ГІС - це сучасні геоінформаційні мобільні системи, які мають можливість відображати своє місцезнаходження на карті. В основі цієї важливої властивості лежить використання двох технологій: геоінформаційна і Якщо мобільний пристрій має вбудований GPS-приймач, то за допомогою такого приладу можна визначити його місцезнаходження і, отже, точні координати самої ГІС. На жаль, геоінформаційні технології та системи в російськомовній науковій літературі представлені невеликою кількістю публікацій, внаслідок цього практично повністю відсутня інформація про алгоритми, що лежать в основі їх функціональних можливостей.
Класифікація ГІС
Підрозділ геоінформаційних систем відбувається за територіальним принципом:
- Глобальна ГІСвикористовується для запобігання техногенним та природним катаклізмам з 1997 року. Завдяки цим даним можна за відносно короткий час спрогнозувати масштаби катастрофи, скласти план ліквідації наслідків, оцінити завдані збитки та людські втрати, а також організувати гуманітарні акції.
- Регіональна геоінформаційна системарозроблено на муніципальному рівні. Вона дозволяє місцевій владі прогнозувати розвиток певного регіону. Ця система відбиває практично всі важливі сфери, наприклад інвестиційні, майнові, навігаційно-інформаційні, правові та ін. Також варто відзначити, що завдяки використанню даних технологій з'явилася можливість виступати гарантом безпеки життєдіяльності всього населення. Регіональна геоінформаційна система нині використовується досить ефективно, сприяючи залученню інвестицій та стрімкому зростанню економіки району.
Кожна з вищеописаних груп має певні підвиди:
- До глобальної ГІС входять національні та субконтинентальні системи, як правило, з державним статусом.
- У регіональну – локальні, субрегіональні, місцеві.
Відомості про дані інформаційні системи можна знайти у спеціальних розділах мережі, які називаються геопорталами. Вони розміщуються у відкритому доступі для ознайомлення без будь-яких обмежень.
Принцип роботи
Географічні інформаційні системи працюють за принципом складання та розробки алгоритму. Саме він дозволяє відображати рух об'єкта на карті ГІС, включаючи рух мобільного пристрою в межах локальної системи. Щоб зобразити цю точку на кресленні місцевості, необхідно знати принаймні дві координати - X та Y. При відображенні руху об'єкта на карті потрібно визначити послідовність координат (Xk та Yk). Їхні показники повинні відповідати різним моментам часу локальної системи ГІС. Це є основою визначення місцезнаходження об'єкта.
Цю послідовність координат можна вилучити зі стандартного NMEA-файлу GPS-приймача, який виконав реальний рух на місцевості. Таким чином, в основі алгоритму лежить використання даних NMEA-файлу з координатами траєкторії об'єкта по певній території. Необхідні дані можна отримати в результаті моделювання процесу руху на основі комп'ютерних експериментів.
Алгоритми ГІС
Геоінформаційні системи побудовані на вихідних даних, які беруться розробки алгоритму. Як правило, це набір координат (Xk та Yk), що відповідає деякій траєкторії об'єкта у вигляді NMEA-файлу та цифрової карти ГІС на вибраній ділянці місцевості. Завдання полягає у розробці алгоритму, що відображає рух точкового об'єкта. У ході цієї роботи було проаналізовано три алгоритми, що лежать в основі вирішення поставленого завдання.
- Перший алгоритм ГІС - це аналіз даних NMEA-файлу з метою вилучення з нього послідовності координат (Xk та Yk),
- Другий алгоритм використовується для обчислення колійного кута об'єкта, причому відлік параметра виконується від напрямку на схід.
- Третій алгоритм – для визначення курсу об'єкта щодо країн світу.
Узагальнений алгоритм: загальне поняття
Узагальнений алгоритм відображення руху точкового об'єкта на карті ГІС включає три вказані раніше алгоритми:
- аналіз даних NMEA;
- обчислення колійного кута об'єкта;
- визначення курсу об'єкта щодо країн усієї земної кулі.
Географічні інформаційні системи з узагальненим алгоритмом оснащені основним елементом управління - таймером (Timer). Стандартне завдання полягає в тому, що він дозволяє програмі генерувати події через певні проміжки часу. За допомогою такого об'єкта можна встановлювати потрібний період для набору процедур або функцій. Наприклад, для багаторазового відліку інтервалу часу в одну секунду треба встановити наступні властивості таймера:
- Timer.Interval = 1000;
- Timer.Enabled = True.
В результаті кожну секунду запускатиметься процедура зчитування координат X, Y об'єкта з NMEA-файлу, внаслідок чого дана точка з отриманими координатами відображається на карті ГІС.
Принцип роботи таймера
Використання геоінформаційних систем відбувається так:
- На цифровій карті відзначаються три точки (умовне позначення – 1, 2, 3), які відповідають траєкторії руху об'єкта у різні моменти часу tk2, tk1, tk. Вони обов'язково з'єднані суцільною лінією.
- Увімкнення та вимкнення таймера, що управляє відображенням пересування об'єкта на карті, здійснюється за допомогою кнопок, що натискаються користувачем. Їх значення та певну комбінацію можна вивчити за схемою.
NMEA-файл
Опишемо коротко склад NMEA-файлу ГІС. Це документ, записаний у форматі ASCII. По суті, він є протоколом для обміну інформацією між GPS-приймачем та іншими пристроями, наприклад ПК або КПК. Кожне повідомлення NMEA починається зі знака $, за яким слідує двосимвольне позначення пристрою (для GPS-приймача — GP) і закінчується послідовністю \r\n — символом перекладу каретки та переходу на новий рядок. Точність даних у повідомленні залежить від виду повідомлення. Вся інформація міститься в одному рядку, причому поля розділяються комами.
Для того щоб розібратися, як працюють геоінформаційні системи, цілком достатньо вивчити широко використовуване повідомлення типу $GPRMC, яке містить мінімальний, але основний набір даних: розташування об'єкта, його швидкість і час.
Розглянемо на прикладі, яка інформація в ньому закодована:
- дата визначення координат об'єкта – 7 січня 2015 р.;
- всесвітній час UTC визначення координат - 10h 54m 52s;
- координати об'єкта — 55°22.4271" пн.ш. та 36°44.1610" сх.д.
Підкреслимо, що координати об'єкта представлені в градусах та хвилинах, причому останній показник дається з точністю до чотирьох знаків після коми (або точки як роздільника цілої та дробової частин речовинного числа у форматі USA). Надалі знадобиться те, що в NMEA-файлі широта розташування об'єкта знаходиться в позиції після третьої коми, а довгота після п'ятої. Наприкінці повідомлення передається після символу "*" у вигляді двох шістнадцяткових цифр - 6C.
Геоінформаційні системи: приклади складання алгоритму
Розглянемо алгоритм аналізу NMEA-файлу для вилучення набору координат (X і Yk), відповідних об'єкта. Він складається з кількох послідовних кроків.
Визначення координати Y об'єкта
Алгоритм аналізу даних NMEA
Крок 2. Знайти позицію третьої коми у рядку (q).
Крок 3. Знайти позицію четвертої коми у рядку (r).
Крок 4. Знайти починаючи з позиції q символ десяткової точки (t).
Крок 5. Вийняти один символ із рядка, що знаходиться в позиції (r+1).
Крок 6. Якщо цей символ дорівнює W, то змінна NorthernHemisphere набуває значення 1, інакше -1.
Крок 7. Витягти (г-+2) символів рядка, починаючи з позиції (t-2).
Крок 8. Витягти (t-q-3) символи рядка, починаючи з позиції (q+1).
Крок 9. Перетворити рядки на речові числа та обчислити координату Y об'єкта в радіанній мірі.
Визначення координат X об'єкта
Крок 10. Знайти позицію п'ятої коми у рядку (n).
Крок 11. Знайти позицію шостої коми у рядку (m).
Крок 12. Знайти починаючи з позиції n символ десяткової точки (p).
Крок 13. Вийняти один символ із рядка, що знаходиться в позиції (m+1).
Крок 14. Якщо цей символ дорівнює "E", то змінна EasternHemisphere набуває значення 1, інакше -1.
Крок 15. Витягти (m-p+2) символи рядка, починаючи з позиції (p-2).
Крок 16. Витягти (p-n+2) символи рядка, починаючи з позиції (n+1).
Крок 17. Перетворити рядки на речові числа та обчислити координату X об'єкта в радіанній мірі.
Крок 18. Якщо файл NMEA не прочитаний до кінця, перейдіть до кроку 1, інакше перейдіть до кроку 19.
Крок 19. Закінчити алгоритм.
На кроці 6 і 16 даного алгоритму використовуються змінні NorthernHemisphere і EasternHemisphere для чисельного кодування розташування об'єкта Землі. У північній (південній) півкулі змінна North Hemisphere приймає значення 1 (-1) відповідно, аналогічно в східному Естементі - 1 (-1).
Застосування ГІС
Застосування геоінформаційних систем поширене у багатьох областях:
- геології та картографії;
- торгівлі та послугах;
- кадастрі;
- економіці та управлінні;
- оборони;
- інженерії;
- освіту та ін.
