· дать анализ плотности распределения по территории како-то явления (например плотность расселения);

· определить временные изменения на определенной площади);

· смоделировать, что произойдет при внесении изменений в расположение объектов (например, если добавить новую дорогу).

Классификация ГИС

По территориальному охвату:

· глобальные ГИС;

· субконтинентальные ГИС;

· национальные ГИС;

· региональные ГИС;

· субрегиональные ГИС;

· локальные или местные ГИС.

По уровню управления:

· федеральные ГИС;

· региональные ГИС;

· муниципальные ГИС;

· корпоративные ГИС.

По функциональности:

· полнофункциональные;

· ГИС для просмотра данных;

· ГИС для ввода и обработки данных;

· специализированные ГИС.

По предметной области:

· картографические;

· геологические;

· городские или муниципальные ГИС;

· природоохранные ГИС и т. п.

Если помимо функциональных возможностей ГИС в системе присутствуют возможности цифровой обработки изображений, то такие системы называются интегрированными ГИС (ИГИС). Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов, 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 оперируют пространственно-временными данными.

Области применения ГИС

· Управление земельными ресурсами, земельные кадастры. Для решения проблем, имеющих пространственную привязку и начали создавать ГИС. Типичные задачи -- составление кадастров, классификационных карт, определение площадей участков и границ между ними и т. д.

· Инвентаризация, учет, планирование размещения объектов распределенной производственной инфраструктуры и управление ими. Например, нефтегазодобывающие компании или компании, управляющие энергетической сетью, системой бензоколонок, магазинов и т. п.

· Проектирование, инженерные изыскания, планировка в строительстве, архитектуре. Такие ГИС позволяют решать полный комплекс задач по развитию территории, оптимизации инфраструктуры строящегося района, требующегося количества техники, сил и средств.

· Тематическое картографирование.

· Управление наземным, воздушным и водным транспортом. ГИС позволяет решать задачи управления движущимися объектами при условии выполнения заданной системы отношений между ними и неподвижными объектами. В любой момент можно узнать, где находится транспортное средство, рассчитать загрузку, оптимальную траекторию движения, время прибытия и т. п.

· Управление природными ресурсами, природоохранная деятельность и экология. ГИС помогает определить текущее состояние и запасы наблюдаемых ресурсов, моделирует процессы в природной среде, осуществляет экологический мониторинг местности.

· Геология, минерально-сырьевые ресурсы, горнодобывающая промышленность. ГИС осуществляет расчеты запасов полезных ископаемых по результатам проб (разведочное бурение, пробные шурфы) при известной модели процесса образования месторождения.

· Чрезвычайные ситуации. С помощью ГИС производится прогнозирование чрезвычайных ситуаций (пожаров, наводнений, землетрясений, селей, ураганов), расчет степени потенциальной опасности и принятие решений об оказании помощи, расчет требуемого количества сил и средств для ликвидации чрезвычайных ситуаций, расчет оптимальных маршрутов движения к месту бедствия, оценка нанесенного ущерба.

· Военное дело. Решение широкого круга специфических задач, связанных с расчетом зон видимости, оптимальных маршрутов движения по пересеченной местности с учетом противодействия и т. п.

· Сельское хозяйство. Прогнозирование урожайности и увеличения производства сельскохозяйственной продукции, оптимизация ее транспортировки и сбыта.

Структура ГИС

ГИС-система включает в себя пять ключевых составляющих:

· аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров;

· программное обеспечение. Cодержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической информации. К таким программным продуктам относятся: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации;

· данные. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных;

· исполнители. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники, которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы;

· методы.

2. История ГИС

Пионерский 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.

ГИС в России

Наибольшее распространение в России имеют программные продукты ArcGIS и ArcView компании ESRI, семейство продуктов GeoMedia корпорации Intergraph и MapInfo Professional компании Pitney Bowes MapInfo. геоинформационный компьютерный электронный

Используются также другие программные продукты отечественной и зарубежной разработки: Bentley"s MicroStation, IndorGIS, STAR-APIC, Zulu, ДубльГИС и пр.

3. Перспективы ГИС

ГеоДизайн это эволюционный этап развития ГИС. Он очень важен для процесса планирования и развития территорий, особенно в сфере землепользования и охраны окружающей среды, но широко востребован и практически во всех других прикладных и научных областях. Например, эта методология будет широко использоваться в розничной торговле для открытия новых магазинов и закрытия старых, инженерами-строителями для размещения объектов инфраструктуры, таких как дороги, в наиболее подходящих местах, организациями, обслуживающими коммунальные сети, в сельском, лесном и водном хозяйствах, силовыми ведомствами, энергетическими компаниями, военными и многими другими. Такой подход в еще большей мере усилит значение ГИС, выводя его за рамки простого описания мира «каков он есть» в направлении разработки и реализации концепций создания будущего, интеграции географического (пространственного) мышления во все направлению нашей деятельности.

Будущее за ГИС-технологиями с элементами искусственного интеллекта на базе интеграции ГИС и экспертных систем. Преимущества такого симбиоза вполне очевидны: экспертная система будет содержать в себе знания эксперта в конкретной области и может использоваться как решающая или советующая система.

Современный статус новых компьютерных геотехнологий определяется крупными государственными программами, зарубежными инвестициями, направленными на широкое использование аэрофотоснимков и космических снимков, цифровых карт, визуализации баз данных.

