Лекция 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

1. Понятие ГИС. 2.Обобщенные функции ГИС. 3. Принципы функционирования ГИС.

4. Источники данных и их типы 5. Классификация ГИС 6.Структура ГИС

 

1. Понятие ГИС.

С каждым годом информационные потребности человека затрагивают все новые сферы его деятельности. Со временем значительная часть информации быстро меняется, поэтому все труднее становится ее использование в традиционном бумажном виде для принятия управленческих решений, в том числе и в области Государственного земельного кадастра и управления земельными ресурсами. Быстроту получения информации и ее актуальность может гарантировать только автоматизированная система. Поэтому возникла необходимость создания такой системы, имеющей большое количество графических и тематических баз данных и соединенной с модельными расчетными функциями для преобразования данных в пространственную информацию и последующего принятия управленческих решений. К таким системам можно отнести и ГИС.

Географическая информационная система или геоинформационная система (ГИС) - это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, анализ и отображение пространственных данных и связанных с ними непространственных, а также получение на их основе информации и знаний о географическом пространстве.

Геоинформационные технологии - технологическая основа создания географических информационных систем, позволяющая реализовать их функциональные возможности.

Таким образом, основная задача ГИС – формирование знаний о земном шаре, его отдельных территориях, а также обеспечение пространственными данными различных пользователей. Поэтому предметом ГИС является исследование закономерностей информационного обеспечения пользователей, включая принципы построения системы сбора, накопления, обработки, моделирования и анализа пространственных данных, их отображения и использования, доведения до пользователей, формирования технических программных средств, разработки технологии изготовления электронных и цифровых карт, формирования соответствующих организационных структур.

ГИС используют практически во всех отраслях и областях знаний: в навигации, на транспорте и в строительстве, в геологии, географии, военном деле, топографии, экономике, экологии, тематической картографии и др.

Возможность проанализировать географическое расположение большого числа объектов недвижимого имущества, их количественных и качественных характеристик на основе картографического материала позволяет управляющим структурам принимать обоснованные решения по управлению территорией. В картографических данных нуждаются и специалисты, оценивающие и прогнозирующие состояние любой области человеческой деятельности, например рынков сбыта продукции, загрязнения территории и т.п.

Основу ГИС составляют автоматизированные картографические системы, а главными источниками информации служат различные геоизображения.

Ключевыми словами в определении ГИС являются - анализ пространственных данных или пространственный анализ. ГИС может ответить на следующие вопросы:

-Что находится в заданной области?

-Где находится область, удовлетворяющая заданному набору условий?

Современные ГИС расширили использование карт за счет хранения графических данных в виде отдельных тематических слоев, а качественных и количественных характеристик составляющих их объектов в виде баз данных. Такая организация данных при наличии гибких механизмов управления ими, обеспечивает принципиально новые аналитические возможности.

 

2.Обобщенные функции ГИС.

Большинство современных ГИС осуществляют комплексную обработку информации.

Обобщенные функции ГИС-систем:

1. Ввод и редактирование данных;

2. Поддержка моделей пространственных данных;

3. Хранение информации;

4. Преобразование систем координат и трансформация картографических проекций;

5. Растрово-векторные операции;

6. Измерительные операции;

7. Полигональные операции;

8. Операции пространственного анализа;

9. Различные виды пространственного моделирования;

10. Цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей;

11. Вывод результатов в разных формах.

Сущность перечисленных функций будет рассмотрена в дальнейшем.

 

Основные группы задач, для решения которых используют ГИС:

-поиск и рациональное использование природных ресурсов;

-территориальное и отраслевое планирование и управление размещением промышленности, транспорта, сельского хозяйства, энергетики, финансов;

Обеспечение комплексных и отраслевых кадастров;

Мониторинг экологических ситуаций и опасных природных явлений, оценка техногенных воздействий на среду и их последствий, обеспечение экологической безопасности страны и регионов, экологическая экспертиза;

-контроль условий жизни населения, здравоохранение и образование, социальное обслуживание, обеспеченность работой и др.;

-обеспечение деятельности органов законодательной и исполнительной власти, политических партий и движений, средств массовой информации;

-обеспечение деятельности правоохранительных огранов и силовых структур;

-научные исследования и образование;

-картографирование (комплексное и отраслевое): создание тематических карт и атласов, обновление карт, оперативное картографирование.

 

3. Принципы функционирования ГИС.

Функционирование ГИС должно быть основано на применении следующих принципов:

1) Соответствие структуры ГИС, ее тактико-технических характеристик предъявляемым к ней требованиям пользователей.

2) Применение системного подхода при создании и использовании ГИС.

3) Комплексность системы.

4) Эффективность системы.

5) Полнота информационного обеспечения управлением развития территории в процессе эксплуатации системы.