1. Що таке ГІС?
ГІС – це набір комп'ютерного обладнання, географічних даних та програмного забезпечення для збирання, обробки, зберігання, моделювання, аналізу та відображення всіх видів просторово прив'язаної інформації.
ГІС – це середовище, яке пов'язує географічну інформацію (де що знаходиться) з описовою (що це являє собою). На відміну від звичайних паперових карток (навіть відсканованих), на яких «що ви бачите, те й отримаєте», ГІС надає у ваше розпорядження безліч верств різноманітної загальногеографічної та тематичної інформації.
2. Як зберігається інформація у ГІС?
Вся вихідна інформація – де розташовані точки, якою є довжина доріг чи площа озера – зберігається в окремих шарах у цифровому вигляді на комп'ютері. І всі ці географічні дані розсортовані за шарами, причому кожен шар представляє свій тип об'єктів (тему). Одна з таких тем може містити всі дороги на певній території, інша – озера, а третя – всі міста та інші населені пункти тієї ж території.
http:// www.dataplus.ru/Arcrev/Number_43/1_Geograf.html
3. ГІС можна розглядати у трьох видах:
Г ІС можна розглядати у трьох видах:
Вид бази даних:ГІС є унікальним типом бази даних нашого світу – географічної бази даних. Це "Інформаційна система для географії". В основі ГІС лежить структурована БД, що описує світ у географічних термінах, з погляду просторового розташування його об'єктів та явищ.
Вид картки:ГІС – це набір інтелектуальних карт та інших графічних видів, які демонструють об'єкти та його взаємини на земної поверхні. Карти можна сформувати та використовувати як «вікно в базу даних» для підтримки запитів, аналізу та редагування інформації. Ці дії називаються геовізуалізації.
Вид моделі:ГІС – це набір інструментів перетворення інформації. Вони дозволяють формувати нові географічні набори даних з існуючих, застосовуючи до них спеціальні аналітичні функції – інструменти геообробки. Іншими словами, шляхом об'єднання даних та застосування деяких правил ви можете створити модель, яка допоможе знайти відповіді на ці запитання.
http://www.dataplus.ru/Arcrev/Number_43/1_Geograf.html
4. Що можна робити за допомогою ГІС?
Робити просторові запити та проводити аналіз
проводити пошук у базах даних та здійснювати просторові запити
виявляти території, що підходять для необхідних заходів; виявляти взаємозв'язки між різними параметрами (наприклад, ґрунтами, кліматом та врожайністю с/г культур); виявляти місця розривів електромереж
http://moslesproekt.roslesinforg.ru/activity/023gil-inform
5. Де застосовуються ГІС?
Ріелтори використовують ГІС для пошуку, наприклад, всіх будинків на певній території
ГІС служать для графічної побудови карток та отримання інформації як про окремі об'єкти
Компанія, що займається інженерними комунікаціями
ГІС допомагає, наприклад, у вирішенні таких завдань, як надання різноманітної інформації щодо запитів органів планування, вирішення територіальних конфліктів, вибір оптимальних (з різних точок зору та за різними критеріями) місць для розміщення об'єктів тощо.
http://gis-laris.narod.ru/primen_gis.htm
6. Що таке GPS?
GPS - супутникова система навігації , Що забезпечує вимірювання відстані, часу та визначальна розташування.
http://ua.wikipedia.org/wiki/GPS
7. Хто використовує GPS?
GPS має ряд застосування на землі, у морі та в повітрі. В основному їх можна застосовувати скрізь, де можна отримати сигнал із супутника, за винятком усередині будівель, у шахтах та печерах, під землею та під водою.
http://www.1yachtua.com/Encycl/Elctrn/IspGPS.html
8. Що таке GPS-приймач (GPS-навігатор)?
GPS-приймач- радіоприймальний пристрій для визначення географічних координат поточного місця розташування антени приймача, на основі даних про тимчасові затримки приходу радіосигналів, випромінюваних супутниками групи NAVSTAR. У Росії її з розвитком системи ГЛОНАСС почався серійний випуск ГЛОНАСС-приймачів поруч конструкторських бюро та закупівельних організацій.
http://ua.wikipedia.org/wiki/GPS-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%91%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%BA
9. Як використовуються карти у GPS-приймачах?
Наявність карти істотно покращує користувальницькі характеристики приймача. Приймачі з картами показують положення як самого приймача, а й об'єктів навколо нього.
Всі електронні GPS-карти можна розділити на два основні типи - векторні та растрові.
http://wiki.risk.ru/index.php/GPS-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%BA
Геокешинг(geocaching від грец.γεο- - Земля та англ. cache- схованка) - туристична гра із застосуванням супутникових навігаційних систем, що перебуває у знаходженні схованок, заховані іншими учасниками гри.
http://ua.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BE%D0%BA%D0%B5%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%B3
11. Хто грає у геокешинг?
У неї можна грати сім'єю, компанією або поодинці
Геокешинг активно застосовується як корпоративна розвага. Співробітники фірми, що забезпечує, ховають схованки, інструктують учасників, забезпечують їх екіпіруванням і GPS-навігаторами.
http://ua.wikipedia.org/wiki/%C3%E5%EE%EA%FD%F8%E8%ED%E3
12. Що таке Google Earth?
Проект компанії Google, в рамках якого в Інтернеті були розміщені супутникові фотографії всієї земної поверхні. Фотографії деяких регіонів мають безпрецедентно високу роздільну здатність.
У багатьох випадках російська версія Google Earth називається Google Планета Земля, наприклад у головному меню або на офіційному сайті.
http://ua.wikipedia.org/wiki/GoogleEarth
13. Можливості Google Планета Земля?
- Перегляд супутникових знімків - зручна навігація, безшовне з'єднання супутникових знімків та моментальне відображення з поступовим промальовуванням деталей;
- Побудова перспективних (рельєфних) зображень із накладенням супутникових знімків;
- Нанесення своїх точок, ліній та полігонів та експорт їх у спеціальний файл (у форматі Google) для обміну з іншими користувачами GE;
- Накладення своїх зображень (наприклад логотипи, власні карти і т.д.) та їх зразкове поєднання з поверхнею, що підстилає;
- Вимірювання відстаней;
- Обліт території на заданій висоті та швидкості.
http://gis-lab.info/qa/google-earth.html
2 ГІС Саратов
http://saratov.2gis.ru/
Практична робота «2 ГІС Саратов»
Завдання 1:За допомогою інструмента Каталог (у верхньому лівому кутку програми) перегляньте каталог організацій міста Саратова.
Завдання 2:Скористайтеся системою "Пошук". Введіть адресу (на ваше бажання), район. Програма автоматично вкаже потрібну адресу.
Завдання 3:Для побудови проїзду на міському транспорті чи автомобілі між будь-якими точками на карті скористайтесь блоком "Як проїхати?"на вкладці Пошук.
Геоінформаційні системи та технології
Геоінформаційна система (ГІС)- це багатофункціональна інформаційна система, призначена для збору, обробки, моделювання та аналізу просторових даних, їх відображення та використання при вирішенні розрахункових завдань, підготовці та прийнятті рішень. Основне призначення ГІС полягає у формуванні знань про Землю, окремих територій, місцевості, а також своєчасному доведенні необхідних та достатніх просторових даних до користувачів з метою досягнення найбільшої ефективності їхньої роботи.
Геоінформаційні технології (ГІТ)– це інформаційні технології обробки географічно організованої інформації.
p align="justify"> Основною особливістю ГІС, що визначає її переваги в порівнянні з іншими АІС, є наявність геоінформаційної основи, тобто. цифрових карт (ЦК), що дають необхідну інформацію про земну поверхню. При цьому ЦК мають забезпечувати:
точну прив'язку, систематизацію, відбір та інтеграцію всієї інформації, що надходить і зберігається (єдиний адресний простір);
комплексність та наочність інформації для прийняття рішень;
можливість динамічного моделювання процесів та явищ;
можливість автоматизованого вирішення завдань, пов'язаних із аналізом особливостей території;
можливість оперативного аналізу ситуації у екстрених випадках.
Історія розвитку ГІТ перегукується з роботам Р. Томлісона зі створення Канадської ГІС (CGIS), які проводилися 1963-1971 гг.
У широкому значенні ГІТ - це набори даних та аналітичні засоби для роботи з координатно прив'язаною інформацією. ГІТ - це інформаційні технології в географії, а інформаційні технології обробки географічно організованої інформації.
Істота ГІТ проявляється у її здатності пов'язувати з картографічними (графічними) об'єктами деяку описову (атрибутивну) інформацію (насамперед алфавітно-цифрову та іншу графічну, звукову та відеоінформацію). Як правило, алфавітно-цифрова інформація організується як таблиць реляційної БД. У найпростішому випадку кожному графічному об'єкту (а зазвичай виділяють точкові, лінійні та майданні об'єкти) ставиться у відповідність рядок таблиці – запис у БД. Використання такого зв'язку, власне, і відкриває такі багаті функціональні можливості перед ГІТ. Ці можливості, природно, різняться в різних систем, але є базовий набір функцій, зазвичай наявний у будь-якій реалізації ГІТ, наприклад, можливість відповіді питання "що це?" вказівкою об'єкта на карті і "де це знаходиться?" виділенням на карті об'єктів, відібраних за деякою умовою у БД. До базових можна також віднести відповідь на питання "що поряд?" та його різні модифікації. Історично перше та найбільш універсальне використання ГІТ – це інформаційно-пошукові, довідкові системи.
