1 Тема 11. Геоинформационные технологии Понятие и области применения ГИС. Основные процедуры с информационными ресурсами в ГИС. Краткая характеристика современных отечественных и зарубежных ГИС.
2 1. Понятие и области применения ГИС. Геоданные – информация, имеющая свое определенное место на карте, схеме, плане, – составляют порядка 80—90% всех данных. В государственном управлении ГИС-технологии используются в ситуационных комнатах при анализе критических и чрезвычайных ситуаций, при пространственном анализе данных для подготовки управленческих решений, при подготовке статистической информации, в государственных кадастрах и регистрах, при организации торговли, обслуживания населения, почтовой связи и телекоммуникаций, при регулировании транспортной и инженерной инфраструктур, для проведения выборов и в др. сферах.
3 В муниципальном управлении: для эффективного территориального планирования и градорегулирования, правового зонирования и ведения генеральных планов городов, управления административными единицами. В бизнесе: для анализа и отслеживания текущего состояния и тенденций изменения интересующей их области рынка; при планировании деловой активности; для оптимального по разным критериям выбора местоположения новых филиалов фирмы или банка, торговых точек, складов, производственных мощностей; с целью поддержки принятия решений; для выбора кратчайших или наиболее безопасных маршрутов перевозок и путей распределения продукции;
4 в процессе анализа риска материальных вложений и урегулирования разногласий; для демографических исследований, определения привязанного к территории спроса на их продукцию; при создании и географической привязке баз данных о земле и домовладении. Географическая информационная система (ГИС) – это современная ИТ для картирования и анализа объектов и событий реального мира. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими, как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляют карты и планы.
5 Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности, например (рис. 11.1). Рис. 11.1. ГИС. Градостроительный кадастр. Подготовка информации для аварийной службы
6 ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, объединенных на основе географического положения. Для автоматического определения местоположения или местоположений объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте, где находится интересующий вас объект или явление. ГИС работают с двумя существенно отличающимися типами данных — векторными и растровыми. В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X, Y. Местоположение точечного объекта, например буровой скважины, описывается парой координат ( X, Y ). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X, Y.
7 Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких, как типы почв или доступность объектов. Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами. Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (точек, ячеек, пикселов), оно подобно отсканированной карте или фотографии.
8 2. Основные процедуры с информационными ресурсами в ГИС. ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняет пять процедур (задач) с ИР: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию. Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт и планов в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс автоматизирован с применением сканерной технологии, данные можно вводить с помощью специальных устройств — дигитайзеров. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.
9 Манипулирование. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи. Управление. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять БД (картографические и атрибутивные) и системы управления базами данных (СУБД).
10 Запрос и анализ. При наличии ГИС и географической информации вы сможете получать ответы на простые и сложные, требующие дополнительного анализа запросы. Запросы можно задавать как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и посредством развитых аналитических средств. С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу «что будет, если...». Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией. Процесс наложения включает возможность интеграции данных, расположенных в разных тематических слоях.
11 Визуализация. ГИС предлагает совершенно новый путь развития картографии. Преодолеваются основные недостатки обычных карт – их статичность и ограниченная емкость как носителя информации. В ГИС карта оживает и становится действительно динамическим объектом в смысле: динамичного выбора масштаба; преобразования картографических проекций; варьирования объектным составом карты (что выводится); возможности «опроса» через карту в режиме реального времени многочисленных баз данных; изменения способа отображения объектов (цвет, тип линии, символ и т.п.) в зависимости от содержимого баз данных; легкости внесения любых изменений.
12 Наряду с традиционной картографической информацией, данные дистанционного зондирования (ДЗ) составляют информационную основу ГИС-технологий. Под ДЗ понимаются исследования неконтактным способом, различного рода съемки с летательных аппаратов — атмосферных и космических, в результате которых получается изображение земной поверхности в каком-либо диапазоне (диапазонах) электромагнитного спектра (рис. 12.2).