Городская ГИС будущего будет позволять не только получать по запросу семантическую информацию об объектах на карте, но и прогнозировать развитие территории, позволять руководству города проигрывать варианты директивных решений, возможного строительства нового района города и т.п. При этом ГИС вместе с системой имитационного моделирования сможет показать градостроителям, как перераспределятся нагрузки в городских инженерных сетях, мощность транспортных потоков, как изменится цена объектов недвижимости в зависимости от проведения дополнительных магистралей или постройки нового торгового центра в том или ином районе.

Заключение

В данный момент ГИС системы являются одними из самых быстро развивающихся и интересных в плане коммерциализаций, с их удобным пользовательским интерфейсом и огромным количеством содержавшейся в них информации делают их незаменимыми при всё ускоряющемся мире.

На данный момент в России около 200 организации занимаются разработкой и внедрением ГИС систем, создание земельного кадастра позволит на основе его карт строить другие, предметно ориентированные карты и дополнять их соответствующим атрибутивным наполнением, что позволит нашим системам конкурировать с западными образцами.

При большем развитии мобильного доступа в сеть через различные устройства Гис системы с применением спутниковых снимков в купе с трехмерным моделированием позволят даже заурядному пользователю безо всяких проблем ориентироваться на любой местности и получать от данных систем всю нужную информацию просто задав вопрос.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

    Периоды развития геоинформационных систем. Множество цифровых данных о пространственных объектах. Преимущества растровой и векторной моделей. Функциональные возможности геоинформационных систем, определяемые архитектурным принципом их построения.

    курсовая работа , добавлен 14.01.2016

    Использование геоинформационных систем в здравоохранении. Создание ГИС-технологии изучения генетических процессов, происходящих в генофонде народов России. Характеристика и информационная безопасность мобильной геоинформационной системы "ArcPad".

    курсовая работа , добавлен 04.03.2014

    История развития географической информационной системы, ее сущность и задачи, основные ключевые составляющие. Характеристика векторной и растровой моделей информационных данных. Стоимость работ по созданию географической информационной системы.

    презентация , добавлен 22.05.2009

    Составные части географической информационной системы (ГИС). Задачи, которые решает ГИС. Системы настольного картографирования. Примеры электронных карт. Добавление фотографий на Google Maps, Google+, Яндекс.Фотки, Яндекс.Народная карта, Wikimapia.

    курсовая работа , добавлен 18.06.2015

    Совершенствование процессов обмена информацией между физическими и юридическими лицами в помощью сетей Internet и Intranet. История развития геоинформационных систем. Обработка кадастровой информации: анализ данных и моделирование, визуализация данных.

    реферат , добавлен 22.05.2015

    Развитие информационного бизнеса, электронной коммерции на основе Интернет. Описание предметной области, процессов и типичного хода событий при создании информационной системы виртуального предприятия. Калькуляция разработки электронной торговли.

    курсовая работа , добавлен 22.05.2015

    Оценка предметной области: концептуальные требования; выявление информационных объектов и связей между ними; построение базы данных. Описание входных и выходных данных информационной системы "Магазин компьютерной техники". Анализ диаграммы прецедентов.

    курсовая работа , добавлен 13.04.2014

    История развития операционных систем. Основные элементы современной компьютерной системы: процессор, сетевой интерфейс, оперативная память, диски, клавиатура, принтер, монитор. Аппаратное обеспечение, системные программы и приложения компьютерной системы.

    презентация , добавлен 24.07.2013

    Понятие геоинформационных систем, их основное предназначение. Анализ возможностей Microsoft Word, разработка пригласительного билета. Особенности создания формы базы данных "Библиотека". Возможности текстовых редакторов, использование электронных таблиц.

    контрольная работа , добавлен 07.05.2012

    Общее понятие геоинформационных систем. Характеристика основных видов приложений, которые имеют отношение к веб-картографии. Стандарты в веб-картографии. Качество публикуемых данных. Авторские права и правовые аспекты распространения и публикации данных.

Информатизация коснулась сегодня всех сторон жизни общества, и трудно, пожалуй, назвать какую-либо сферу человеческой деятельности - от обучения в школе до высокой государственной политики, где бы не ощущалось ее мощное воздействие.

Информатика «дышит в затылок» всем наукам о Земле, догоняя и увлекая их за собой, преобразуя, а порой полностью порабощая в стремлении к бесконечному компьютерному совершенству. Ученые уже не мыслят сегодня своей работы без компьютеров и баз цифровой информации. В науках о Земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС) , причем слово «географические» в данном случае означает «пространственность» и «территориальность», а еще и комплексность географического подходам.

ГИС - это аппаратно-программный и одновременно человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение данных. Географические информационные системы отличаются от других информационных систем тем, что все их данные обязательно пространственно координированы, т. е. привязаны к территории, к географическому пространству. ГИС используют при решении всевозможных научных и практических задач. ГИС помогают анализировать и моделировать любые географические ситуации, составлять прогнозы и управлять процессами, происходящими в окружающей среде. ГИС применяются для исследования всех тех природных, общественных и природно-общественных объектов и явлений, которые изучают науки о Земле и смежные с ними социально-экономические науки, а также картография, дистанционное зондирование. В то же время ГИС - это комплекс аппаратных устройств и программных продуктов (ГИС-оболочек), причем важнейший элемент этого комплекса - автоматические картографические системы.

Структуру ГИС обычно представляют как систему информационных слоев. Условно можно рассматривать эти слои в виде «слоеного пирога» или этажерки, на каждой полочке которой хранится карта или цифровая информация по определенной теме.

В процессе анализа эти слои «снимают с полочек», рассматривают по отдельности или совмещают в разных комбинациях, анализируют и сопоставляют между собой. Для какого-то одного заданного пункта или ареала можно получить данные по всем слоям сразу, но главное - появляется возможность получать производные слои. Одно из важнейших свойств ГИС как раз в том и состоит, что на основе имеющейся информации они способны порождать новую производную информацию.

