План: 1. Основные понятия в геоинформатике; 2. Структура и связи геоинформатики; 3. Структура и функции типовой ГИС. Области применения ГИС; 4. Классификация и виды ГИС; 5. Основные этапы создания ГИС.
« информатика » — научное направление, занимающееся изучением законов, методов и способов накапливания, обработки и передачи информации с помощью компьютера и других технических средств; « гео » — географическая, т.е. пространственная, территориальная.
Геоинформатика — специфический раздел информатики, имеющий дело с пространственно привязанной информацией. (Ю.К. Королев) Геоинформатика — это наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию Географических Информационных Систем (ГИС) и по разработке геоинформационных технологий. («Толковый словарь основных терминов. Геоинформатика»)
«гео» означает, что информационная система оперирует информацией об объектах (предметах, явлениях) имеющих пространственную привязку относительно поверхности Земли. По этой причине такие информационные системы иногда называют пространственными информационными системами, при этом возникают такие понятия как пространственный объект и пространственная информация. В литературе также часто можно встретить понятие LIS ( Land Information System ) или ЗИС (земельная информационная система) — это частный случай приложения ГИС в целях земельного кадастра, управления земельными ресурсами, планирования использования земель.
объекты и явления на местности, которые имеют «привязку» к определенной точке в пространстве, т. е. для которых важную роль играет их положение, форма, размеры, взаиморасположение по отношению к другим объектам и явлениям. пространственные объекты
сведения, которые характеризуют местоположение и геометрическое описание объектов в пространстве и относительно друг друга (на местности).
С одной стороны — аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных. Одна из основных функций ГИС — создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других произведений. С другой стороны — программный продукт, в котором реализованы функциональные возможности ГИС.
ГИС — система технических и программных средств, технологического, организационно-методического и информационного обеспечения, предназначенная для сбора, накопления, хранения, обработки, отображения, анализа, представления и распространения информации о пространственных объектах.
Сущность ГИС состоит в том, что они позволяют собирать данные, создавать базы данных (БД), вводить их в компьютерные системы, хранить, обрабатывать и преобразовывать. А потом выдавать по запросам пользователям, чаще всего в картографической форме, либо в виде таблиц, графиков, текстов. ГИС можно рассматривать одновременно как: инструмент научных исследований; технологии; ГИС-индустрию.
Технологическая основа ГИС, позволяющая реализовать функциональные возможности ГИС, - геоинформационные технологии Суть геоинформационных технологий составляет ввод, обработка и вывод пространственных данных, а ее ядро составляют операции пространственного анализа (ПА) и геомоделирования (ГМ).
Пространственный анализ — это группа функций, обеспечивающих анализ размещения, связей и иных пространственных отношений географических объектов. Например: анализ зон видимости-невидимости (артиллеристы), анализ соседства, анализ сетей, анализ цифровой модели рельефа и др. Геомоделирование — (пространственное моделирование) - это исследование каких-либо пространственных явлений, процессов, объектов или отдельных их свойств путем построения и изучения их модели. Например— построение цифровой модели рельефа.
Общая геоинформатика (теоретическая) занимается исследованием и разработкой научных основ, концепций, обобщающим анализом ГИС-технологий и ГИС безотносительно к их прикладному характеру. Общая геоинформатика базируется на теории множеств, общей теории систем, математической логике, структурном и лингвистическом анализе, теории моделирования и построении абстрактных моделей, а также на: геодезии, картографии, геометрии и т.д. части геоинформатики
Прикладная геоинформатика изучает практические методы работы с ГИС и ГИС-технологиями. В этой части информатики представлены научный и технологический аспект. Изучают специализированные системы обработки пространственно-временных данных (ГИС), технологии сбора, обновления, обработки и представления данных (ГИС-технологии). части геоинформатики
Специальная геоинформатика служит основой для дополнительного анализа систем и методов обработки пространственно-временных данных, и оценки качества. Связана с теорией информации, анализом качества информации, вопросами стандартизации, вопросами тестирования информационных средств и продуктов, вопросами защиты информации, вопросами телекоммуникационного обмена, вопросами преобразования видов и форматов данных. части геоинформатики
географические карты — это основной источник пространственной информации для ГИС. системы координат и разграфка, принятые в картографии, служат основой для географической локализации данных ГИС. географические карты — это основной вид информации, поступающий, обрабатываемый и хранимый в ГИС. ГИС-технологии, в основном, опираются на методы картографического анализа и математико-картографического моделирования. картографические изображения — это самая целесообразная форма представления геоинформации потребителям, а составление карт — основная функция ГИС.
