ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОЗДАНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ План лекции

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОЗДАНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ План лекции: 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ ГИС 2. РАЗВИТИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ ГИС Тема лекции : ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОЗДАНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

задача ГИС формирование знаний о земном шаре, его отдельных территориях, а также обеспечение пространственными данными различных пользователей. предмет ГИС 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.

Потенциальные потребители геоинформации: l l l l структуры распорядительной и исполнительной властей; планирующие органы; налоговые инспекции; органы Роснедвижимости; юридические и правоохранительные органы; архитектурно планировочные службы; эксплуатирующие организации (коммуникация, транспорт, здания и сооружения); научно исследовательские и проектные институты; строительные организации; торговые организации, биржи всех назначений; инспекции и контрольные органы социально экономического и технического надзора; иностранные партнеры и инвесторы; коммерческие образования, предпринимателей; частные лица.

l l ГИС — цифровая модель реального пространственного объекта местности в векторной, растровой и других формах. Функции ГИС заключаются в сборе, системной обработке, моделировании и анализе пространственных данных, их отображении и использовании при подготовке и решении управленческих решений.

определения ГИС l ГИС — это особый случай информационной системы, где база данных состоит из наблюдений за пространственно распределенными явлениями, процессами или событиями, которые могут быть определены как точки, линии и контуры [Clarce K. C. Geographical Information Systems, 1985].

определения ГИС 1. Информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственных данных [Толковый словарь основных терминов. Геоинформатика. – М. , 1999]. 2. Реализованное с помощью автоматических средств (ЭВМ) хранилище системы знаний о территориальном аспекте взаимодействия природы и общества, а также программного обеспечения, моделирующего функции поиска, ввода, моделирования и др. [Экономическая энциклопедия. – М. , изд. Экономика, 1999]

направления определений ГИС (по В. С. Тикунову) I. База пространственно распределенных данных и система управления ею. II. Информационная технология получения, обработки и визуализации территориальных данных. III. Средство для анализа, синтеза и производства новых карт. IV. Средство информационного обеспечения или само информационное обеспечение территориального моделирования и управления. V. Средство рационального использования и организации информационных ресурсов территории. VI. Информационная модель территории и система поддержки принятия управленческих решений для нее. VII. Системно организованное знание о территории.

С научной точки зрения ГИС l l Это метод моделирования и познания природных и социально экономических систем. ГИС — это система, применяемая для исследования природных, общественных и природно общественных объектов и явлений, которые изучают науки о Земле и смежные с ними социально экономические науки.

В технологическом аспекте ГИС (ГИС-технология) l l Это средство сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно координационной географической (геологической, экологической) информации. ГИС система технологических средств, программного обеспечения и процедур, предназначенная для сбора пространственных данных, их анализа, моделирования и отображения в целях решения комплекса задач по планированию и управлению.

С производственной точки зрения ГИС l l l Это комплекс аппаратных устройств и программных продуктов (ГИС оболочек), предназначенных для обеспечения управления и принятия решений, причем важнейший элемент этого комплекса — автоматические картографические системы. ГИС использует географические данные, а также непространственные данные и располагает операционными возможностями, необходимыми для пространственного их анализа. Назначение ГИС — обеспечение процесса принятия решений по оптимальному управлению ресурсами, организации функционирования транспорта и розничной торговли, использование объектов недвижности, водных, лесных и других пространственных ресурсов.

термины ГИС База данных l l База данных (БД) — совокупность массивов пространственных данных, объединенных программными средствами, которые обеспечивают построение адекватных реальному миру моделей. БД бывают интегрированные, распределенные, реляционные, технологические.

термины ГИС Базы данных разделяют: l на пространственные (картографические, растровые, векторные), описывающие положение и форму географических объектов и их пространственные связи с другими объектами; l описательные (синонимы: атрибутные, табличные, текстовые) — о географических объектах, состоящие из наборов чисел, текстов. Описательная информация образует базу данных в виде отдельных таблиц, которые связываются между собой по ключевым полям. При этом для них могут быть определены индексы, отношения и т. п.

термины ГИС Объекты, карта l Объекты ГИС — отображаемые предметы или явления l Карта — построенное в картографической проекции, уменьшенное, обобщенное изображение поверхности Земли, показыва ющее расположенные на ней объекты в определенной системе условных знаков.