Таким чином, ГІТ можна розглядати як розширення технології БД для координатно прив'язаної інформації. Але навіть у цьому сенсі вона є новим способом інтеграції та структурування інформації. Це зумовлено тим, що в реальному світі більша частина інформації відноситься до об'єктів, для яких важливу роль відіграє їхнє просторове становище, форма і взаєморозташування, а отже, ГІТ у багатьох додатках значно розширюють можливості звичайних СУБД, оскільки ГІТ більш зручні та наочні у використанні та надають ДЛ свій "картографічний інтерфейс" для організації запиту до бази даних разом із засобами генерації "графічного" звіту. І, нарешті, ГІТ додає звичайним СУБД нову функціональність - використання просторових взаємовідносин між об'єктами.
ГІТ дозволяє виконувати над безліччю картографічних об'єктів операції, подібні до звичайних реляційних (JOIN, UNION, INTERSECTION). Операції цієї групи називаються оверлейними, тому що використовують у різних варіантах просторове накладення однієї множини об'єктів на інше. Фактично оверлейні операції мають великий аналітичний потенціал, і для багатьох сфер застосування ГІТ є основними, забезпечуючи вирішення прикладних завдань (землекористування, комплексної оцінки територій та інші).
ГІТ пропонує абсолютно новий шлях розвитку картографії. Насамперед, долаються основні недоліки звичайних карт: статичність даних та обмеженість ємності "паперу" як носія інформації. В останні десятиліття не тільки складні спеціалізовані карти типу екологічних, а й ряд звичайних паперових карт через перевантаженість інформацією стають "нечитаними". ГІТ вирішує цю проблему шляхом керування візуалізацією інформації. З'являється можливість виводити на екран або на тверду копію тільки ті об'єкти або їх множини, які користувачі необхідні в даний момент. Тобто фактично здійснюється перехід від складних комплексних карток до серії взаємопов'язаних приватних карток. При цьому забезпечується краща структурованість інформації, що дозволяє її ефективно використовувати (маніпулювання, аналіз даних тощо). Вочевидь, що спостерігається тенденція зростання ролі ГІТ у процесі активізації інформаційних ресурсів, т.к. Великі масиви картографічної інформації ефективно перетворюються на активну машиночитаемую форму лише з допомогою ГІТ. Крім того, у ГІТ карта стає дійсно динамічним об'єктом.
Останнє зумовлено наступними новими можливостями ГІТ:
змінюваність масштабу;
перетворенням картографічних проекцій:
варіюванням об'єктним складом карти;
"опитуванням" через карту в режимі реального часу численних БД, що містять інформацію, що змінюється;
варіюванням символогією, тобто способом відображення об'єктів (колір, тип лінії тощо), у тому числі визначення симвології через значення атрибутивних ознак об'єктів, що дозволяє синхронізувати візуалізацію зі змінами БД.
В даний час широко поширене розуміння того, що ГІТ - це не клас або тип програмних систем, а базова технологія (umbrella technology) для багатьох комп'ютерних програм (методів та програм), що працюють із просторовою інформацією.
Оскільки ЦКМ є наборами даних складної структури, їх доцільно представляти у різних форматах. Під форматом ЦКМ розуміється спеціально запроваджена система класифікації та кодування даних місцевості. Від прийнятого формату ЦКМ великою мірою залежить оперативність розв'язання функціональних завдань (ФЗ) у системах управління військового призначення. Так, наприклад, у разі представлення рельєфу місцевості горизонталями обчислення профілю місцевості займає у тисячі разів більше часу, ніж при поданні рельєфу у формі матриці висот.
Одним з найважливіших і найпоширеніших типів інформаційної потреби в геоінформації є побудова зображення ділянки картки на екрані АРМ (візуалізація картки). Але засоби відображення ЦКМ на екрані АРМ, поряд із наведеними вище вимогами до засобів доступу, повинні відповідати ще ряду специфічних вимог, зумовлених необхідністю сприйняття інформації людиною. По суті це наступні ергономічні вимоги, які доцільно розглядати в комплексі з іншими:
за "читабельністю" обстановки (тобто мати досить високі характеристики швидкості і достовірності сприйняття людиною інформації оперативної обстановки на тлі карти);
по "читабельності" карти, (тобто мати досить високі характеристики швидкості і достовірності сприйняття людиною власне картографічної інформації);
за "комфортністю" сприйняття, (тобто форма відображення даних не повинна викликати надмірної напруги людини при сприйнятті інформації та подразнення її органів чуття з метою забезпечення необхідної тривалості збереження її працездатності).
ФЗ вимагає свого рішення різні дані місцевості. На думку авторів, усі безліч цих завдань за характером використання ЦКМ можна розділити на чотири основні класи:
завдання, що вимагають видачу зображення картки на пристрої введення-виведення засобів автоматизації та використовують її як фон для виведення оперативної обстановки (ОКФ);
завдання, що використовують інформацію про характер та профілі місцевості (ОХПМ);
завдання, що використовують інформацію про дорожню мережу (РДС);
завдання, що використовують інформацію про місцезнаходження об'єкта в межах території держави, зони відповідальності або нейтральної території (ЗМП).
Завданнями ОКФ є завдання, що відображають оперативну обстановку біля в процесі діалогу з користувачем. Дані завдання можуть відображати "поверх карти" інформацію про угруповання своїх військ і військ противника, зони радіоактивного, хімічного, біологічного зараження, суцільних руйнувань, пожеж, затоплень, про напрями і рубежі дій, райони зосередження та ін. Загальна для завдань ОКФ особливість використання ЦКМ полягає у необхідності швидкого виведення зображення карти на екран АРМ у різних масштабах.
До завдань ОХПМ належать завдання вибору місця розгортання радіорелейних станцій (РРС), тропосферних станцій (ТРС), радіолокаційних станцій (PJIC), засобів радіотехнічної розвідки, радіоелектронної боротьби тощо. Завдання оцінки захисних властивостей місцевості в районах розгортання пунктів управління (ПУ) та вузлів зв'язку (УС), планування вогневого впливу тощо. також належать до класу ОХПМ. Особливістю завдань ОХПМ є необхідність визначення з високою швидкістю характеристик місцевості на околицях точки з довільними координатами.
До завдань РДС відносяться, зокрема, завдання визначення маршруту та планування порядку переміщення військових формувань, оптимального планування перевезень засобів постачання або пошти та деякі інші. Дані завдання використовують дані ЦКМ про дорожню мережу, які мають бути представлені у спеціальній формі - у вигляді графа, в якому всі дороги, що перетинаються, мають загальну вершину в перехрестях.
Завдання ЗМУ використовують у ЦКМ дані про державні (сухопутні та морські) та інші кордони, задані у спеціальній формі - у вигляді замкнутих контурів.
За типом інформаційних потреб багато ФЗ можна віднести відразу до кількох різних класів. Зокрема, завдання визначення оптимального району розгортання РРС може мати властивості класів ОХПМ і РДС, а процесі рішення для організації діалогу з користувачем - властивостями класу ОКФ.
У зв'язку з глибоким взаємопроникненням ДВС та інших інформаційних технологій доцільно розглянути взаємозв'язок ГІТ з іншими технологіями.
Насамперед, це графічні технології систем автоматизованого проектування (САПР), векторних графічних редакторів, і з іншого боку – технології реляційних СУБД. Більшість реалізацій сучасних ГІТ у своїй основі є інтеграцією цих двох типів інформаційних технологій. Наступний тип споріднених інформаційних технологій – технології обробки зображень растрових графічних редакторів. Деякі реалізації ГІТ базуються на растровому представленні графічних даних. Тому дуже багато сучасних ГІС загального призначення інтегрують можливості як векторного, так і растрового уявлення. У свою чергу ряд технологій обробки зображень, призначених для роботи з даними аеро- і космічних зйомок, дуже близько примикають до ГІТ, а іноді частково виконують і їх функції. Але зазвичай вони до ГІТ комплементарні та мають спеціальні засоби для взаємодії з ними (ERDAS LiveLink to ARC/INFO)
Близькоспоріднені до ГІТ картографічні (геодезичні) технології, що застосовуються при обробці даних польових геодезичних зйомок та побудові за ними карт (при побудові карт по аероснімках з використанням фотограмметричних методик та при роботах з цифровою моделлю рельєфу місцевості). Тут спостерігається тенденція до інтеграції, т.к. переважна кількість сучасних ГІС включають засоби координатної геометрії (COGO), які дозволяють безпосередньо використовувати дані польових геодезичних спостережень, у тому числі прямо з приладів з цифровою реєстрацією або з приймачів супутникової глобальної системи позиціонування (GPS). Фотограмметричні пакети зазвичай орієнтуються на спільну роботу з ГІС і часом включаються в ГІС як модулі.