объясняет сущность природных и социально-экономических явлений, их происхождение, взаимосвязь и распространение на земной поверхности; имеет давние традиции пространственного анализа, обеспечивает методы для его осуществления, предлагает пространственный взгляд на любое исследование; получает мощный инструментарий для пространственного анализа и все большее количество необходимых достоверных данных для решения своих задач.
в настоящее время основным источником входных данных для ГИС являются карты, которые представляют собой основную форму представления (визуализации) информации в ГИС; компьютерная картография, (называемая также «цифровой» или «автоматизированной» картографией) дает методы цифрового описания картографической информации; получает мощное средство и колоссальные наборы данных для создания всевозможных картографических произведений.
изображения, полученные с самолетов и космических летательных аппаратов, являются главными источниками географических данных; отдешифрированные данные дистанционного зондирования могут быть легко объединены с другими слоями данных в ГИС; многие ГИС имеют для анализа изображений сложные аналитические функции.
обеспечивает высококачественное создание первичных топографических карт по результатам наземной съемки и на их основе создание большого числа тематических карт; обеспечивает высококачественные данные о размерах и форме Земли и других планет, методы определения опорных точек на поверхности Земли, пространственном местоположении границ землепользовании и землевладений, угодий, зданий, дорожной сети, рек и т.п. изучает методы и способы создания базовых карт и планов состояния и использования земель с применением таких средств как GPS ( Global Position System ) и электронных тахеометров;
разрабатывает методы определения положения, размеров и формы объектов на земной поверхности по их фотографическим изображениям, является основополагающим звеном в общей технологической схеме цифровой обработки аэро- и космических фотоснимков.
автоматизированное проектирование (САПР) оказало влияние на методы ввода, визуализации и представления данных, особенно для трехмерных объектов; достижения компьютерной графики (технические средства и программное обеспечение) используются при обработке и демонстрации графических объектов, заимствуются и методы визуализации, включая мультимедийные средства; системы управления базами данных (СУБД) дают методы представления данных в цифровой форме, процедуры создания систем и обработки больших объемов данных, в частности обеспечение доступа, хранения и обновления;
различные отрасли математики, особенно геометрия, теория графов, теория баз данных, исследование операций, оптимальное управление и статистика широко используются в ГИС при проектировании систем, а также анализе и моделировании пространственных данных.
Блок ввода включает устройства для преобразования пространственной информации в цифровую форму и ввода ее в память компьютера или в БД. Это — сканер, дигитайзер, клавиатура. Блок обработки состоит из компьютера, системы управления и программного обеспечения. Блок вывода — комплекс устройств для визуализации обработанной информации в картографической форме. Это — монитор, принтер, плоттер и т.д.
ввод данных; преобразование (трансформация) данных; конвертирование (конвертация) форматов данных; трансформация картографических проекций; хранение, манипулирование и управление данными в БД; картометрические операции; операции оверлея (взаимного наложения слоев); операции пространственного анализа; цифровое моделирование рельефа; пространственное моделирование (геомоделирование); визуализация данных; вывод данных.
Управление земельными ресурсами, земельные кадастры. Инвентаризация и учет объектов распределенной производственной инфраструктуры и управление ими. Проектирование, инженерные изыскания и планирование в градостроительстве, архитектуре, промышленном и транспортном строительстве. Тематическое картографирование практически в любых областях его применения. Создание тематических карт и атласов, обновление карт, оперативное картографирование. Морская картография и навигация. Аэронавигационное картографирование и управление воздушным движением. Навигация и управление движением наземного транспорта. Дистанционное зондирование и космический мониторинг. Использование и управление природными ресурсами (водными, лесными и т. д.) Представление и анализ рельефа местности. Моделирование процессов в природной среде, управление природоохранными мероприятиями. Мониторинг состояния окружающей среды. Оценка техногенных последствий. Реагирование на чрезвычайные и кризисные ситуации. Планирование и оперативное управление перевозками. Геология, минерально-сырьевые ресурсы и горнодобывающая промышленность. Планирование развития транспортных и телекоммуникационных сетей. Маркетинг, анализ рынка. Археология. Комплексное управление и планирование развития территории, города. Безопасность, военное дело и разведка. Общее и специальное образование. Сельское хозяйство.