Ресурсные ГИС - один из наиболее распространенных видов ГИС в науках о Земле. Они предназначены для инвентаризации, оценки, охраны и рационального использования ресурсов, для прогноза результатов их эксплуатации. Чаще всего для их формирования используют уже имеющиеся тематические карты, которые цифруют и вводят в базы данных в виде отдельных информационных слоев. Кроме картографических материалов в ГИС включают данные многолетних наблюдений, статистические сведения, и др. Примером может служить «ГИС — », созданная странами черноморского бассейна. Этот бассейн с разнообразной морской жизнью, обильными рыбными ресурсами, теплыми песчаными пляжами и неповторимыми по красоте прибрежными ландшафтами, привлекающими туристов, в последние десятилетия испытывает катастрофическое ухудшение экологической обстановки. Это резко сокращает рыбные ресурсы, снижает рекреационный потенциал, ведет к деградации ценнейших прибрежных водно-болотных угодий. Для централизованного принятия срочных мер по спасению Черного моря разработали «Программу по спасению Черного моря». Важной частью этой программы стало создание ресурсно-экологической «ГИС — Черное море». Эта ГИС выполняет две функции - моделирование и информирование о в целом и отдельных компонентах его среды. Информация необходима для проведения научных исследований в акватории и прилегающей части черноморского бассейна и для принятия решений по охране и защите этой уникальной акватории. «ГИС — Черное море» содержит около 2000 карт. Они заключены в семь тематических блоков: география, биология, метеорология, физическая океанография, химическая океанография, биология, рыбные ресурсы.

Геоинформационное картографирование

Взаимодействие геоинформатики и картографии стало основой для формирования нового направления - геоинформационного , т. е. автоматизированного моделирования и картографирования объектов и явлений на основе ГИС.

С внедрением ГИС традиционная картография испытала кардинальную перестройку. Ее можно сравнить разве что с теми изменениями, которые сопровождали переход от рукописных карт к печатным полиграфическим оттискам. Картографы прошлых эпох в самых смелых фантазиях не могли предвидеть, что вместо гравирования на литографском камне можно будет вычерчивать карту, водя курсором по экрану компьютера. А в наши дни геоинформационное картографирование почти полностью заменило традиционные методы составления и издания карт.

Программно-управляемое картографирование заставляет по-новому взглянуть на многие традиционные проблемы. Принципиально изменился выбор математической основы и компоновки карт, компьютерные карты можно достаточно быстро переводить из одной проекции в другую, свободно масштабировать, менять «нарезку» листов, вводить новые изобразительные средства (например, мигающие или перемещающиеся по карте знаки), использовать для генерализации математические фильтры и сглаживающие функции и т. п. Трудоемкие прежде операции подсчета длин и площадей, преобразование карт или их совмещение стали рутинными процедурами. Возникла электронная картометрия. Создание и использование карт стало единым процессом, в ходе компьютерной обработки изображения постоянно трансформируются, переходят из одной формы в другую.

ГИС-технологии породили еще одно новое направление - оперативное картографирование, т. е. создание и использование карт в реальном или близком к реальному масштабе времени. Появилась возможность быстро, а точнее сказать, своевременно информировать пользователей и воздействовать на ход процесса. Иначе говоря, при картографировании в реальном времени поступающая информация немедленно обрабатывается и составляются карты для оценки, мониторинга, управления, контроля за процессами и явлениями, изменяющимися в том же темпе.

Оперативные компьютерные карты предупреждают (сигнализируют) о неблагоприятных или опасных процессах, позволяют следить за их развитием, давать рекомендации и прогнозировать развитие ситуаций, выбирать варианты стабилизации или изменения хода процесса. Такие ситуации создаются, например, при возникновении в , когда приходится оперативно следить за их распространением и быстро принимать меры по ликвидации пожара. В период таяния снегов и во время катастрофических ливней приходится отслеживать разливы рек и , а в чрезвычайных ситуациях - изменения экологического состояния территории. В период ликвидации Чернобыльской аварии картографы день и ночь не отходили от компьютеров, составляя оперативные карты перемещения облаков радиоактивного загрязнения над территориями, прилегающими к очагу катастрофы. Так же ведут слежение за развитием политических событий и военными действиями в горячих точках планеты. Исходные данные для оперативного картографирования - это аэро- и космические снимки, непосредственные наблюдения и замеры, статистические материалы, результаты опросов, переписей, референдумов и др. Огромные возможности и порой неожиданные эффекты дают картографические анимации. Модули анимационных программ способны перемещать карты или трехмерные диаграммы по экрану, менять скорость демонстрации, передвигать отдельные знаки, заставлять их мигать и вибрировать, менять окраску и освещенность карты, «подсвечивать» или «затенять» отдельные участки изображения и т. п. Например, на карте меняется цвет районов, подверженных опасности: «безопасная» голубоватая окраска постепенно переходит в розоватую, а потом в ярко-красную, пунцовую, что означает: опасно, возможен сход лавин! Совершенно необычные для картографии эффекты создают панорамы, изменения перспективы, частей изображения (можно делить «наплывы» и удалять объекты), иллюзии движения над картой (выполнять «облет» территории), в том числе с разной скоростью. В обозримом будущем перспективы развития картографии в науках о Земле связываются, прежде всего, и почти целиком с геоинформационным картографированием, когда отпадает необходимость готовить печатные тиражи карт: по запросу можно будет всегда в режиме реального времени получить на экране компьютера изображение изучаемого объекта или явления. Некоторые картографы полагают, что внедрение электронных технологий «означает конец трехсотлетнего периода картографического черчения и издания печатной картографической продукции». Взамен карт и пользователь сможет затребовать и сразу получить все необходимые данные в машиночитаемом или визуализированном виде. И даже само понятие «атлас» предлагается пересмотреть.