Сутність ГІТ проявляється у її здатності пов'язувати з картографічними (графічними) об'єктами деяку описову (атрибутивну) інформацію (насамперед алфавітно-цифрову та іншу графічну, звукову та відеоінформацію). Як правило, алфавітно-цифрова інформація організується як таблиць реляційної БД. У найпростішому випадку кожному графічному об'єкту (точковому, лінійному чи майданному) ставиться у відповідність рядок таблиці - запис БД. Використання такого зв'язку забезпечує багаті функціональні можливості ГІТ. Ці можливості, природно, різняться в різних систем, але є базовий набір функцій, зазвичай наявний у будь-якій реалізації ГІТ, наприклад, можливість відповіді питання "що це?" вказівкою об'єкта на карті та "де це знаходиться?" виділенням на карті об'єктів, відібраних за деякою умовою у БД. До базових можна також віднести відповідь на питання "що поряд?" та його різні модифікації. Історично перше та найбільш універсальне використання ГІТ – це інформаційно-пошукові, довідкові системи.
Таким чином, ГІТ можна розглядати як розширення технології БД для координатно прив'язаної інформації. Але навіть у цьому сенсі вона є новим способом інтеграції та структурування інформації. Це пов'язано з тим, що у світі більшість інформації належить до об'єктів, котрим важливу роль грає їх просторове становище, форма і взаєморозташування. Отже, ГІТ у багатьох додатках значно розширюють можливості звичайних СУБД.
ГІТ, як і будь-яка інша технологія, орієнтована рішення певного кола завдань. Оскільки області застосування ГІС досить широкі (військова справа, картографія, географія, містобудування, організація транспортних диспетчерських служб тощо), то через специфіку проблем, що вирішуються в кожній з них, і особливостей, пов'язаних з конкретним класом завдань і вимогами, що пред'являються до вихідних та вихідних даних, точності, технічних засобів та інше, говорити про якусь єдину ГІС-технологію досить проблематично.
Разом з тим будь-яка ГІТ включає низку операцій, які можна розглядати як базові. Вони розрізняються в конкретних реалізаціях лише деталями, наприклад, програмним сервісом сканування та постсканерної обробки, можливостями геометричного перетворення вихідного зображення в залежності від вихідних вимог та якості матеріалу тощо.
Оскільки наведена модель є узагальненою, то природно, що вона або не містить окремих блоків, властивих будь-якої конкретної технології, або навпаки має у своєму складі ті блоки, які в ряді випадків можуть бути відсутніми.
За результатами аналізу узагальненої моделі ГІС-технології можна виділити такі базові операції ГІТ:
- редакційно-підготовчі роботи, тобто збір, аналіз та підготовка вихідної інформації (картографічні дані, аерофотознімки, дані дистанційного зондування, результати наземних спостережень, статистична інформація тощо) для автоматизованої обробки;
- проектування геодезичної та математичної основ карт;
- проектування карток;
- побудова проекту цифрової тематичної картки;
- перетворення вихідних даних у цифрову форму;
- розробка макету тематичного змісту картки;
- визначення методів автоматизованої побудови тематичного змісту;
- формування цифрової загальногеографічної основи карти, що створюється;
- створення цифрової тематичної карти відповідно до розробленого проекту;
- одержання вихідної картографічної продукції.
Для введення вихідної інформації використовуються растрові сканувальні пристрої, дигітайзери, напівтонові сканери аерофотонегативів. Отримані цифрові масиви даних надходять у комплекс технічних засобів обробки растрових та векторних даних, побудований на базі робочих станцій та персональних професійних ЕОМ. На цій же інструментальній базі здійснюються всі етапи проектування, перетворення вихідної інформації та створення цифрової тематичної картки.
Сформована цифрова картографічна модель надходить у комплекс технічних засобів формування вихідний картографічної продукції, що включає плотери, принтери, спеціалізовані пристрої виведення на фотоносій і т.д.
Вихідні та оброблені цифрові дані зберігаються в підсистемі архівного зберігання даних, що базується в даний час на стрімерах або оптичних дисках.
Області застосування ГІТ нині надзвичайно різноманітні.
Насамперед, це різні кадастри, системи управління розподіленим господарством та інфраструктурою. Тут розвинені спеціалізовані додатки, наприклад, для систем: електричних мереж енергетичної компанії, кабельної мережі телефонної або телевізійної компанії, складного трубопровідного господарства великого хімічного заводу, земельного кадастру, що оперують нерухомістю, а також такі додатки, як комплексні системи, що обслуговують багато складових інфраструктур міста або території
та здатні вирішувати складні завдання управління та планування. Конкретні цілі та завдання у таких системах дуже різноманітні: від завдань інвентаризації та обліку, довідкових систем загального користування до оподаткування, містобудівно-планувальних завдань, планування нових транспортних маршрутів та оптимізації перевезень, розподілу мережі ресурсів та послуг (складів, магазинів, станцій швидкої допомоги, пунктів прокату автомобілів).
Ще однією розвиненою сферою застосування ГІТ є облік, вивчення та використання природних ресурсів, включаючи сюди та охорону навколишнього середовища. Тут також зустрічаються як комплексні системи, так і спеціалізовані: для лісового господарства, водного господарства, вивчення та охорони дикої фауни та флори тощо. До цієї галузі застосування безпосередньо примикає використання ГІТ у геології, як у наукових, так і у практичних її завданнях. Не лише завдання інформаційного забезпечення, а й, наприклад, завдання прогнозування родовищ корисних копалин, контроль екологічних наслідків розробок тощо. У геологічних застосуваннях, як і в екологічних, велика роль додатків, що потребують складного програмування або комплексування ГІТ із специфічними системами обробки та моделювання. Особливо в цьому плані виділяються додатки в галузі нафти та газу. Тут на стадії пошуків та розвідки широко використовуються дані сейсморозвідки та вельми специфічне та розвинене ПЗ щодо їх обробки та аналізу. Велика потреба у комплексних рішеннях, які пов'язують власне геологічні та інші проблеми, що неможливо вирішити без залучення універсальних ГІС.
Окремо слід виділити суто транспортні завдання. Серед них: планування нових маршрутів транспорту та оптимізація процесу перевезень з можливістю обліку розподілу ресурсів та мінливої транспортної обстановки (ремонти, пробки, митні бар'єри). Особливо перспективними у стратегічному плані передбачаються навігаційні системи, що особливо базуються на супутникових системах навігації з використанням цифрової картографії.
Характерною рисою впровадження ГІТ нині є інтеграція систем та баз даних у національні, міжнародні та глобальні інформаційні структури. До глобальних проектів належить, наприклад, GDPP - "Проект глобальної бази даних", що розробляється у рамках Міжнародної геосферно-біосферної програми. На національному рівні існують ГІС у США, Канаді, Франції, Швеції, Фінляндії та інших країнах. У Росії час розробляються регіональні ГІС, зокрема, ведення земельного кадастру і муніципального управління, і навіть відомчі ГІС, наприклад, у Міністерстві внутрішніх справ.
Аналіз існуючого на сьогоднішній день досвіду застосування ГІТ показує, що основною формою застосування ГІТ є різні за цілями, складністю, складом та можливостями ГІС.
Сучасні ГІС являють собою новий тип інтегрованих систем, які, з одного боку, включають методи обробки даних існуючих автоматизованих систем, а з іншого - мають специфіку в організації та обробці даних
Оскільки в ГІС здійснюється комплексна обробка інформації (від її збору до зберігання, оновлення та надання), їх можна розглядати з різних точок зору:
- ГІС як система управління – призначена для забезпечення підтримки прийняття рішень на основі використання картографічних даних;
- ГІС як автоматизована інформаційна система – поєднує ряд технологій відомих інформаційних систем (САПР та інших);
- ГІС як геосистема – включає технології фотометрії, картографії;
- ГІС як система, що використовує БД, - характеризується широким набором даних, що збираються за допомогою різних методів та технологій;
- ГІС як система моделювання, система надання інформації є розвитком систем документального обороту, систем мультимедіа і т.д.
ГІС з розвиненими аналітичними можливостями близькі до систем статистичного аналізу та обробки даних, причому у ряді випадків вони інтегровані в єдині системи, наприклад:
імплантація до сучасної ГІС ARC/INFO потужного статистичного пакету S-PLUS;
додавання деяких можливостей просторової статистики та картографічної візуалізації до масових статистичних пакетів (SYSTATfor Windows);
розвиток власної ГІС у рамках пакету SAS – лідера серед систем обробки числової інформації.
Найбільш розвинені ГІС (зазвичай з сильною підтримкою і растрової моделі), що мають хороші засоби програмування, широко використовуються для моделювання природних та техногенних процесів, у тому числі поширення забруднень, лісових пожеж та ін. також включають найпростіші засоби картографічної візуалізації.