Учетно-инвентаризационный тип, где акцент делается на данных и измерениях (например, задачи земельного кадастра или управления распределенной производственной инфраструктурой большого предприятия). Задачи управления и принятия решений. Моделирование и сложный анализ данных.
по назначению тематической ориентации территориальному охвату функциональным возможностям архитектурным типам построения способу организации географических данных
в зависимости от целевого использования и решаемых задач Многоцелевые Информационно-справочные Мониторинговые Инвентаризационные Исследовательские Учебные Издательские 1. по назначению Классификация ГИС
в зависимости от области применения Экологические и природопользовательские Социально-экономические Земельно-кадастровые Геологические Инж. коммуникаций и городского хозяйства Чрезвычайных ситуаций Навигационные 2. по тематической ориентации Классификация ГИС
в зависимости от масштабного ряда цифровых картографических данных, составляющих базу данных ГИС Глобальные Общенациональные Региональные Локальные Муниципальные 3. по территориальному охвату Классификация ГИС
в зависимости от наличия технических средств защиты визуализации данных выделяют: мощные универсальные настольные персональные 4. по функциональным возможностям
Мощные универсальные ГИС — это ГИС, ориентированные на рабочие станции или мощные ПК и сетевую эксплуатацию системы, обрабатывающие большие объемы информации, имеющие разнообразные средства ввода (от дигитайзеров и сканеров до станций обработки космических снимков) и вывода, развитые средства документирования, которые позволяют создавать карты, не уступающие создаваемым с использованием традиционных технологий. * универсальные ГИС фирм INTERGRAPH, CDS, ESRI по функциональным возможностям Классификация ГИС
Настольные ГИС предназначены для решения в первую очередь научных задач, но могут быть использованы и для решения задач управления. Обладают несколько меньшими возможностями, чем универсальные. В этих системах не ставится столь жестких требований к качеству и разнообразию средств визуализации, объемам обрабатываемой информации, защите информации и ее сохранности. Эти системы доступны большинству коллективов и могут работать в любом малом офисе. * Maplnfo, Atlas GIS и др. по функциональным возможностям Классификация ГИС
Персональные системы для домашнего и информационно-справочной: пользования - наиболее закрытые системы, которые либо не допускают вовсе внесения изменений в информацию или допускают незначительное ее изменение, например редактирование записей в базе данных или внесение новых записей. Это дешевые системы которые предъявляют очень скромные требования к ПК. * Представителями таких систем являются системы фирм «Лорис» (Санкт-Петербург) или M - City (Москва). по функциональным возможностям Классификация ГИС
в зависимости от возможности расширения и изменения выделяют: закрытые открытые 5. по архитектурным принципам построения
Закрытые системы не имеют возможностей расширения, у них отсутствуют встроенные языки, не предусмотрено написание приложении, они будут выполнять только запрограммированные операции. В большинстве случаев закрытые системы нельзя изменить, поэтому они имеют короткий жизненный цикл. Основное преимущество закрытых систем - низкая цена. по архитектурным принципам построения
Термин « открытые системы » означает открытость для пользователя легкость приспособления, расширения, изменения, адаптацию к новым форматам, изменившимся данным, связь между существующими приложениями. Открытые системы обычно имеют от 70 до 90% встроенных функции и на 10...30 % могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Открытые системы обычно дороже закрытых, но их жизненный цикл большой. по архитектурным принципам построения
Форма представления данных векторные растровые векторно-растровые трехмерные Модель данных иерархарическая сетевая реляционная гибридная 6. по способу организации географических данных в зависимости от форматов ввода, хранения, обработки и предоставления картографической информации
Растровая форма - это представление графической информации (карты, рисунки, фотографии) в виде матрицы чисел, каждый элемент которой является кодом, характеризующим яркость соответствующего элемента дискретизации изображения карты. Векторная форма - это форма представления, в которой информация о месторасположении объектов, их очертаниях дается в виде структурированного набора координат точек объекта. Трехмерная форма - форма представления информации в системе координат X, Y, Z. по формам представления географических данных
Этапы предпроектных исследований, в том числе: изучение требований пользователей и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС; технико-экономическое обоснование (ТЭО), оценка соотношений «затраты — прибыль». Системное проектирование ГИС, включая стадию «Пилот-проект». Сама разработка ГИС. Тестирование ГИС на тестовом участке (небольшом территориальном фрагменте). Создание опытного образца ГИС. Внедрение ГИС. Эксплуатация ГИС.