Предназначена для сбора, хранения, анализа, графической визуализации пространственных данных.

Определение 1

Говоря языком географии ГИС – это инструменты, которые дают возможность искать, анализировать, редактировать цифровые карты и необходимую дополнительную информацию о каких-либо объектах.

ГИС широко применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и других областях.

По охвату территории ГИС могут быть:

  1. Глобальные;
  2. Субконтинентальные;
  3. Национальные;
  4. Региональные;
  5. Субрегиональные;
  6. Локальные или местные.

Пространственными данными являются такие, которые описывают местоположение объектов в пространстве, а ГИС дают возможность добавлять, удалять, обновлять, запрашивать, просматривать, анализировать эти данные. Пространственные данные представлены в виде основных форматов – векторной графики и в виде растров.

Определение 2

Растровое изображение – это двумерный массив точек, где каждая точка представлена своим цветом.

Для оформления «подложки» цифровой карты обычно используется растровая графика, а поверх её отображается векторная геометрия. Например, на картах Яндекс можно увидеть огромное количество растров. Пространственной информации можно отображать огромное количество при небольших объемах памяти и это, без сомнения, большой плюс растровых изображений на цифровых картах.

Отрицательным моментом , пожалуй, является то, что при увеличении масштаба отображения, качество изображения на растре значительно снижается. Вполне понятно, что разные масштабы будут использовать растры разного территориального охвата и разрешения. Они будут сменять друг друга, если картинку надо будет увеличить или уменьшить.

Векторная графика . Это не что иное, как геометрия, представленная в виде наборов координат. Само изображение не хранится, под системой визуализации оно формируется «налету» и, независимо от масштаба, имеет высокое качество картинки.

Виды векторных пространственных данных:

  1. Точечная геометрия. Чаще всего это точка на карте определенного цвета. В ряде случаев ГИС заменяют эту точку стрелкой, иконкой, растровым рисунком, векторным символом;
  2. Линейная геометрия. Использование этого вида целесообразно тогда, когда важно показать протяженность и площадь. Такими объектами, как правило, являются дороги, реки, территориальные границы и др.;
  3. Площадная геометрия. Использовать этот вид будут тогда, когда важным является абсолютно всё.

С помощью ГИС можно ответить на следующие вопросы:

  1. Что расположено в таком-то месте;
  2. Где конкретно это находится;
  3. Что изменилось, начиная с какого-либо времени;
  4. Какие пространственные структуры существуют;
  5. Что произойдет, например, если добавить новую дорогу, т.е. моделирование.

Задачи, которые решает ГИС

Географическая геоинформационная система общего назначения выполняет в основном пять задач с данными – ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Задача ввода . Чтобы ввести данные в ГИС они должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования называется оцифровкой и может быть автоматизирован с применением сканерной технологии.

Задача манипулирования может возникнуть тогда, когда имеющиеся данные конкретного проекта необходимо дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями системы. Например, географическая информация имеет разные масштабы – линии улиц в одном масштабе, границы округов – в другом, а жилые объекты в третьем масштабе. Понятно, что гораздо удобнее работать с информацией, когда она находится в одном масштабе и одинаковой картографической проекции. В связи с этим ГИС-технологии предоставляют разные способы манипулирования пространственными данными.

Задача управления хорошо просматривается, когда географическая информация небольших проектов хранится в виде обычных файлов. Если объем информации и число пользователей увеличить, тогда для хранения, структурирования и управления данными гораздо эффективнее использовать систему управления базами данных (СУДБ). Наиболее удобной является реляционная структура, хранящая данные в табличной форме. Данный подход гибок и широко используется.

Запрос и анализ . ГИС дает возможность получать ответы не только на простые вопросы, например, кто владелец данного земельного участка? но и на сложные, требующие дополнительного анализа. Запросы создаются щелчком мыши на определенный объект или через развитые аналитические средства. Чтобы сделать анализ близости объектов по отношению друг к другу, применяется процесс буферизации.

Визуализация. Результат в виде карты или графика для многих типов пространственных операций является конечным. Наиболее эффективным и информативным способом хранения, представления, передачи географической информации всегда была карта. Если карты создавались на протяжении столетий, то сегодня, с помощью ГИС появились новые инструменты, расширяющие и развивающие картографию. Визуализация дает возможность быстро и легко дополнить карты отчетными документами, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями.

Перспективы развития ГИС-технологий

Замечание 1

В ходе реализации программы по обеспечению населения России информацией ГИС-технологии должны модернизироваться и совершенствоваться. С этой целью Министерство РФ по связи и информации сделало заказ компании AYAXI в $ 2002$ г. на разработку дизайна и системы интернет-сайтов Федеральной целевой программы «Электронная Россия на $2002$-$2010$ гг.» В соответствии с положениями Окинавской хартии глобального информационного общества Президент России в $2000$ г. подписал «Концепцию формирования и развития единого информационного пространства России и государственных информационных ресурсов».

Развитие идет в два этапа:

  1. Первый этап связан с созданием электронного представительства ФЦП «Электронная Россия» в интернет и наполнением сайтов социально значимой информацией.
  2. Второй этап связан с реорганизацией сайтов в интерактивный портал.