Наявність широкого спектра тенденцій розвитку в різних галузях інформаційних технологій, інтереси яких сходяться в галузі ГІТ, а також поява універсальних пакетів широкого застосування призвела до того, що межі визначення ГІТ стають менш чіткими. Тож у час склалося поняття повнофункціональна ГІС (full GIS).
Сучасна повнофункціональна ГІС - це багатофункціональна інформаційна система, призначена для збору, обробки, моделювання та аналізу просторових даних, їх відображення та використання при вирішенні розрахункових завдань, підготовці та прийнятті рішень. Основне призначення повнофункціональної ГІС полягає у формуванні знань про Землю, окремих територій, місцевості, а також своєчасному доведенні необхідних та достатніх просторових даних до користувачів з метою досягнення найбільшої ефективності їхньої роботи.
Повнофункціональна ГІС має забезпечувати:
- двосторонній зв'язок між картографічними об'єктами та записами табличної бази даних;
- управління візуалізацією об'єктів, що забезпечує вибір складу та форми відображення;
- роботу з точковими, лінійними та майданними об'єктами;
- введення карток з дігітайзера або сканера та їх редагування;
- підтримку топологічних взаємовідносин між об'єктами та перевірку за їх допомогою геометричної коректності карти, в т.ч. замкнутості майданних об'єктів, зв'язності, прилягання та ін;
- підтримку різноманітних картографічних проекцій;
- геометричні вимірювання на карті довжини, периметра, площі та ін; побудова буферних зон навколо об'єктів та реалізацію інших оверлейних операцій;
- створення власних позначень, у тому числі нових типів маркерних знаків, типів ліній, типів штрихування та ін; створення додаткових елементів оформлення карти, зокрема підписів, рамок, легенд;
- висновок високоякісних твердих копій карт; вирішення транспортних та інших завдань на графах, наприклад, визначення найкоротшого шляху тощо;
- роботу з топографічною поверхнею.
Крім повнофункціональних ГІС загального призначення, виділяють спеціалізовані, які часто мають нечіткі межі зі спеціалізованими пакетами, що не є в цьому значенні ГІС. Наприклад, ГІС, орієнтовані завдання планування зв'язку, транспортні і навігаційні завдання, завдання інженерних пошуків і проектування споруд.
Неспеціалізовані ГІС нижчого рівня, ніж повнофункціональні системи загального призначення, зазвичай називають "персональними системами картографічної візуалізації" (desktop mapping systems, desktop GIS), іноді навіть відокремлюючи цей клас систем від ГІС. Відмінною їх рисою є, насамперед, обмежені аналітичні можливості (наприклад, відсутні оверлейні операції для майданних об'єктів) та слабкі можливості введення та редагування картографічної основи. Типовим прикладом такої системи є ГІС Maplnfo, в якій за рахунок своєї меншої складності більш проста в навчанні та використанні та більш доступна масовому користувачеві.
На сьогодні кількість ГІС-пакетів, що пропонуються на ринку, обчислюється кількома тисячами. Проте здебільшого це спеціалізовані системи. Реальних повнофункціональних ГІС-пакетів загального призначення на ринку є кілька десятків. Здебільшого програмне забезпечення для ГІС розробляють спеціалізовані фірми, лише у деяких випадках це продукти великих фірм, котрим ГІС - не основний продукт (IBM, Intergraph, Computervision, Westinghouse Electric Corp., McDonnel Douglas, Siemens Nixdorf). За кількістю відомих пакетів та за кількістю інсталяцій переважають ПК (MS DOS, MS Windows) та UNIX- робочі станції.
Слід зазначити, що в даний час повнофункціональні ГІС загального призначення переважно орієнтовані на робочі станції з операційною системою UNIX. На ПК, як правило, функціонують системи з редукованими можливостями. Частково це визначається специфікою користувачів ПК, для багатьох з яких проста ГІС потрібна лише як доповнення до звичайного ПЗ. Але головна причина – у вимогах, які потужна ГІС висуває до апаратних засобів комп'ютера.
Топологічні векторні структури даних за своєю природою складні, а процеси їх використання вимагають інтенсивних розрахунків, значно більших, ніж робота зі звичайною векторною графікою, у тому числі й у частині операцій із плаваючою точкою. Серйозні програми часто вимагають роботи з довгими цілими та дійсними числами подвійної точності. Для роботи з ГІС потрібні дисплеї високої роздільної здатності та швидкий графічний адаптер або акселератор, причому вимоги до палітри жорсткіші, ніж у САПР. Вони радше аналогічні вимогам до видавничих систем професійної поліграфії. Особливо високі вимоги до швидкості малювання пред'являє типове для ГІС (і менш типове для САПР) завдання заливання штрихуванням великої кількості замкнутих багатокутників (полігонів) складної форми.
Серйозні проекти з використанням ГІС вимагають роботи з великими обсягами даних від сотень мегабайт до кількох десятків гігабайт. Особливо високі вимоги до обсягів дискової та основної пам'яті, а також швидкодії комп'ютера, пред'являють ГІС з обробкою зображення у вигляді растрових структур, наприклад, в задачах геометричної корекції аерознімків, моделювання природних процесів і при роботі з рельєфом земної поверхні. Один кольоровий аерознімок високої роздільної здатності стандартного формату, якщо перевести його в цифрову форму без втрати "точності" (24 bit, 1200 dpi) займає близько 200 Мб. Багато завдань регіонального характеру потрібно використовувати суміщену і геометрично відкориговану мозаїку з мйогих таких знімків, тим паче, що визнано доцільним використовувати растровую підкладку з такої мозаїки аеро- чи космічних знімків (digital orthophoto) як базового шару для векторних карт, тобто. фотознімки "вдруковуються" у зображення карти. Те ж зауваження справедливе і для роботи з аерокосмічними знімками, які, як правило, повинні оброблятися різними способами, щоб вибірково виділити на них різну інформацію (операції різного роду фільтрації, контрасту, операції з використанням швидкого перетворення Фур'є, класифікаційні алгоритми, дискримінантний, кластерний і факторний аналіз, і навіть спосіб основних компонент). Тому замість того, щоб зберігати десятки версій обробки, що вимагало б до сотень Гбайт на 1 кадр, раціональніше
виконувати їх на вимогу. Сучасні спеціалізовані робочі станції справляються з таким завданням, для ПК вона ще важка. Іноді операція з одним кадром на ПК триває кілька хвилин. Коли необхідно моделювати складні природні процеси, зокрема поширення забруднення, лісових пожеж або застосовувати дані аерокосмічних зйомок, використання спеціалізованої робочої станції неминуче.
Слід зазначити, що швидкість накопичення обсягів аерокосмічних (особливо космічних) даних поки що йде в тому ж темпі або навіть випереджає темпи зростання обчислювальних потужностей ПК та робочих станцій. Дійсно, щомісяця над кожною ділянкою Землі розміром із велике місто збирається не менше 800-1000 Мбайт супутникових зображень. І якщо навіть врахувати, що половина їх за умов хмарності непридатна для використання в ГІТ-додатках, все одно це становить величезний потік. І ще одне зауваження: роздільна здатність систем збору дистанційної інформації постійно зростає, а збільшення геометричного дозволу на території з 20 до 10 м збільшує обсяг даних у 4 рази. Так що кожні 2-4 роки комп'ютерна система має у кілька разів збільшувати свою продуктивність, щоб не відстати від темпів розвитку пристроїв збирання інформації. Звідси зрозуміло, що тривалий час технічною основою потужних повнофункціональних ГІС з аналітичними функціями залишатимуться спеціалізовані робочі станції.
Ще одним моментом, який зумовлює необхідність звернення суттєвої уваги до робочих WVZY-станцій, є той факт, що сьогодні основні пакети найбільш "серйозних" ГІС ще не переведені на ПК.
Основними напрямками використання ПК під час роботи з ГІС на даний час є:
- використання ПК як терміналів спільно з робочими станціями для роботи з великими ГІС (ARC/INFO);
- використання ПК як станцій введення та модифікації цифрових карток місцевості з дигітайзера або сканера (PC ARC!INFO, ArcCAD);
- використання ПК для ГІТ-проектів із невеликим обсягом одночасно активної інформації (PC ARC/INFO, ArcCAD, ArcView);
- використання ПК у навчальних цілях для знайомства з методологією ГІТ;
- використання ПК на початкових стадіях великих проектів, коли обсяг бази даних ще не зріс, не потрібно повна функціональність на великих обсягах і потрібно ще доводити корисність використання ГІТ і необхідність вкладення серйозних коштів.
Так як сучасні ГІС є, як правило, складними програмно-інформаційними комплексами, розробленими спеціально для застосування в конкретних галузях інформаційної діяльності або для вирішення спеціалізованих завдань, то до їх складу входять:
- операційна система;
- ядро прикладного програмного забезпечення;
- модулі тематичної обробки даних;
- інтерактивний інтерфейс користувача.