термины ГИС карты l Электронная карта — векторная и кадастровая карта, сформированная на машинном носителе (например, на оптическом диске) с использованием программных и технических средств в принятой картографической проекции, системе координат и высот, условных знаках, передающих требуемое содержание и предназначенных для отображения совместно со специальной (статистической) информацией анализа и моделирования, а также для решения информационных и расчетных задач. l Цифровая карта — цифровая модель земной поверхности, сформированная с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекции, разграфке, системе координат и высот (ГОСТ 28441 90).

термины ГИС Пространственная модель местности l Пространственная модель местности — трехмерная образно знаковая модель основных элементов и объектов местности, построенная средствами машинной графики. Предназначена для использования в системах управления и навигации (наземной, воздушной и космической), тренажерах при анализе местности, решении расчетных задач и моделировании, проектировании инженерных сооружений, мониторинге окружающей среды, изготовлении карт.

термины ГИС Пространственные объекты и данные l Пространственный объект и явления на местности, которые имеют «привязку» к определенной точке в пространстве, т. е. для которых важное значение имеют их положение, форма, размеры, взаиморасположение по отношению к другим объектам и явлениям. l Пространственные данные — сведения, которые характеризуют месторасположение и геометрическое описание объектов в пространстве и относительно друга (на местности).

термины ГИС Классификация и координирование l l l Классификация — система деления некоторого множества объектов на отдельные группы, внутри которых объекты обладают определенной общностью. Объект классификации — совокупность предметов, понятий, свойств или других элементов некоторого множества, для которых применяется определенная система классификации. Координирование — преобразование сообщения в сигнал или отображение нескольких сообщений заранее выбранными сочетаниями символов.

термины ГИС Объект, точка привязки l l l Признак объекта — одно из свойств объекта, которое может быть использовано для идентификации данного объекта. Характер локализации объекта — признак, указывающий меру пространственного распространения объекта. Бывают объекты с дискретным, линейным и площадным характером локализации. Точка привязки — точка условного знака, в наибольшей степени соответствующая положению объекта на местности.

термины ГИС Аппаратные средства l Аппаратные средства включают платформы, на которых работает ГИС (мощные серверы, рабочие станции, отдельные персональные компьютеры), а также разнообразное периферийное оборудование — сканеры, дигитайзеры для оцифровки карт, принтеры и плоттеры для печати карт и т. п.

термины ГИС Программное обеспечение l Программное обеспечение позволяет вводить, сохранять, анализировать и отображать географическую информацию. Компоненты программного обеспечения: 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. l

Значение ГИС l l l объединяет в единую систему пространственную информацию и информацию других типов, создает согласованную структуру для анализа географических и пространственных данных; открывает новые пути обработки и использования географическими знаниями и их отображения благодаря переводу карт и других источников пространственной информации в цифровую форму; обеспечивает взаимосвязь между различными видами деятельности, основываясь на данных о географической близости.

разнообразные задачи ГИС l l l l l 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 органов и силовых структур; научные исследования и образование; картографирование (комплексное и отраслевое): создание тематических карт и атласов, обновление карт, оперативное картографирование.

Принципы функционирования ГИС 1. 2. 3. 4. 5. 6. Соответствие структуры ГИС, ее тактико технических характеристик предъявляемым к ней требованиям пользователей. Применение системного подхода при создании и использовании ГИС. Комплексность системы. Эффективность системы. Полнота информационного обеспечения управлением развития территории в процессе эксплуатации системы. Открытость системы

2. РАЗВИТИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ Тема лекции : ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОЗДАНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

два основных направления использования ГИС l применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов. l использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах.

Рынок информационных технологий виды систем, работающие с пространственно распределенной информацией: l l l автоматизированного проектирования (CAD); автоматизированного картографирования (AM); управления сетями (FM); системы пространственного анализа; ГИС (GIS).

CAD-системы — это системы для автоматизированного проектирования с использованием средств машинной графики, являющиеся хорошо развитой областью применения программного обеспечения, на которой специализируются известные фирмы Autodesk Limited, Seli и др. Такие системы работают только с техническими чертежами. В процессе традиционного проектирования информация, как правило, передается с помощью чертежей, графиков и диаграмм.