Принципы портала:

  1. Устраняются все административные барьеры при внедрении информационно-коммуникативных технологий, отвечающих интересам безопасности государства;
  2. Обязательная открытость концепций для обсуждения целей и задач программ заинтересованными сторонами;
  3. Невозможность дублирования работ, которые реализуются в рамках других программ;
  4. Максимальная экономия денежных средств в бюджетах всех уровней и сниженная финансовая нагрузка;
  5. Публикуемые информационные материалы должны формировать общественное мнение по поддержке мероприятий, выполняемых в рамках ФЦП «Электронная Россия»;
  6. Информационные материалы должны отражать официальную позицию органов исполнительной власти.

Современное компьютерное общество имеет одну очень важную тенденцию, которая связана с переходом в сетевую среду передачи информации. Малые и средние компании объединяют свои компьютеры в сеть. Здесь есть как преимущества, так и новые проблемы.

Главная проблема заключается в совместном доступе к данным и защита информации от несанкционированного доступа. В ходе разработки персонального компьютера по разделению доступа к данным закладывались определенные возможности, и блокировка осуществлялась на уровне файлов. При модификации файла оператором, все остальные могут его только просматривать и не более. В развитых странах, например, все системы земельного кадастра для населения, являются доступными. В пределах России тоже происходит формирование единой информационной сети объектов недвижимого имущества. Это не противоречит закону об информации и является важным моментом для контроля со стороны общественности за рынком недвижимости. Сегодня для ГИС приоритетным становится ориентация на массового непрофессионального пользователя.

13.1. ПОНЯТИЯ О ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

В конце XX в. благодаря активной автоматизации и компьютеризации картография стала держательницей и распорядительницей огромных массивов информации о важнейших аспектах существования, взаимодействия и функционирования природы и общества. Информатизация проникла во все сферы науки и практики - от школьного образования до высокой государственной политики.
В науках о Земле на базе информационных технологий созданы географические информационные системы (ГИС) - особые системы сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах.
Пространственные данные (географические данные, геоданные) - данные о пространственных объектах и их наборах. Пространственные данные составляют основу информационного обеспечения геоинформационных систем. Совокупность пространственных данных, записанных (сохранённых) тем или иным образом, называется пространственной базой данных.
Одна из основных функций ГИС - создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений.
Геоинформационные технологии с большим успехом применяются в отраслях:

  • добычи полезных ископаемых - мониторинг горных предприятий, контроль за добычей полезных ископаемых;
  • промышленного производства - проектирование предприятий, проведение расчетов, аудит и мониторинг;
  • строительной индустрии - проектирование коммуникаций;
  • экономике - проведение экспертных оценок, маркетинговое планирование, менеджмент;
  • административном управлении - учет административного подчинения, информационное обеспечение избирательных кампаний, консалтинг, управление территориями;
  • экологии - решение задач при чрезвычайных ситуациях, экологический мониторинг;
  • интернете - интернет-серверы, поиск местонахождения и маршрутизация.

Принято различать следующие территориальные уровни ГИС: глобальные, национальные, региональные, муниципальные и локальные.
ГИС подразделяют и по проблемной ориентации (тематике). Созданы специализированные земельные информационные системы (ЗИС), кадастровые (КИС), экологические (ЭГИС), учебные, морские и многие иные системы. Одни из наиболее распространенных в географии - ГИС ресурсного типа. Они создаются на основе обширных и разнообразных по тематике информационных массивов и предназначены для инвентаризации, оценки, охраны и рационального использования ресурсов, прогноза результатов их эксплуатации.

13.2. ПОДСИСТЕМЫ ГИС

Структуру ГИС обычно представляют как набор информационных слоев (рис. 13.1). К примеру, базовый слой содержит данные о рельефе, затем следуют слои гидрографии, дорожной сети, населенных пунктов, почв, растительного покрова, распространения загрязняющих веществ и т.д. Условно эти слои можно рассматривать в виде «этажерки», на каждой полочке которой хранится карта или цифровая информация по определенной теме.

Рис. 13.1. Принцип расположения информационных слоев в географической информационной системе

В процессе решения поставленных задач слои анализируют по отдельности или совместно в разных комбинациях, выполняют их взаимное наложение (оверлей) и районирование, рассчитывают корреляции и т.п. Скажем, по данным о выборах можно построить слои "явка избирателей по участкам на выборах" и "результаты голосования по определенной партии". Анализируя эти слои можно сделать выводы о работе агитаторов по округам.


Рис. 13.2. Результаты выборов по участкам

При создании ГИС главное внимание всегда уделяют выбору географической основы и базовой карты , которая служит каркасом для последующей привязки, совмещения и координирования всех данных, поступающих в ГИС, для взаимного согласования информационных слоев и последующего анализа с применением оверлея. В зависимости от тематики и проблемной ориентации ГИС в качестве базовых могут быть избраны:

  • карты административно-территориального деления;
  • топографические и общегеографические карты;
  • кадастровые карты и планы;
  • фотокарты и фотопортреты местности;
  • ландшафтные карты;
  • карты природного районирования и схемы природных контуров;
  • карты использования земель.