До модулів тематичної обробки даних належать:
- програмне забезпечення введення-виведення даних;
- прикладне програмне забезпечення аналізу векторної та растрової інформації;
- СУБД;
- програмне забезпечення розпізнавання образів;
- програмне забезпечення вибору картографічної проекції;
- програмне забезпечення для перетворення зображень;
- програмне забезпечення картографічної генералізації;
- програмне забезпечення генерації умовних знаків і т.д.
ГІС (ДубльГІС Барнаул)
Однозначне коротке визначення цього явища дати досить складно. Географічна інформаційна система (ГІС)- це можливість нового погляду на навколишній світ. Якщо обійтися без узагальнень і образів, то ГІС - це сучасна комп'ютерна технологія для картування та аналізу об'єктів реального світу, а також подій, що відбуваються на нашій планеті. Ця технологія поєднує традиційні операції з базами даних, такими як запит та статистичний аналіз, з перевагами повноцінної візуалізації та географічного (просторового) аналізу, які надає картка. Ці можливості відрізняють ГІС від інших інформаційних систем та забезпечують унікальні можливості для її застосування в широкому спектрі завдань, пов'язаних з аналізом та прогнозом явищ та подій навколишнього світу, з осмисленням та виділенням головних факторів та причин, а також їх можливих наслідків, з плануванням стратегічних рішень та поточних наслідків дій. Створення карт та географічний аналіз не є чимось абсолютно новим. Однак технологія ГІС надає новий, більш відповідний сучасності, більш ефективний, зручний та швидкий підхід до аналізу проблем та вирішення завдань, що стоять перед людством загалом, та конкретною організацією чи групою людей, зокрема. Вона автоматизує процедуру аналізу та прогнозу. До початку застосування ГІС лише небагато мали мистецтво узагальнення та повноцінного аналізу географічної інформації з метою обґрунтованого прийняття оптимальних рішень, заснованих на сучасних підходах та засобах. В даний час ГІС - це багатомільйонна індустрія, до якої залучено сотні тисяч людей у всьому світі. ДВС вивчають у школах, коледжах та університетах. Цю технологію застосовують практично у всіх сферах людської діяльності - чи то аналіз таких глобальних проблем як перенаселення, забруднення території, скорочення лісових угідь, природні катастрофи, так і вирішення приватних завдань, таких як пошук найкращого маршруту між пунктами, підбір оптимального розташування нового офісу, пошук будинки на його адресу, прокладання трубопроводу біля, різні муніципальні завдання. За територіальним охопленням розрізняють глобальні ГІС (global GIS), субконтинентальні ГІС, національні ГІС, які часто мають статус державних, регіональні ГІС (regional GIS), субрегіональні ГІС і локальні, або місцеві ГІС (local GIS).
ГІС відрізняються предметною областю інформаційного моделювання, наприклад, міські ГІС, або державні ГІС, МГІС (urban GIS), природоохоронні ГІС (environmental GIS) тощо; серед них особливу назву, як особливо поширені, отримали земельні інформаційні системи. Проблемна орієнтація ГІС визначається розв'язуваними у ній завданнями (науковими і прикладними), у тому числі інвентаризація ресурсів (зокрема кадастр), аналіз, оцінка, моніторинг, управління та планування, підтримка прийняття рішень. Інтегровані ГІС, ІГІС (integrated GIS, IGIS) поєднують функціональні можливості ГІС та систем цифрової обробки зображень (даних дистанційного зондування) в єдиному інтегрованому середовищі.
Полімасштабні, або масштабно-незалежні ГІС (multiscale GIS) засновані на множинних, або полімасштабних уявленнях просторових об'єктів (multiple representation, multiscale representation), забезпечуючи графічне або картографічне відтворення даних на будь-якому з обраних рівнів масштабного ряду на основі єдиного набору . Просторово-часові ГІС (spatio-temporal GIS) оперують просторово-часовими даними. Реалізація геоінформаційних проектів (GIS project), створення ГІС у широкому значенні слова, включає етапи: передпроектних досліджень (feasibility study), у тому числі вивчення вимог користувача (user requirements) та функціональних можливостей використовуваних програмних засобів ГІС, техніко-економічне обґрунтування, оцінку співвідношення "витрати / прибуток" (costs / benefits); системне проектування ГІС (GIS designing), включаючи стадію пілот-проекту (pilot-project), розробку ГІС (GIS development); її тестування на невеликому територіальному фрагменті або тестовій ділянці (test area), прототипування, або створення дослідного зразка, або прототипу (prototype); використання ГІС (GIS implementation); експлуатацію та використання. Наукові, технічні, технологічні та прикладні аспекти проектування, створення та використання ГІС вивчаються геоінформатикою.
Історія ГІС
Початковий період (пізні 1950-і - ранні 1970-і рр.)
Дослідження принципових можливостей, прикордонних галузей знань та технологій, напрацювання емпіричного досвіду, перші великі проекти та теоретичні роботи.
- Поява електронних обчислювальних машин (ЕОМ) у 50-х роках.
- Поява цифровиків, плотерів, графічних дисплеїв та інших периферійних пристроїв у 60-х.
- Створення програмних алгоритмів та процедур графічного відображення інформації на дисплеях та за допомогою плоттерів.
- Створення формальних методів просторового аналізу.
- Створення програмних засобів керування базами даних.
Період державних ініціатив (поч. 1970-і - поч. 1980-і рр.)
Державна підтримка ГІС стимулювала розвиток експериментальних робіт у галузі ГІС, заснованих на використанні баз даних по вуличних мережах:
- Автоматизовані навігаційні системи.
- Системи вивезення міських відходів та сміття.
- Рух транспортних засобів у надзвичайних ситуаціях тощо.
Період комерційного розвитку (ранні 1980-і - теперішній час)
Широкий ринок різноманітних програмних засобів, розвиток настільних ГІС, розширення сфери їх застосування за рахунок інтеграції з базами непросторових даних, поява мережевих додатків, поява значної кількості непрофесійних користувачів, системи, що підтримують індивідуальні набори даних на окремих комп'ютерах, відкривають шлях системам, що підтримують корпоративні та розподілені основи геоданих.
Користувальницький період (пізніші 1980е – теперішній час)
Підвищена конкуренція серед комерційних виробників геоінформаційних технологій послуг дає переваги користувачам ГІС, доступність і «відкритість» програмних засобів дозволяє використовувати і навіть модифікувати програми, появу «клубів», телеконференцій, територіально роз'єднаних, але пов'язаних єдиною тематикою користувальницьких груп, зросла початок формування світової геоінформаційної інфраструктури
Принцип роботи ГІС
ГІС зберігає інформацію про реальний світ у вигляді набору тематичних верств, об'єднаних на основі географічного положення. Цей простий, але дуже гнучкий підхід довів свою цінність при вирішенні різноманітних реальних завдань: для відстеження пересування транспортних засобів та матеріалів, детального відображення реальної обстановки та запланованих заходів, моделювання глобальної циркуляції атмосфери. Будь-яка географічна інформація містить відомості про просторове становище, чи то прив'язка до географічних чи інших координат, чи посилання на адресу, поштовий індекс, виборчий округ чи округ перепису населення, ідентифікатор земельної чи лісової ділянки, назву дороги тощо. При використанні подібних посилань для автоматичного визначення розташування або розташування об'єкта (об'єктів) застосовується процедура, яка називається геокодуванням. З її допомогою можна швидко визначити і подивитися на карті де знаходиться об'єкт або явище, що цікавить вас, такі як будинок, в якому проживає ваш знайомий або знаходиться потрібна вам організація, де стався землетрус або повінь, за яким маршрутом простіше і швидше дістатися до потрібного вам пункту або вдома.
Векторна та растрова моделі
ГІС може працювати з двома істотно різними типами даних - векторними та растровими. У векторній моделі інформація про точки, лінії та полігони кодується і зберігається у вигляді набору координат X,Y. Розташування точки (точкового об'єкта), наприклад свердловини, описується парою координат (X,Y). Лінійні об'єкти, такі як дороги, річки або трубопроводи зберігаються як набори координат X,Y. Полігональні об'єкти типу річкових водозборів, земельних ділянок або областей обслуговування зберігаються у вигляді замкнутого набору координат. Векторна модель особливо зручна для опису дискретних об'єктів і менше підходить для опису властивостей, що постійно змінюються, таких як типи грунтів або доступність об'єктів. Растрова модель є оптимальною для роботи з безперервними властивостями. Растрове зображення є набором значень для окремих елементарних складових (осередків), воно подібно до відсканованої карти або картинки. Обидві моделі мають свої переваги та недоліки. Сучасні ГІС можуть працювати як із векторними, так і з растровими моделями.
Шари ГІС
Вся картографічна інформація у ГІС організована у вигляді шарів. Шари, це перший рівень абстракції в ГІС. Працюючи з ГІС, ми зобов'язані розділити існуючі дані на шари. Кожен шар містить об'єкти певного виду, поєднані загальними характеристиками. Працюючи в ГІС, ми можемо підключати і відключати шари, що нас цікавлять, або змінювати порядок їх відображення. Шари бувають таких типів:
Точкові
Точкові шари містять об'єкти, які можна абстрагувати до точки, наприклад свердловини або міста. Заради ясності розуміння навіть місто можна уявити точкою.
