Геоинформационные системы. Векторные и растровые ГИС. Программные средства ГИС. Применение ГИС.

 

 

Векторные и растровые ГИС.

В растровых ГИС используется растровая модель данных. В векторных ГИС используется векторная модель данных. Помимо этого существуют отдельные программные продукты позволяющие переводить растровые изображения в векторные данные. Однако существует класс ГИС систем, который объединяет обе модели данных, так называемые векторно-растровые ГИС.

 

Программные средства ГИС.

В настоящее время в мире существует множество ГИС, относящихся к разряду полнофункциональных, то есть имеющих основные функции ГИС для создания, визуализации и анализа карт.

Наиболее мощными в мире являются ГИС американского производ­ства: ArcGIS, MapInfo, Autodesk Мар, GeoMedia, ERDAS Imagine.

Среди отечественных разработок можно отметить IndorGIS, Гео­Граф, Карта-2000, ИнГео, ПАРК и пр.

По общему набору функций отечественные разработки заметно ус­тупают западным, тем не менее, многие из них имеют ряд достоинств, по­зволяющих им успешно распространяться на российском рынке. Во-пер­вых, это существенно меньшая цена и, во-вторых, соответствие россий­ским отраслевым нормам и правилам.

Практически все современные полнофункциональные ГИС работают под управлением операционной системы (ОС) Windows, и только некото­рые - на других платформах: в MS-DOS и на различных Unix клонах. В настоящее время большинство производителей ГИС прекратило производ­ство ГИС для MS-DOS и Unix. Это связано с тем, что MS-DOS уже устаре­ла, а Unix использовался раньше только из-за того, что под его управлени­ем работали самые мощные компьютеры в мире - рабочие станции, и только они были способны обрабатывать большие массивы пространст­венных данных, характерных для ГИС. В настоящее время обычные пер­сональные компьютеры обладают достаточными для ГИС мощностями, а поэтому почти все современные ГИС ориентированы на ОС Windows.

Большинство современных ГИС имеет модульную архитектуру. ГИС имеет некоторое ядро, обеспечивающее только минимальную функцио­нальность (отображение карт, поддержку основных моделей данных, неко­торые функции пространственного анализа) и предоставляющее возмож­ности по расширению функций, подключая дополнительные модули. В ка­честве программного интерфейса для подключения модулей обычно ис­пользуется технология ActiveX.

В табл. 7.1 приведены основные функциональные возможности наи­более распространённых в России зарубежных и отечественных ГИС. Ка­ждая ГИС рассматривалась в максимальной комплектации, предлагаемой производителем к продаже, то есть со всеми дополнительными модулями.

 

Применение ГИС.

Виды ГИС и сферы их применения:

1. Справочные ГИС

2. Навигационные ГИС

3. Диспетчерские ГИС

4. ГИС и бизнес

5. ГИС и органы власти

6. ГИС и градостроительный кадастр

7. ГИС и планирование развития городов и регионов

8. ГИС и инженерные сети

9. ГИС и дорожное хозяйство

10. ГИС и железнодорожный транспорт

11. ГИС и сельское хозяйство

12. ГИС и лесное хозяйство

13. ГИС и недропользование

14. ГИС и ЭКОЛОГИЯ

15. ГИС и оборона

16. ГИС и образование

Рассмотрим их подробнее.

Справочные ГИС

В настоящее время геоинформационные технологии широко приме­няются в самых различных областях деятельности человека.

Одной из наиболее простых и интуитивно понятных для обычного человека областей применения геоинформационных технологий являются справочные ГИС, к функциям которых относятся:

·Просмотр карты на экране компьютера и распечатка её фрагмен­тов на принтере.

·Получение информации по указанным мышкой на карте объектам.

·Поиск объектов (зданий, предприятий, улиц) на карте по имени, адресу или иному параметру.

·Измерение расстояний и площадей.

В настоящее время справочные ГИС, как правило, распространяются бесплатно для пользователя. Источником дохода для их производителей является прямая или косвенная реклама фирм, размещаемая иногда прямо на карте.

 

Рис. 8.1. Справочная ГИС Дубль-ГИС для Томска

 

С точки зрения программной технологии справочные ГИС обычно реализуются: 1) как отдельное приложение или 2) как страница в Интерне­те. В первом случае приложение можно скачать из Интернета, установить у себя на компьютере и бесплатно использовать. В настоящее время для большинства крупных городов России уже появились такие справочные ГИС, внешний вид одной из множества которых приведён на рис. 8.1.

На втором случае стоит остановиться особо. Для создания и публи­кации карт в Интернете в настоящее время все ведущие производители ГИС предлагают свои собственные инструменты, наиболее известными из которых являются ArcIMS (ESRI, США), Autodesk MapGuide (Autodesk, США) и MapXtгeme (MapInfo, США). На рис. 8.2 приведён пример карты Москвы, доступной через браузер Интернета на сайте компании Rambler (http://nakarte.rambler.ru/moscow). Эта карта работает на основе картогра­фического сервера Internet Atlas российской компании NetLogic.