Возможны и комбинации указанных основ, например ландшафтных карт с топографическими или фотокарт с картами использования земель и т.п. В каждом конкретном случае выбор и дополнительная подготовка базовой карты (например, ее разгрузка или нанесение дополнительной информации) составляют центральную задачу этапа географо-картографического обоснования ГИС.
Сердцевину всякой ГИС составляет автоматизированная картографическая система (АКС) - комплекс приборов и программных средств, обеспечивающих создание и использование карт. АКС состоит из ряда подсистем, важнейшими из которых являются подсистемы ввода , обработки и вывода информации (рис. 13.3).
Подсистема ввода информации - это устройства для преобразования пространственной информации в цифровую форму и ввода ее в память компьютера или в базу данных. Для оцифровки применяют цифрователи (дигитайзеры) и сканеры. С помощью цифрователей на исходной карте прослеживают и обводят контуры и другие обозначения, а в память компьютера при этом поступают текущие координаты этих контуров и линий в цифровой форме. Сам процесс прослеживания оператор выполняет вручную, с чем связаны большая трудоемкость работ и возникновение погрешностей при обводе линий. Сканеры же осуществляют автоматическое считывание информации последовательно по всему полю карты, строка за строкой. Сама карта размещается на планшете или на барабане. Сканирование выполняется быстро и точно, но приходится дополнительно разделять (распознавать) оцифрованные элементы: реки, дороги, другие контуры и т.п. Качественные и количественные характеристики цифруемых объектов, а также статистические данные вводят с клавиатуры компьютера. Вся цифровая информация поступает в базы данных.


Рис. 13.3. Структура ГИС.

Базы данных - упорядоченные массивы данных по какой-либо теме (темам), представленные в цифровой форме, например базы данных о рельефе, населенных пунктах, базы геологической или экологической информации. Формирование баз данных, доступ и работу с ними обеспечивает система управления базами данных (СУБД), которая позволяет быстро находить требуемую информацию и проводить ее дальнейшую обработку. Если базы данных размещены на нескольких компьютерах (например, в разных учреждениях или даже в разных городах и странах), то их называют распределенными базами данных . Это удобно, так как каждая организация формирует свой массив, следит за ним и поддерживает на уровне современности. Совокупности баз данных и средств управления ими образуют банки данных . Распределенные базы и банки данных соединяют компьютерными сетями , и доступ к ним (запросы, поиск, чтение, обновление) осуществляется под единым управлением.
Подсистема обработки информации состоит из самого компьютера, системы управления и программного обеспечения. Созданы сотни разнообразных специализированных программ (пакетов программ), которые позволяют выбирать нужную проекцию, приемы генерализации и способы изображения, строить карты, совмещать их друг с другом, визуализировать и выводить на печать. Программные комплексы способны выполнять и более сложные работы: проводить анализ территории, дешифрировать снимки и классифицировать картографируемые объекты, моделировать процессы, сопоставлять, оценивать альтернативные варианты и выбирать оптимальный путь решения. А современные «интеллектуальные» программы моделируют даже некоторые процессы человеческого мышления.
Большая часть подсистем обработки информации работают в диалоговом (интерактивном) режиме, в ходе которого идет непосредственный двусторонний обмен информацией между картографом и компьютером.
Подсистема вывода (выдачи) информации - комплекс устройств для визуализации обработанной информации в картографической форме. Это экраны (дисплеи), печатающие устройства (принтеры) различной конструкции, чертежные автоматы (плоттеры) и др. С их помощью быстро выводят результаты картографирования и варианты решений в той форме, которая удобна пользователю. Это могут быть не только карты, но и тексты, графики, трехмерные модели, таблицы, однако если речь идет о пространственной информации, то чаще всего она дается в картографической форме, наиболее привычной и легко обозримой.
Все подсистемы, входящие в автоматические картографические системы, входят также и в ГИС. В состав картографической ГИС производственного назначения включают еще и подсистему издания карт , которая позволяет изготовлять печатные формы и печатать тиражи карт. Если тираж небольшой, что обычно при выполнении научных исследований, то используют настольные картографические издательские системы.
ГИС, ориентированные на работу с аэрокосмической информацией, включают специализированную подсистему обработки изображений. В этом случае программное обеспечение позволяет выполнять различные операции со снимками: проводить их коррекцию, преобразование, улучшение, автоматическое распознавание и дешифрирование, классификацию и др.
Особую подсистему в высокоразвитых ГИС может составлять база знаний, т.е. совокупность формализованных знаний, логических правил и программных средств для решения задач определенного типа (например, для проведения границ или районирования территории). Базы знаний помогают диагностировать состояние геосистем, предлагать варианты решения проблемных ситуаций, давать прогноз развития. Можно считать, что в базах знаний реализуются некоторые принципы функционирования искусственного интеллекта.

13.3. ГЕОИНФОРМАТИКА - НАУКА, ТЕХНОЛОГИЯ, ПРОИЗВОДСТВО

Геоинформатика существует в трех ипостасях как наука, техника и производство, и это достаточно типичная ситуация в условиях научно-технического прогресса, сближающего науку и производство. Это триединство является одним из факторов, сближающим картографию и геоинформатику.
Геоинформатика как научная дисциплина изучает природные и социально-экономические геосистемы посредством компьютерного моделирования на основе баз данных и баз знаний.
Вместе с картографией и другими науками о Земле геоинформатика исследует процессы и явления, происходящие в геосистемах, но пользуется для этого своими средствами и методами. Главными из них являются компьютерное моделирование и геоинформационное картографирование .
Основные цели геоинформатики как науки - это управление геосистемами в широком понимании, включая их инвентаризацию, оценку, прогнозирование, оптимизацию и т.п. Для картографии особенно важны заложенный в геоинформатике комплексный подход к изучаемым явлениям и ее проблемная ориентация. В структуре геоинформатики различают такие разделы, как теория геосистемного моделирования, методы пространственного анализа и прикладная геоинформатика.
Но с другой стороны, геоинформатика - это технология сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированных данных. ГИС-технологии обеспечивают анализ геоинформации и принятие решений.
Наконец, геоинформатика как производство (геоинформационная индустрия) - это изготовление аппаратуры, создание коммерческих программных продуктов и ГИС-оболочек, баз данных, систем управления, компьютерных систем. К этой сфере примыкают формирование ГИС-инфраструктуры и организация маркетинга.
Картография и геоинформатика взаимодействуют по многим направлениям. Они объединены организационно, поскольку государственные картографические службы и частные фирмы занимаются одновременно и геоинформационной деятельностью. Сформировалось особое направление высшего геоинформационно-картографического образования.
Единство двух отраслей науки и техники определяется следующими факторами:
♦ общегеографические и тематические карты - главный источник пространственной информации о природе, хозяйстве, социальной сфере, экологической обстановке;
♦ системы координат и разграфка, принятые в картографии, служат основой для географической локализации всех данных в ГИС;
♦ карты - основное средство интерпретации и организации данных дистанционного зондирования и любой другой информации, поступающей, обрабатываемой и хранимой в ГИС;
♦ геоинформационные технологии, используемые для изучения пространственно-временной структуры, связей и динамики геосистем, в основном опираются на методы картографического анализа и математико-картографического моделирования;
♦ картографические изображения - самая целесообразная форма представления геоинформации потребителям, а составление карт - одна из основных функций ГИС.