+ CAD-системы l l l быстрое (в среднем в 2, 5. . . 3 раза) по сравнению с работой за кульманом выполнение чертежей; повышение точности их выполнения за счет более детального просмотра любого элемента чертежа в произвольном масштабе; улучшение качества чертежей за счет того, что CAD позволяет быстро вносить исправления без ухудшения качества конечного продукта. возможно многократное копирование, так как любой чертеж или его часть могут быть сохранены и затем при необходимости повторно использованы. CAD системы могут быть ориентированы и на рабочие станции, и на ПК, доступные большому кругу пользователей.

CAD-системы l l Первоначально CAD это двумерные системы, обеспечивающие только автоматизацию выпуска конструкторской документации на изделия. В дальнейшем введены трехмерных моделей объектов и операций над ними (таких, как перенос, поворот, масштабирование, удаление скрытых линий, визуализация модели трехмерного объекта и т. д. ).

- CAD-системы l l использование условной декартовой системы координат для описания элементов чертежа и манипуляция только с геометрическими объектами (кругами, эллипсами, цилиндрами, кубами и т. п. , а не с реальными объектами); отсутствие семантической или тематической части в описании объектов, без которой решение задач анализа практически невозможно.

АМ - системы l l l АМ-системы — программные продукты, специально предназначенные для профессионального производства карт. Эти системы базируются на рабочих станциях, встречаются настольные системы для ПК, с помощью которых можно создавать карты простого содержания. AM эффективно используют при производстве стандартных морских или топографических карт, где все элементы содержания известны заранее, хранятся в специальных библиотеках, содержащих сам символ и его код.

+ АМ - системы l l профессиональные системы позволяют получить продукт, качество которого не уступает типографскому в AM регламентируются заливки, штриховки, виды и размеры шрифтов. изображение на карту наносится в строгом соответствии с принятыми условными знаками. хорошая скорость создания стандартных карт

- АМ - системы l не нацелены на управление данными в течение длительного периода времени l лишены возможностей моделирования l практически лишены средств анализа их нельзя использовать, например: в тематическом картографировании, при решении управленческих задач, ведении мониторинга земель

FM-системы l FM-системы управления сетями, например водопроводными, трубопроводными, энергетическими и телефонными, — это системы управления пространственно распределенными объектами, с каждым из которых связана существенная содержательная информация, что объединяет ГИС и эти системы.

FM-системы l l Для решения большинства задач сетевого управления не важна метрическая точность действительного положения объектов в пространстве, что сближает FM системы с CAD системами. Расширение функций этих систем не только функциями управления сетевыми объектами, но и задачами проектирования и эксплуатации привело к необходимости точной координатной привязки сетей и совместному использованию этой информации с другой пространственной информацией, определяющей взаимное положение и влияние объектов реального мира (сетей, зданий и сооружений, природных объектов и т. п. ).

Системы пространственного анализа l l Системы мелкомасштабного пространственного анализа связаны прежде всего с задачами природопользования, а также территориального планирования и управления. С системами пространственного анализа связаны два подхода к построению ГИС: растровый и векторный.

Системы пространственного анализа l l ГИС развивались на базе информационно поисковых систем и картографических банков данных. Информационные системы рассматривали как первый этап автоматизированного создания карт, позднее в функции ГИС стали включать блоки математико картографического моделирования и автоматизированного воспроизведения карт. Рассматривая карту как инструмент для географического анализа и выделяя подсистему пользователя, ГИС стали охватывать и область использования карт. Большинство ГИС включают в свои задачи создание карт или используют картографические материалы как источник информации.

организации, работающие на геоинформационном рынке, делятся на: l l на государственные структуры управления (регуляторы рынка и реализаторы федеральных проектов); организации пользователи (реализаторы ГИС проектов); поставщиков программных средств, цифровых геоданных (ДДЗ, цифровая картография, измерения на местности); поставщиков вычислительной техники, оборудования (специализированной компьютерной периферии, специального геодезического оборудования, станций приема ДДЗ); организации, организующие обучение и консалтинг; системные интеграторы ГИС проектов.