13 11.2. Пример компьютерной обработки данных дистанционного зондирования
14 3. Краткая характеристика современных отечественных и зарубежных ГИС ER Mapper ( ER Mapping ). Обработка больших объемов фотограмметрической информации, тематическое картографирование (геофизика, природные ресурсы, лесное хозяйство). Достоинства: Точность, печать карт, визуализация трехмерного изображения, библиотека алгоритмов. ГеоДраф, ГеоГраф (Россия). Построение картографической структуры с многослойным отображением данных, создание электронных атласов (городское хозяйство). Достоинства: Большое количество приложений, возможность использования Borland C++, Visual Basic, Delphi.
15 ArGIS, Московский ГУ геодезии и картографии (Россия). Построение цифровых моделей рельефа с использованием аэрокосмических снимков. Достоинства: Использование небольшого объема вычислительных ресурсов, библиотека условных знаков. ArcCAD, ESRI - институт исследования. Связывание карт и базы данных, пространственный анализ (инженерные и бизнес приложения, транспортные перевозки, гражданское строительство). Достоинства: Использование языка высокого интеллекта AutoLISP, наличие всех стандартных средств ГИС-технологий, возможность обработки данных в AutoCAD и Arclnfo.
16 Arc View, ESRI - Создание, анализ, вывод картографических данных бизнес, наука, образование, управление, социология, демография, экология, транспорт, городское хозяйство). Поддержка реляционных СУБД, развитая деловая графика (форма просмотра, табличная форма, форма диаграмм, создание макета), создание профессионально оформленной картографической информации, разработка собственных приложений, взаимодействие с другими приложениями. AtlasGIS, Strategic Mapping INC (США) - Полнофункциональная информационная картографическая система для анализа и презентаций. Легкость и гибкость программного обеспечения, настольный вариант. SICAD/open, Siemens Nixdorf ( Германия ). Обработка геоинформационных данных по распределенной технологии. Системный продукт для рабочих станций, работа со стандартными СУБД INFORMIX и ORACLE.
17 Star, Star Informatic - Интегрированная модульная среда, проектирование, анализ и оценка сетей (канализация, водо-, энерго-, теплоснабжение, связь, дороги). Достоинства: наличие тематических ориентированных модулей, приложений для управления моделями данных и построения цифровых моделей. Small World CIS, Small World Systems Ltd, (Великобритания) - Географическая операционная система для моделирования пространственно-связанных объектов. Достоинства: наличие тематических ориентированных модулей, приложений для управления моделями данных и построения цифровых моделей.
18 CADdy, ZIEGLER Informatics GmbH - Создание кадастровых и геоинформационных систем (топографическая съемка, создание электронных топографических карт, ведение банка топографических и географических данных, представление и визуализация различных трехмерных объектов, городское хозяйство, промышленность). Использование объектно-ориентированной технологии, развитая модульная структура, разработка пользовательских приложений с использованием Си. MGE, Integraf MGE - Применение технологий САПР для задач ГИС, поддержка рабочего процесса ГИС и картографии в любой отрасли. Выбор операционной среды (MS Windows, Windows NT, DOS, UNIX), модульная структура, большой набор инструментов анализа и запросов (одновременное открытие восьми видов одной модели объекта), интерактивный пользовательский интерфейс.
19 MapInfo - Поиск географических объектов, работа с базами данных, обработка данных геодезических измерений, компьютерный дизайн и подготовка к изданию картографических документов. Выбор операционной среды (MS Windows, Windows NT, DOS, UNIX), универсальность, настольный вариант. ArcInfo - Создание геоинформационных систем, создание и ведение земельных, лесных, геологических и других кадастров, проектирование транспортных сетей, оценка природных ресурсов. Сетевой и независимый варианты использования (для IBM PC с ограничениями), простота в эксплуатации, набор драйверов для выбора мониторов, дигитайзеров, плоттеров.
20 Панорама (Россия) - Построение и обработка цифровых и электронных карт, ведение картографической и атрибутивной баз данных. Наличие специального интерфейса поиска объектов электронной карты по характеристикам базы данных, применение простых средств для реализации. ERDAS Imagine, ERDAS - Обработка аэрокосмических снимков. Модульная система, графический интерфейс, гипертекстовая система, простота в обучении, доступность для различных платформ.