Лінійні
Ці об'єкти можна абстрагувати до ламаної або гладкої лінії, наприклад, річки, дороги або трубопроводи.
Полігональні або майданні
Об'єкти цього типу видаються як такі, що знаходяться в межах деякого полігону, наприклад ліцензійні ділянки.
Площа об'єктів може складатися з кількох контурів. Це необхідно, якщо потрібно представити полігон з діркою всередині. На малюнку представлений приклад звичайного полігону та полігону, що складається з двох контурів.
Остання точка полігону завжди має співпадати з першою точкою. Правильно це чи ні, але так повелося в геоінформаційних системах. Таким чином, полігон не може мати менше чотирьох точок. Якщо полігон має нульову площу, тобто вироджується, його необхідно видалити. Полігон також повинен мати самоперетинів. Подібні недоліки пізніше можуть призвести до серйозних помилок у розрахунках, і тому їх слід уникати.
Зображення
Растрові графічні зображення, прив'язані до географічних координат, наприклад, космознімки або відскановані карти.
Сіткові моделі
Це структурні карти та карти параметрів. Спочатку такі моделі ґрунтувалися на прямокутній сітці, де у вузлах сітки вказано значення Z (параметра).
Тепер будова подібних моделей часто складніша, але за традицією їх продовжують називати сітками або гридами. Сучасні гриди можуть містити розлами, області уточнення або бути засновані на сплайнах. Сенс сіткових моделей залишається тим самим: безперервне уявлення параметра на певній площі.
Сітка сплайнів відрізняється від звичайної сітки тим, що її поверхня є ідеально гладкою, що природніше для більшості моделей. Сітки з розломами містять додаткові сегменти для рівномірного моделювання розриву. На звичайній сітковій моделі розрив виходить східчастим. Сіткові моделі також називають картами в ізолініях.
Спеціальні види шарів
Ці п'ять типів шарів стандартні для будь-якої професійної ГІС, але крім них можуть існувати й інші спеціальні типи даних, обумовлені сферою застосування даної системи. Наприклад, це можуть бути розломи (для моделювання сіток з розломами), растрові карти (для представлення дуже великих растрових зображень), 3D моделі (для тривимірних моделей пластів).
Таблиці даних ГІС
Точки лінії та полігони мають таблиці аттрибутивних даних для своїх об'єктів.
Кожному об'єкту на карті відповідає рядок у таблиці даних. Використовуючи таблицю даних, можна знаходити та сортувати об'єкти, виділяти їх на карті за атрибутами або дивитися атрибути виділених об'єктів. Атрибутивна таблиця дозволяє шукати об'єкти, сортувати їх, виділяти за умовами, групувати, створювати фільтри, проводити обчислення. Таблиця атрибутів перетворює ГІС на базу даних, в якій ви можете проводити аналіз даних або керування даними за допомогою розвинених інструментів ГІС. Без таблиць атрибутів геоінформаційні системи у відсутності сенсу, а карти у яких були б картами, а були просто малюнками, як малюнки в CorelDraw чи Paint.
Крапки у складі ліній та полігонів також мають свої атрибутивні таблиці. Так, наприклад, сейсмопрофілі можна завантажити разом з даними по відпікованим горизонтам і використовувати їх для побудови карток в ізолінії. Таблиця даних підтримує поняття виділених об'єктів, такі рядки в таблиці позначені іншим кольором. Виділені об'єкти також дещо інакше відображаються і на карті. Виділення об'єктів часто використовується під час аналізу даних. Виділяти об'єкти можна як у таблиці, так і на карті, а також за заданими умовами.
Формування шарів
Дуже важливою темою є правильне формування структури верств. Корисність будь-якої бази даних і ГІС в тому числі сильно залежить від правильної структури даних. Навіть можна сформулювати таке: корисність бази прямо пропорційна її правильної організації та порядку даних. Якщо дані в базі містять велику кількість помилок або неправильно організовані, то це може звести нанівець всі переваги бази даних як такої. Тому важливим є вміння правильно структурувати інформацію. Наприклад, якщо ви завантажуєте дані сейсморозвідки, то правильно буде об'єднати всі сейсмопартії в одному шарі, а не створювати кілька шарів, групуючи їх по районах або площах. Краще дотримуватися такого правила: один тип даних – одна таблиця (або один шар). З іншого боку, різнорідні об'єкти краще поміщати в різні шари, навіть якщо вони об'єднані загальною тематикою. Так автодороги та залізниці краще розділити на два шари, а потім помістити їх у групу "Транспортні шляхи".
Координати
Всім відомо, що земля кругла, а карта пласка, і поверхню кулі неможливо розгорнути на площину без деформацій. З цієї причини у картографії використовують проекції. Поекції це правила та формули перетворення одних координат на інші. Зазвичай використовується перетворення із сферичних (географічних) координат на прямокутні координати (координати карти). Проекції бувають рівноплощадними чи рівнокутними, тобто зберігають площу об'єктів чи кути. Іноді проекція може спотворювати і те й інше, мінімізуючи спотворення взагалі. Для нашої країни стандартною системою перетворення є система координат "42-го року". Система "42-го року" ділить територію земної кулі на 60 зон, по 6 градусів. Тюменська область, наприклад, знаходиться в межах 12, 13 і 14 зон. "42-й рік" це рівноплощадна проекція. ГІС влаштовані так, що можуть зберігати дані в одній системі координат, а відображати в іншій. Тому необхідно не заплутатися з тим, в якій системі координат зберігаються дані, і в якій вони відображені на карті. Щоб зменшити плутанину з проекціями Isoline підтримує лише два варіанти вихідних даних:
- Прямокутні координати (будь-які довільні координати, до яких не застосовується жодних перетворень).
- Географічні координати (градуси, хвилини, секунди, які при відображенні на карті перераховуються в будь-яку проекцію).
Ось варіанти відображення однієї й тієї ж ділянки в різних системах координат та проекціях.
Проекція "поліконічна". Реальні координати – градуси, що відображаються кординати – градуси.
Проекцію не встановлено. Реальні координати - "поліконічні", що відображаються кординати - прямокутні.
Проекцію не встановлено. Реальні координати – градуси, що відображаються кординати – прямокутні.
Проекція "поліконічна". Реальні координати - "поліконічні", що відображаються кординати - прямокутні.
Як видно з малюнків два верхні нас цілком влаштовують, а третій і четвертий немає. Третій малюнок, насправді, цілком коректний, але проекція не вказана, і тому бачимо зображення "як є", в градусах. На четвертому малюнку ми спробували відобразити полігон, дані якого не градуси, у проекції поліконічної і система нас не зрозуміла. З цього можна зробити наступний висновок: для прямокутних координат встановлювати проекцію не можна, тому що в цьому випадку формули перетворення застосовуються до них вдруге, і зображення виходить неправильним.
Також необхідно брати до уваги такий факт, що пряма проведена в одній системі координат не є прямою в іншій системі, а площі об'єктів можуть відрізнятися, навіть якщо рівноплощадні проекції.
Прямокутні координати
"поліконічні", без коригування відображення.
Координатна система Мольвейде.
поліконічні", з коригуванням відображення.
Тому якщо вам потрібні точні довжини ліній, точні площі та точне відображення, то необхідно скористатися спеціальними засобами системи.
Завдання, які вирішує ДВС
ГІС загального призначення, серед іншого, зазвичай виконує п'ять процедур (завдань) з даними: введення, маніпулювання, управління, запит та аналіз, візуалізацію.
Введення
Для використання в ГІС дані повинні бути перетворені на відповідний цифровий формат. Процес перетворення даних з паперових карт на комп'ютерні файли називається оцифровкою. У сучасних ГІС цей процес може бути автоматизований із застосуванням сканерної технології, що особливо важливо при виконанні великих проектів, або, за невеликого обсягу робіт, дані можна вводити за допомогою дигітайзера. Багато даних вже переведено у формати, які безпосередньо сприймаються ГІС-пакетами.
Маніпулювання
Часто для виконання конкретного проекту наявні дані потрібно додатково змінити відповідно до вимог вашої системи. Наприклад, географічна інформація може бути в різних масштабах (осьові лінії вулиць є в масштабі 1: 100 000, межі округів перепису населення - в масштабі 1: 50 000, а житлові об'єкти - в масштабі 1: 10 000). Для спільної обробки та візуалізації всі дані зручніше подати в єдиному масштабі. ГІС-технологія надає різні методи маніпулювання просторовими даними та виділення даних, необхідні конкретної задачи.
Управління
У невеликих проектах географічна інформація може зберігатися як звичайних файлів. Але при збільшенні обсягу інформації та зростанні числа користувачів для зберігання, структурування та управління даними ефективніше застосовувати системи управління базами даних (СУБД), то спеціальними комп'ютерними засобами для роботи з інтегрованими наборами даних (базами даних). У ГІС найзручніше використовувати реляційну структуру, коли він дані зберігаються у табличній формі. У цьому зв'язування таблиць застосовуються загальні поля. Цей простий підхід досить гнучкий і широко використовується в багатьох як ГІС, так і не ГІС додатках.