6) Открытость системы.

 

4. Источники данных и их типы

В качестве источников данных для формирования ГИС служат:

- картографические материалы (топографические и общегеографические карты, карты административно-территориального деления, кадастровые планы и др.). Сведения, получаемые с карт, имеют территориальную привязку, поэтому их удобно использовать в качестве базового слоя ГИС. Если нет цифровых карт на исследуемую территорию, тогда графические оригиналы карт преобразуются в цифровой вид.

- данные дистанционного зондирования (ДДЗ) все шире используются для формирования баз данных ГИС. К ДДЗ, прежде всего, относят материалы, получаемые с космических носителей. Для дистанционного зондирования применяют разнообразные технологии получения изображений и передачи их на Землю, носители съемочной аппаратуры (космические аппараты и спутники) размещают на разных орбитах, оснащают разной аппаратурой. Благодаря этому получают снимки, отличающиеся разным уровнем обзорности и детальности отображения объектов природной среды в разных диапазонах спектра (видимый и ближний инфракрасный, тепловой инфракрасный и радиодиапазон). Все это обуславливает широкий спектр экологических задач, решаемых с применением ДДЗ.

К методам дистанционного зондирования относятся и 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 полевых обследований территорий, включают геодезические измерения природных объектов, выполняемые нивелирами, теодолитами, электронными тахеометрами, GPS приемниками, а также результаты обследования территорий с применением геоботанических и других методов, например, исследования по перемещению животных, анализ почв и др.

- статистические данные содержат 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.

 

5. Классификация ГИС

Множество задач, возникающих в жизни, привело к созданию различных ГИС, которые могут классифицироваться по следующим признакам:

По функциональным возможностям:

- мощные универсальные ГИС общего назначения - ГИС, ориентированные на рабочие станции или мощные ПК и сетевую эксплуатацию системы (яркими представителями этого класса являются универсальные ГИС фирм INTERGRAPH, CDS, ESRI);

- настольные (специализированные) ГИС ориентированы на решение конкретной задачи в какой либо предметной области (MapInfo, Atlas GIS и др.);

- информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования (системы фирмы «Хорис», М-City).

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 (более дешевые ГИС).

- открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования). Это более дорогие ГИС, с большим жизненным циклом.

По пространственному (территориальному) охвату:

- 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.

Растровая форма представления данных – представление графический информации (карты, рисунки, фото) в виде матрицы чисел, каждый элемент которой является кодом, характеризующим яркость соответствующего элемента дискретизации изображения карты. Векторная форма – форма представления, в которой информация о месторасположении объектов, их очертаниях дается в виде структурированного набора координат точек объекта.

 

6.Структура ГИС

С точки зрения информатики любую информационную систему можно представить как четырехкомпонентную модель, включающую в себя:

-аппаратное (техническое) обеспечение; программные обеспечение, информационное обеспечение, пользователей системы.

Аппаратные (технические) средства включают платформы, на которых работают ГИС (мощный сервер, рабочая станция или персональный компьютер), а также разнообразное периферийное оборудование – сканеры, дигитайзеры для оцифровки карт, принтеры и плоттеры для печати карт и др.

Рабочая станция или ПК являются ядром любой информационной системы и предназначены для управления работой ГИС и выполнения процессов обработки данных, основанных на вычислительных или логических операциях. Современные ГИС способны оперативно обрабатывать огромные массивы информации и визуализировать результаты.

Программное обеспечение– совокупность программных средств, реализующих функциональные возможности ГИС, и программных документов, необходимых при их эксплуатации.

Программное обеспечение позволяет вводить, сохранять, анализировать и отображать географическую информацию.

Компонентами программного обеспечения являются:

- средства для ввода и манипулирования географическими данными;

- система управления базой данных;

- программные средства, обеспечивающие поддержку запросов, географический анализ и визуализацию информации;

-графический интерфейс пользователя, облегчающий использование программных средств.

Информационное обеспечение - совокупность массивов информации, систем кодирования и классификации информации. Информационное обеспечение составляют реализованные решения по видам, объемам, размещению и формам организации информации, включая поиск и оценку источников данных, набор методов ввода данных, проектирование баз данных, их ведение и сопровождение. 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. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные могут подготавливаться самим пользователем либо приобретаться. Для такого обмена данными важна инфраструктура пространственных данных.

Инфраструктура пространственных данных определяется нормативно-правовыми документами, механизмами организации и интеграции пространственных данных, а также их доступностью разным пользователям.

Модель ГИС, в основу которой положен функциональный принцип включает следующие компоненты: подсистема ввода и преобразования данных; подсистема обработки и анализа данных; подсистема хранения данных; база данных; система управления БД; подсистема вывода данных; подсистема предоставления информации; пользовательский интерфейс.