13.4. ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ

Геоинформационное картографирование - это автоматизированное создание и использование карт на основе ГИС и баз картографических данных и знаний. Суть геоинформационного картографирования составляет информационно-картографическое моделирование геосистем.
Геоинформационное картографирование может быть отраслевым и комплексным, аналитическим и синтетическим. В соответствии с принятыми классификациями выделяют виды и типы картографирования (например, социально-экономическое, экологическое или инвентаризационное, оценочное геоинформационное картографирование и т.п.).
Данное направление сформировалось не вдруг и не на пустом месте. Оно интегрировало ряд отраслей картографии, подняв их на более высокий технологический уровень. Его истоки прослеживаются в комплексном, потом в синтетическом и оценочно-прогнозном картографировании. Следующим шагом стало развитие системного картографирования, при котором внимание сосредоточивается на целостном отображении геосистем и их элементов (подгеосистем), иерархии, взаимосвязей, динамики, функционирования. Это потребовало основательной опоры на математические методы и автоматизированные технологии, а отсюда был уже один шаг до создания автоматических картографических систем и ГИС. Иначе говоря, геоинформационное картографирование возникло и развивается как прямое продолжение комплексного, синтетического и далее - системного картографирования в новой геоинформационной среде.
Среди характерных черт этого вида картографирования наиболее важны следующие:
♦ высокая степень автоматизации, опора на базы цифровых картографических данных и базы географических (геологических, экологических и др.) знаний;
♦ системный подход к отображению и анализу геосистем;
♦ интерактивность картографирования, тесное сочетание методов создания и использования карт;
♦ оперативность, приближающаяся к реальному времени, в том числе с широким использованием данных дистанционного зондирования;
♦ многовариантность, допускающая разностороннюю оценку ситуаций и спектр альтернативных решений;
♦ многосредность (мультимедийность), позволяющая сочетать иконические, текстовые, звуковые отображения;
♦ применение компьютерного дизайна и новых графических изобразительных средств;
♦ создание изображений новых видов и типов (электронные карты, 3-мерные компьютерные модели и анимации и др.);
♦ преимущественно проблемно-практическая ориентация картографирования, нацеленная на обеспечение принятия решений.
Геоинформационное картографирование - программно-управляемое картографирование. Оно аккумулирует достижения дистанционного зондирования, космического картографирования, картографического метода исследования и математико-картографического моделирования.
В своем развитии геоинформационное картографирование использует опыт комплексных географических исследований и системного тематического картографирования. Благодаря этому в конце XX в. геоинформационное картографирование стало одним из магистральных направлений развития картографической науки и производства.

13.5. ОПЕРАТИВНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ

Оперативное картографирование - одна из ветвей геоинформационного картографирования, суть его составляют создание и использование карт в реальном или близком к реальному масштабах времени с целью быстрого (своевременного) информирования пользователей и воздействия на ход процесса.
Реальный масштаб времени характеризует скорость создания - использования карт, т.е. темп, обеспечивающий немедленную обработку поступающей информации, ее картографическую визуализацию для оценки, мониторинга и контроля каких-либо процессов и явлений, изменяющихся в том же темпе.
В практических ситуациях оперативное изготовление картографических произведений и доставка их потребителям становятся важным и даже решающим условием выполнения задачи. Оперативные карты предназначены для решения широкого спектра проблем, и прежде всего для предупреждения (сигнализации) о неблагоприятных или опасных процессах, слежения за их развитием, составления рекомендаций и прогнозов, выбора вариантов контроля, стабилизации или изменения хода процесса в самых разных сферах - от экологических ситуаций до политических событий.
Следует различать оперативные карты двух типов: одни рассчитаны на долговременное последующее использование и анализ (например, карты итогов голосования избирателей), а другие - на кратковременное применение для незамедлительной оценки какой-либо ситуации (например, карты стадий созревания сельскохозяйственных посевов).
Исходными данными для оперативного картографирования служат материалы аэрокосмической съемки, непосредственные наблюдения и замеры, статистические данные, результаты опросов, переписей, референдумов, кадастровая информация. А эффективность оперативного картографирования определяется тремя факторами:

  • надежностью автоматической системы, скоростью ввода и обработки данных, удобством доступа к базам данных;
  • хорошей читаемостью самих оперативных карт, простотой их внешнего оформления, что обеспечивает эффективное зрительное восприятие в условиях оперативного анализа ситуаций;
  • оперативностью распространения карт и доставки их потребителям, в том числе с использованием для этого телекоммуникационных сетей.