Запит та аналіз
За наявності ГІС та географічної інформації Ви зможете отримувати відповіді прості питання (Хто власник даної земельної ділянки? На якій відстані один від одного розташовані ці об'єкти? Де розташована дана промзона?) та більш складні запити, що потребують додаткового аналізу, (Де є місця для будівництва нового будинку (який основний тип ґрунтів під ялиновими лісами? Як вплине на рух транспорту будівництво нової дороги?). Запити можна ставити як простим клацанням мишею певному об'єкті, і з допомогою розвинених аналітичних засобів. За допомогою ГІС можна виявляти та задавати шаблони для пошуку, програвати сценарії на кшталт “що буде, якщо…”. Сучасні ГІС мають безліч потужних інструментів для аналізу, серед них найбільш значущі два: аналіз близькості та аналіз накладання. Для проведення аналізу близькості об'єктів щодо один одного в ГІС застосовується процес, який називають буферизацією. Він допомагає відповісти на запитання на кшталт: Скільки будинків знаходиться в межах 100 м від цієї водойми? Скільки покупців живе не далі 1 км від цього магазину? Яка частка видобутої нафти зі свердловин, що перебувають у межах 10 км від будівлі керівництва цього НДВУ? Процес накладання включає інтеграцію даних, розміщених у різних тематичних шарах. У найпростішому випадку це операція відображення, але при низці аналітичних операцій дані різних шарів об'єднуються фізично. Накладення, або просторове об'єднання, дозволяє, наприклад, інтегрувати дані про ґрунти, ухил, рослинність і землеволодіння зі ставками земельного податку.
Візуалізація
Для багатьох типів просторових операцій кінцевим результатом є представлення даних як карти чи графіка. Карта - це дуже ефективний та інформативний спосіб зберігання, подання та передачі географічної (що має просторову прив'язку) інформації. Раніше карти створювалися на століття. ГІС надає нові дивовижні інструменти, що розширюють та розвивають мистецтво та наукові основи картографії. З її допомогою візуалізація самих карток може бути легко доповнена звітними документами, тривимірними зображеннями, графіками та таблицями, фотографіями та іншими засобами, наприклад, мультимедійними.
Технології, пов'язані з ГІС
ГІС тісно пов'язана низкою інших типів інформаційних систем. Її основна відмінність полягає у здатності маніпулювати та проводити аналіз просторових даних. Хоча і не існує єдиної загальноприйнятої класифікації інформаційних систем, наведений нижче опис має допомогти дистанціювати ГІС від настільних картографічних систем (desktop mapping), систем САПР (CAD), дистанційного зондування (remote sensing), систем управління базами даних (СУБД або DBMS) та технології глобальне позиціонування (GPS).
Системи настільного картографуваннявикористовують картографічне уявлення для організації взаємодії користувача з даними. У таких системах все ґрунтується на картах, карта є базою даних. Більшість систем настільного картографування має обмежені можливості керування даними, просторового аналізу та налаштування. Відповідні пакети працюють на настільних комп'ютерах – PC, Macintosh та молодших моделях UNIX робочих станцій.
Системи САПР
Системи САПРздатні креслення проектів та плани будівель та інфраструктури. Для об'єднання в єдину структуру використовують набір компонентів з фіксованими параметрами. Вони ґрунтуються на невеликій кількості правил об'єднання компонентів і мають дуже обмежені аналітичні функції. Деякі системи САПР розширено до підтримки картографічного представлення даних, але, як правило, наявні в них утиліти не дозволяють ефективно управляти та аналізувати великі бази просторових даних.
Дистанційне зондування та GPS
Методи дистанційного зондування - це мистецтво та науковий напрямок для проведення вимірювань земної поверхні з використанням сенсорів, таких як різні камери на борту літальних апаратів, приймачі системи глобального позиціонування або інших пристроїв. Ці датчики збирають дані у вигляді зображень та забезпечують спеціалізовані можливості обробки, аналізу та візуалізації отриманих зображень. Зважаючи на відсутність достатньо потужних засобів управління даними та їх аналізу, відповідні системи навряд чи можна віднести до справжніх ГІС.
Системи управління базами данихпризначені для зберігання та керування всіма типами даних, включаючи географічні (просторові) дані. СУБД оптимізовано для подібних завдань, тому в багато ГІС вбудована підтримка СУБД. Ці системи не мають подібних до ГІС інструментів для аналізу та візуалізації.
Що ГІС можуть зробити для Вас
Робити просторові запити та проводити аналіз
Здатність ГІС проводити пошук у базах даних та здійснювати просторові запити дозволила багатьом компаніям заощадити мільйони доларів. ГІС допомагає скоротити час отримання відповіді запити клієнтів; виявляти території, що підходять для необхідних заходів; виявляти взаємозв'язки між різними параметрами (наприклад, ґрунтами, кліматом та врожайністю с/г культур); виявляти місця розривів електромереж. Ріелтори використовують ГІС для пошуку, наприклад, всіх будинків на певній території, що мають шиферні дахи, три кімнати та 10-метрові кухні, а потім видати більш докладний опис цих будівель. Запит може бути уточнений запровадженням додаткових параметрів, наприклад вартісних. Можна одержати список усіх будинків, що знаходяться на певній відстані від певної магістралі, лісопаркового масиву або місця роботи.
Поліпшити інтеграцію всередині організації
Багато організацій, що застосовують ГІС, виявили, що одна з основних її переваг полягає в нових можливостях поліпшення управління власною організацією та її ресурсами на основі географічного об'єднання наявних даних та можливості їх спільного використання та узгодженої модифікації різними підрозділами. Можливість спільного використання і база даних, що постійно нарощується і виправляється різними структурними підрозділами, дозволяє підвищити ефективність роботи як кожного підрозділу, так і організації в цілому. Так, компанія, що займається інженерними комунікаціями, може чітко спланувати ремонтні або профілактичні роботи, починаючи з отримання повної інформації та відображення на екрані комп'ютера (або на паперових копіях) відповідних ділянок, наприклад, водопроводу, і закінчуючи автоматичним визначенням жителів, на яких ці роботи вплинуть, та повідомленням про терміни передбачуваного відключення або перебоїв з водопостачанням.
Ухвалення більш обґрунтованих рішень
ГІС, як і інші інформаційні технології, підтверджує відому приказку про те, що найкраща поінформованість допомагає прийняти найкраще рішення. Однак, ГІС - це не інструмент для видачі рішень, а засіб, що допомагає прискорити та підвищити ефективність процедури прийняття рішень, що забезпечує відповіді на запити та функції аналізу просторових даних, представлення результатів аналізу у наочному та зручному для сприйняття вигляді. ГІС допомагає, наприклад, у вирішенні таких завдань, як надання різноманітної інформації щодо запитів органів планування, вирішення територіальних конфліктів, вибір оптимальних (з різних точок зору та за різними критеріями) місць для розміщення об'єктів тощо. Необхідна для прийняття рішень інформація може бути представлена в лаконічній картографічній формі з додатковими текстовими поясненнями, графіками та діаграмами. Наявність доступної для сприйняття та узагальнення інформації дозволяє відповідальним працівникам зосередити свої зусилля на пошуку рішення, не витрачаючи значного часу на збирання та промислення доступних різнорідних даних. Можна досить швидко розглянути кілька варіантів рішення та вибрати найбільш ефектний та ефективний.
Створення карт
Картам у ДВС відведено особливе місце. Процес створення карт у ГІС набагато простіший і гнучкіший, ніж у традиційних методах ручного або автоматичного картографування. Він починається із створення бази даних. Як джерело отримання вихідних даних можна користуватися і оцифруванням звичайних паперових карток. Засновані на ГІС картографічні бази даних можуть бути безперервними (без поділу на окремі аркуші та регіони) та не пов'язаними з конкретним масштабом. На основі таких баз даних можна створювати карти (в електронному вигляді або як тверді копії) на будь-яку територію, будь-якого масштабу, з потрібним навантаженням, її виділенням і відображенням необхідними символами. У будь-який час база даних може поповнюватися новими даними (наприклад, з інших баз даних), а наявні в ній можна коригувати в міру необхідності. У великих організаціях створена топографічна база даних може використовуватися як основа іншими відділами та підрозділами, при цьому можливе швидке копіювання даних та їх пересилання локальними та глобальними мережами.
ГІС у Росії
Найбільшого поширення у Росії із зарубіжних систем мають: програмний продукт ArcGISкомпанії ESRI, сімейство продуктів GeoMediaкорпорації Intergraphі MapInfo Professionalкомпанії Pitney Bowes MapInfo.
З вітчизняних розробок широкого поширення набула програма ГІС Карта 2008 компанії ЗАТ КБ "Панорама".
Використовуються також інші програмні продукти вітчизняної та зарубіжної розробки: ГІС ІНТЕГРО, MGEкорпорації Intergraph(використовує MicroStation як графічне ядро), IndorGIS, STAR-APIC, ДубльГІС , Mappl, ГеоГраф ГІС, 4geoта ін.