 

Рис. 8.2. Карта Москвы на сайте компании Rambler

Навигационные ГИС

Основным назначением такой навигационной системы является отображение на экране компьюте­ра текущего положения в пространстве, получаемого с приёмника GPS, и прокладка маршрута с выдачей рекомендаций по выполнению маневров.

Однако только функциями навигации НС не ограничиваются. Во многих из них имеются функции нанесения на существующие карты соб­ственных объектов: можно запомнить некоторые точки на местности, тра­екторию движения пользователя и пр.

В городских условиях (вблизи высоких домов, в тоннелях, под мос­тами) сигнал со спутника GPS может иногда пропадать, а поэтому навига­ционная система может перестать работать. Для устранения таких времен­ных провалов связи со спутником навигационные системы иногда допол­няются гироскопами и датчиками ускорения. Кроме того, в настоящее время готовятся к массовому выходу на рынок навигационные системы, использующие вместо GPS сети базовых станций мобильных телефонных сетей и Wi-Fi-сети.

Навигационные системы бывают нескольких видов:

1. Персональные навигационные системы. В их основе лежит кар­манный (pocket) или наладонный (handheld) персональный компьютер, ко­торый человек может носить в своём кармане.

2. Автомобильные навигационные системы (АНС). Сейчас уже поч­ти все ведущие мировые производители автомобилей и многие независи­мые фирмы предлагают различные автомобильные навигационные системы, которые работают на штатных бортовых или дополнитель­ных компьютерах.

3. Морские навигационные системы. Для морских перевозок навига­ционная система ещё проще автомобильной - в её функции входит только отображение на электронной карте текущего положения судна на основа­нии данных GPS.

4. Авиационные навигационные системы (четырёхмерные системы сопровождения полёта - четырёхмерные, так как учитывается движение во времени в трёхмерном пространстве). В настоящее время практически на всех современных моделях самолётов обычные механические индика­торы (высоты, курса, тангажа, крена и пр.) заменены на компьютерные дисплеи. Кроме того, теперь самолёты оснащаются приборами спутнико­вой навигации, благодаря которым появляется возможность отображать на электронной карте бортового компьютера положения самолёта в простран­стве. При этом термин «ГИС» для отображения карт производителями авионики не употребляется, хотя именно такой системой фактически и яв­ляются соответствующие программные продукты.
На рис. 8.3 показана типичная кабина современного самолёта с двумя основными дисплеями, на одном из которых показывается ориента­ция самолёта в пространстве (высота, курс, тангаж, крен, горизонтальная и вертикальная скорости), а на другом - навигационная карта с положением самолёта на ней.

 

Рис. 8.3. Кабина современного самолёта со встроенными навигационными системами (слева - дисплей с параметрами полёта, справа - с навигационной картой)

 

Диспетчерские ГИС

Диспетчерские ГИС предназначены для автоматизации работы дис­петчера, управляющего движением разнообразных транспортных средств. Прежде всего, такие ГИС позволяют:

1) контролировать в режиме реального времени фактическое пере­мещение транспортных средств, оснащённых навигационным оборудова­нием;

2) планировать оптимальные маршруты передвижения транспортных средств;

3) проводить анализ и накапливать статистику использования транс­портных средств.

Диспетчерская система состоит из центрального диспетчерского пункта, абонентского оборудования автомобилей, а также системы связи и обмена данными (рис. 8.4).

Абонентское оборудование автомобилей состоит из приёмника GPS и приемопередатчика для передачи координат с GPS в диспетчерский центр и получения оттуда управляющих команд для водителя.

Система связи и передачи данных в городских условиях в настоящее время обычно базируется на местной сотовой сети связи. Передача выпол­няется с помощью: 1) модема, 2) SМS-сообщений или 3) специального ре­жима работы сотовых сетей для передачи данных, например с помощью сервиса GPRS в сетях стандарта GSM, используемого в России.

 

Рис. 8.4. Общая структурная схема транспортной диспетчерской системы

ГИС и бизнес

Геоинформационные системы могут быть полезны не только для тех видов деятельности, которые напрямую связаны с большими пространст­венными объектами и явлениями (транспортом, инженерными сетями, ка­дастром), но и для многих других. Это обусловлено тем, что потребителя­ми результатов деятельности любого бизнеса, впрочем, как и его постав­щики, являются фирмы и люди, которые каким-то образом распределены по поверхности Земли. Именно учёт этих пространственных аспектов (при проведении маркетинговых исследований, планировании бизнеса и управ­лении его деятельностью) позволяет в ряде случаев существенно повысить эффективность ведения бизнеса.

Рассмотрим некоторые из областей применения ГИС для бизнеса.

Демографический анализ. Демографический анализ является одной из основ для принятия решений во многих сферах человеческой деятель­ности, в том числе и в бизнесе. Демографические сведения (информация о текущих и перспективных нуждах и возможностях клиентов) важны для анализа потенциальных клиентов, проживающих на конкретной террито­рии; при выборе площадок для строительства магазинов, предприятий, пунктов обслуживания; при выполнении маркетинговых исследований и проведении рекламных кампаний.

С помощью геоинформационных систем можно создать тематиче­ские карты, на которых возможно отображение информации о возрастном составе, среднедушевом доходе населения, структуре расходов, предпоч­тениях при покупках и т.д. При этом, визуально совмещая эту информа­цию с другими пространственными данными, можно увидеть закономер­ности и тенденции, совсем не очевидные при простом просмотре обычных таблиц с этими данными.

Выбор и анализ местоположений. ГИС предоставляет удобные средства для выбора подходящих мест для размещения новых магазинов, пунктов обслуживания, сервисных центров, складов, заводов.

Выбрав тот или иной вариант размещения объектов, с помощью ГИС можно провести детальный его анализ. Например, на рис. 8.5 приведен пример анализа зон обслуживания сети магазинов в г. Сан-Диего (США). Сопоставив в ГИС эти зоны с демографическими сведениями, можно по­лучить потенциальное количество клиентов, проживающих в этих зонах, средний уровень их доходов и пр.

Уличная реклама. С помощью ГИС можно оптимизировать выбор мест размещения уличных рекламных щитов. Выбрав некоторый вариант размещения щитов на магистралях города, можно проанализировать, какое количество жителей города будет охвачено этой рекламой и не будет ли происходить ненужное её дублирование вдоль некоторых маршрутов дви­жения автомобилей и недостаток вдоль других. Для этого необходимы сведения о маршрутах движения автомобилей в городе и демографические сведения о людях, перемещающихся по этим маршрутам. Типовые мар­шруты движения индивидуальных автомобилей и их количество в городе обычно вычисляются на основе демографических сведений с помощью гравитационной модели корреспонденций между транспортными района­ми города.

 

Рис. 8.5. Анализ зон обслуживания магазинов (вложенными полигонами показаны области доступности магазинов в пределах 1,2 и 3 минут)

 

Логистические ГИС предназначены для решения задач транспортной логистики, наглядно представляя на электронных картах пространственное размещение клиентов и предлагая инструменты для оптимизации маршру­тов перемещения транспортных средств, для минимизации издержек при доставке товаров и услуг.

Кроме того, некоторые современные логистические ГИС обладают функциями диспетчерских систем, позволяя в реальном режиме времени отслеживать маршруты перемещения транспортных средств с товарами и услугами и оперативно корректировать маршруты и объёмы перевозимого товара.

 

Одним из типичных представителей такого рода ГИС является про­дукт ArcLogistics компании ESRI. На рис. 8.6 показан внешний вид этого продукта на примере оптовой компании, снабжающей своих клиентов (ма­газины) продуктами питания.

В левой части окна перечислены все запланированные рабочие дни каждого водителя. В центре окна для выбранного слева водителя указыва­ется маршрут движения - все пункты назначения. В правой части на карте условно отображаются все магазины, которые должны быть обслужены с различных складов. В нижней части окна отображается диаграмма исполь­зования рабочего времени водителями грузовиков.

 

Рис. 8.6. Логистическая ГИС ArcLogistics Route компании ESRI

 

ГИС и органы власти

Одной из важнейших задач правительств любого уровня власти яв­ляется создание надлежащей инфраструктуры для устойчивого развития территории и обеспечения достойного уровня проживания людей. Важ­нейшим элементом этой инфраструктуры является единое информацион­ное пространство страны, включающее множество единых базовых ин­формационных ресурсов, в том числе реестр населения, реестр юридиче­ских лиц и единую картографическую основу - «единую инфраструктуру пространственных данных».

Любая международная или национальная инфраструктура простран­ственных данных содержит три основные составляющие:

1) базовые пространственные данные (широкодоступные цифровые картографические основы общего пользования), регулярно обновляемые различными государственными и частными структурами;

2)стандарты представления и обмена пространственными данными;

3)базы метаданных (каталоги существующих данных).

Приведём укрупнённый перечень основных областей применения ГИС в органах власти:

·Социально-экономическая сфера.

·Экономика и финансы.

·Экология, ресурсы и природопользование.

·Транспорт, энергетика и связь.

·Коммунальное хозяйство и строительство.

·Сельское хозяйство.

·Здравоохранение, образование, наука и культура.

·Общественный порядок, оборона и безопасность.

·Социально-политическая деятельность.