Оперативное отображение состояния и изменения явлений теснейшим образом связано с автоматизированным изготовлением динамических карт . Они позволяют отразить не только структуру, но и существо явлений и процессов, происходящих в земной коре, атмосфере, гидросфере, биосфере и, что еще более важно, в зонах их контакта и взаимодействия. Динамическое картографирование, кроме того, является самым эффективным средством визуализации результатов мониторинга.

13.6. КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ АНИМАЦИИ

В традиционной картографии известны три способа отображения динамики явлений и процессов, их возникновения, развития, изменений во времени и перемещения в пространстве:

  • показ динамики на одной карте с помощью стрелок или лент движения, «нарастающих» знаков и диаграмм, расширяющихся ареалов, изолиний скоростей изменения явлений и т.п.;
  • показ динамики с помощью серий разновременных карт, снимков, фотокарт, блок-диаграмм и др., фиксирующих состояния объектов в разные моменты (периоды) времени;
  • составление карт изменения состояний явления, когда показывается не сама динамика, а лишь результаты происшедших изменений (ареалы изменений).

Геоинформационное картографирование существенно расширяет возможности отображения динамики геосистем, вводя в практику картографические анимации (мультипликации) - особые динамические последовательности карт-кадров, создающие при демонстрации эффект движения. Анимации прочно вошли в повседневную жизнь, они стали столь же привычными, как космические снимки и электронные карты. Хорошо известным примером могут служить телевизионные карты прогноза погоды, на которых видны перемещения фронтов, областей высокого и низкого давления, атмосферные осадки.
Разработано множество технологий и методик получения движущихся изображений. Созданы особые компьютерные программы, которые содержат модули, обеспечивающие самые разные варианты и комбинации картографических анимаций:

  • перемещение всей карты по экрану;
  • мультипликационные последовательности карт-кадров или 3-мерных изображений;
  • изменение скорости демонстрации, покадровый просмотр, возврат к избранному кадру, обратная последовательность;
  • перемещение отдельных элементов содержания (объектов, знаков) по карте;
  • изменение вида элементов содержания (объектов, знаков), их размеров, ориентации, мигание знаков и др.;
  • варьирование окраски (пульсация и дефилирование), изменение интенсивности, создание эффекта вибрации цвета;
  • 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.

Анимации можно демонстрировать с нормальной (24 кадра в секунду), ускоренной или замедленной скоростью. Отсюда возникают совершенно новые для картографии проблемы временной генерализации, выбора изобразительных средств, изучения принципов восприятия читателями движущихся карт и т.п.
Динамические изображения добавляют традиционным статичным картам столь необходимый исследователям временной аспект. В связи с этим оправдано введение понятия масштаба времени (или временного масштаба). В определенном смысле можно говорить о медленно-, средне- и быстромасштабных изображениях. Например, одна секунда демонстрации анимационной карты соответствует (округленно) одним суткам или в одной секунде - один месяц.

13.7. 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. 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 многообразны. 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, 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 мультиуровневая 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- и 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.

13.8. 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, 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;
  • аналитические и синтетические слои по конкретной тематике;
  • оперативно обновляемые тематические слои.

Все они могут входить в содержание разных карт атласа, скажем, базовый слой «геологическое строение» можно использовать не только для собственно геологической карты, но с той или иной генерализацией - для карт полезных ископаемых, гидрогеологической, инженерно-геологической, геоэкологической и др. Комбинирование слоев существенно упрощает трудоемкие процессы составления и взаимного согласования карт.
В большинстве стран созданы национальные электронные атласы. Как правило, они базируются на многотомных бумажных атласах. Однако электронные атласы не всегда повторяют свои бумажные прототипы именно в силу текущего обновления карт, появления новых сюжетов и даже частичного изменения структуры.
Впервые в истории украинского государства создан Национальный атлас Украины - картографическое произведение энциклопедического уровня. В Атласе отражен весь спектр знаний об современной территории Украины. Электронная версия сочетает в себе традиционные картографические подходы и современные геоинформационные технологии, которые призваны отражать всестороннюю информацию об истории, природных, социальных и экологических особенностях Украины начала XXI века.
Электронная версия Национального атласа Украины рассчитана на широкий круг пользователей. Массу полезной информации для себя найдут все: от школьников и студентов до специалистов-географов. Возможности работы с электронной версией зависят только от навыков и заинтересованности пользователей.
Атлас содержит 875 уникальных карт, которые созданы на базе новейших знаний и статистической информации, а также тексты, графики и фотографии. Он органично объединяет шесть тематических блоков.
Общая характеристика . Информация о геополитическое положение Украины, ее физико-географические условия и административное устройство, место в европейском и мировом природно-ресурсном, экономическом и демографическом потенциале.
История . Информация об основных этапах истории украинского народа и государства.
Природные условия и природные ресурсы . Информация об особенностях и качества природных условий страны, наличие и количество природных ресурсов.
Население . Информация о численности, размещении и движении населения, структура расселения, национальный состав, особенности демографического, социально-экономического и гуманитарного развития.
Экономика . Информация, отражающая уровень развития производительных сил Украины, структуру, специализацию и территориальную организацию хозяйства и общие тенденции трансформации экономики.
Экологическое состояние окружающей среды . Карты отражают комплексную оценку состояния и уровня загрязнения окружающей среды и отдельных компонентов природы, систему мониторинга, природно-заповедный фонд и другие охраняемые территории.
Электронная версия Национального атласа Украины - это уникальное собрание на одном диске большой информации об Украине, была подготовлена под руководством ведущих специалистов в своей области. Удобный интерфейс и простота в использовании являются залогом того, что вы легко найдете необходимую информацию.

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.

Похожие публикации: