Геоінформаційні технології, основні характеристики сучасних ГІС. Геоінформаційні системи та технології Геоінформаційні технології коротко

Геоінформаційні системита 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 сенсі 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). Зазвичай, 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 поруч?" та його різні модифікації. Історично перше і найбільше універсальне використанняГІТ - 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 їх просторове становище, форма і взаєморозташування, а отже, ГІТ у багатьох додатках значно розширюють можливості звичайних СУБД, оскільки ГІТ зручніші та наочніші 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, оскільки використовують у різних випадках просторове накладання однієї множини об'єктів 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 тверду копію тільки ті об'єкти або їх множини, які необхідні користувачеві 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). Очевидно, 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 справді динамічним об'єктом.

Останнє обумовлено такими 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 із змінами БД.
В даний час поширене розуміння того, що ГІТ - це не клас або тип програмних систем, а базова технологія (umbrella technology) для багатьох комп'ютерних додатків (методів та програм), що працюють з 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 вирішення 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, обумовлених необхідністю сприйняття інформації людиною. По суті це наступні ергономічні вимоги, які доцільно розглядати в комплексі з іншими:
по "читабельності" обстановки (тобто. мати досить високі характеристики скорості і достовірності сприйняття людиною інформації оперативної обстановки і натомість 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, всі ці завдання за характером використання ЦКМ можна розділити на чотири основні класи:
завдання, що вимагають видачу зображення картки на пристрої введення-виведеннязасобів 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 розташування 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 напрямки та 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 відносяться 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 вогневої дії тощо. також належать до класу ОХПМ. Особливістю задач 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 межі, 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 вирішення 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 за аероснімками 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). Зазвичай, алфавітно-цифрова інформація організується як таблиць реляційної БД. У найпростішому випадку кожному графічному об'єкту (точковому, лінійному або майданному) ставиться у відповідність рядок таблиці – запис у 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 поруч?" 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 взаиморасположение. Отже, ГІТ у багатьох програмах 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 розв'язуваних задач вимогами, що пред'являються до вихідних та вихідних даних, точності, технічним засобамта інше, говорити про якусь єдину ГІС-технологію досить проблематично.

Разом про те будь-яка ГІТ включає у собі ряд операцій, які можна як базові. Вони розрізняються у 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 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 основкарток;
• проектування карток;
• побудова проекту цифрової тематичної картки;
• перетворення вихідних даних у цифрову форму;
• розробка макету тематичного змісту картки;
• визначення методів автоматизованого 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 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 карти.

Сформована цифрова картографічна модель надходить у комплекс технічних засобів формування вихідний картографічної продукції, що включає плоттери, 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 задач 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. Це не лише завдання інформаційного забезпечення, а й, наприклад, завдання прогнозування родовищ корисних копалин, контроль екологічних наслідків розробок тощо. У геологічних застосуваннях, як і екологічних, велика роль додатків, які потребують складного програмування чи комплексування ГІТ зі 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, що 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 маються на увазі 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 ДВС, зокрема, ведення земельного кадастру і муніципального управління, і навіть відомчі ДВС, 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 є 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 комплексне оброблення інформації (від її збору до зберігання, оновлення та надання), їх можна розглядати з таких 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 в 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 призвело 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 своєчасне доведення необхідних та достатніх просторових даних до користувачів з метою досягнення найбільшої ефективності їх 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 дигітайзера 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 сенсі ГІС. Наприклад, ГІС, орієнтовані завдання планування зв'язку, транспортні і навігаційні завдання, завдання інженерних вишукувань і проектування споруд.

Неспеціалізовані ГІС нижчого рівня, ніж повнофункціональні системи загального призначення, зазвичай називають " персональними системамикартографічної візуалізації" (desktop mapping systems, desktop GIS), іноді навіть відокремлюючи цей клас систем від власне ГІС. 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.

До теперішнього часу 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 в основному орієнтовані на робочі станції операційною системою UNIX. На ПК, як правило, функціонують системи з редукованими можливостями. Частково це визначається специфікою користувачів ПК, для яких проста ГІС потрібна тільки як доповнення до звичайного офісного ПЗ. Але головна причина - вимоги, які потужна ГІС пред'являє 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, зокрема 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 адаптерабо акселератор, причому вимоги до палітри жорсткіші, ніж у САПР. Вони скоріш аналогічні вимогам до видавничих систем професійної поліграфії. Особливо високі вимоги до швидкості відображення 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 до швидкодії комп'ютера, пред'являють ГІС з обробкою зображення у вигляді растрових структур, наприклад, завдання 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. У багатьох завданнях регіонального характеру потрібно використовувати суміщену та геометрично відкориговану мозаїку з мйогих таких знімків, тим більше, що визнано доцільним використовувати растрову підкладку з такої мозаїки аеро-або космічних знімків (digital orthophoto) як базовий шар векторних карт, тобто. фотознімки "вдруковуються" у зображення карти. Те ж зауваження справедливе і для роботи з аерокосмічними знімками, які зазвичай повинні оброблятися у різний спосіб, щоб вибірково виділити на них різну інформацію (операції різного роду фільтрації, перетворення контрасту, операції з використанням швидкого перетворення Фур'є, класифікаційні алгоритми, дискримінантний, кластерний та факторний аналіз, і навіть метод 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 станціїнеминуче.

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. Справді, 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 у 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 місцевості з 20 до 10 м збільшує обсяг даних у 4 рази. Так що кожні 2-4 роки комп'ютерна системаповинна у кілька разів збільшувати свою продуктивність, щоб не відстати від темпів розвитку пристроїв збирання інформації. Звідси ясно, що тривалий час технічною основою потужних повнофункціональних ГІС з аналітичними функціями залишатимуться спеціалізовані робочі станції.

Ще одним моментом, який обумовлює 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 нині є:

• використання ПК як терміналів спільно з робочими станціями для роботи з великими ГІС (ARC/INFO);
• використання ПК як станції введення та модифікації цифрових карт місцевості з дигітайзера або сканера (PC ARC!INFO, ArcCAD);
• використання ПК для ГІТ-проектів із невеликим обсягом одноразово активної інформації (PC ARC/INFO, ArcCAD, ArcView);
• використання ПК у навчальних цілях, для ознайомлення з методологією ГІТ;
• використання ПК на початкових стадіях великих проектів, коли обсяг бази даних ще не зріс, не потрібна повна функціональність на великих обсягах і потрібно ще доводити корисність використання ГІТ та необхідність вкладання серйозних коштів.

Оскільки сучасні ГІС є, як правило, складні програмно-інформаційні комплекси, розроблені спеціально для застосування в конкретних областях інформаційної діяльностіабо 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.

Ключові слова

ГЕОГРАФІЧНІ ІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ / ІМПОРТОЗАМІЩЕННЯ / АНАЛІЗ ВІЧИННИХ ГІС / ПРОГРАМНІ ПРОДУКТИ / GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEMS/ IMPORT SUBSTITUTION / ANALYSIS OF DOMESTIC GIS / SOFTWARE PRODUCTS

Анотація наукової статті з комп'ютерних та інформаційних наук, автор наукової роботи - Яроцька Олена Вадимівна, Патов Алі Мухаммедович

Нині економіка країни у своєму розвитку взяла напрямок убік імпортозаміщення. Розвиток вітчизняних інформаційних технологій та програмного забезпечення є одним із пріоритетних напрямків. У статті проаналізовано стан вітчизняного ринку розробників географічних інформаційних систем (ГІС). Розглядається можливість імпортозаміщеннязарубіжних програмних продуктів обробки просторових даних аналогами російського виробництва Як об'єкти аналізу виступили такі програмні продуктияк ГеоГраф, ІнГео, GeoMixer, ZuluGIS, IndorGIS, Панорама. В результаті аналізу з'ясувалося, що існує безліч проблем на шляху повного імпортозаміщеннязарубіжних ГІС, такі як вузька спеціалізація вітчизняних ГІС, слабка маркетингова політика щодо поширення на ринок програмних продуктів, непродуманість інтерфейсу. Але потенціал розвитку вітчизняних ДВС дуже великий. Однією з головних переваг російських інформаційних технологій в обробці просторових даних є те, що розробники гнучкіше можуть реагувати на зміну кон'юнктури ринку.

Схожі теми наукових праць з комп'ютерних та інформаційних наук, автор наукової роботи - Яроцька Олена Вадимівна, Патов Алі Мухаммедович

• Застосування геоінформаційних систем у землеустрої та кадастрі для управління земельними ресурсами на муніципальному рівні в Карачаєво-Черкеській Республіці

  2017 / Яроцька О.В., Патов О.М.

• Візуально-інтерактивна технологія інтеграції САПР та ГІС

  2010 / Дорофєєв Сергій Юрійович, Зайцева Марія Олександрівна

• Організація просторових даних на основі стандартів та вільно розповсюджуваних програмних продуктів

  2013 / Комоско Володимир, Серебряков Сергій

• Аналіз програм ГІС класу у транспортній логістиці

  2013 / Плотко К.О., Долгова Т.Г.

• Інновації та інформаційні технології у бізнесі: основні тенденції та перспективи розвитку

  2012 / Бутенко Яна Андріївна

• Програмний модуль побудови та аналізу векторних полів

  2017 / Коробков Віктор Миколайович

• ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДУ СЕГМЕНТУВАННЯ ОБ'ЄКТІВ У Quantum GIS У РАМКАХ ПІДГОТОВЧОГО ЕТАПУ ПРОВЕДЕННЯ КАДАСТРОВОЇ ОЦІНКИ ЗЕМЕЛЬ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

  2019 / Перов О. Ю., Шумаєва К. В., Яриш С. С.

• Реалізація підсистеми ДВС у середовищі МСВС інформаційно-телекомунікаційного комплексу оповіщення та зв'язку

  2011 / Пономарьов Андрій Олександрович, Ігумнов Артем Олегович

• Проект інтегрованої геоінформаційної системи ІНЦ з РАН для підтримки фундаментальних досліджень

  1998 / Бичков І. В., Васильєв С. Н., Кузьмін В. А., Ступін Г. В.

• Аналіз існуючих програмних комплексів для побудови геоінформаційної системи управління роботою структурних підрозділів ВАТ «РЗ»

  2017 / Нікітчин Андрій Андрійович, Богданов Микола Олександрович, Рибкін Володимир Сергійович

DEVELOPMENT OF DOMESTIC GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEMS IN THE CONDITIONS OF IMPORT SUBSTITUTION

Нові дні, економіка країни є такою, як напрямок import substitution in its development. Розвиток домашніх інформаційних технологій і програмного забезпечення є одним з priorits. Матеріали analyzes state of domestic market, розробка geographic information systems developers. Можливість import substitution of foreign software products by spatial data analogues in Russia is considered. Як об'єкти аналізу became programs так як GeoGraf, InGeo, GeoMixer, ZuluGIS, IndorGIS, Panorama. Як результат аналітики буде оцінено, що є безліч проблем в міру повного import substitution foreign GIS, так само як спеціалізація домашніх GIS, а weak marketing strategy for distribution to market of software products , crudity of interface. Хоча, потенційний розвиток домашніх GIS є дуже великим. Один з основних значень російської інформаційної технології в процесі оформлення конкретних даних є те, що розробники можуть відповідати більше flexibly to changing market conditions

ГІС-продукти, вироблені в РФ, набрали ваги та функціональності

Рівно сім років пройшло з того часу, як PC Week/RE опублікував огляд про перспективи універсальних російських ГІС (www.pcweek.ru/Year2000/ N28/CP1251/GeoInfSystems/chapt1.htm) і поставив питання, чи виживуть місцеві виробники чи будуть потужним потоком із Заходу. В цілому автора статті цікавило "хто кого?", але насправді все склалося цілком успішно: і російські, і закордонні розробники в нашій країні мирно співіснують і знаходять власних споживачів. Втішно, що більшість виробників цікавих та багатообіцяючих продуктів не канули в Лету - і ЦГІ ІГ РАН (Центр геоінформаційних досліджень Інституту географії Російської академії наук, geocnt. geonet.ru), і уфімська компанія "Інтегро" (www.integro.ru), і КБ "Панорама" (www.gisinfo. ru), і фірма "РАДОМ-Т" (www.objectland.ru) благополучно живуть та стабільно розвиваються. Правда, не обійшлося і без втрат - з дистанції зійшла компанія Ланеко, розробник ГІС Парк, а фірма Трисофт (www.trisoftrus.com) більше не випускає нових версій геоінформаційного ПЗ Sinteks ABRIS, хоча і підтримує його користувачів і продовжує виконувати ГІС-проекти, але вже на продуктах компанії ESRI. Петербурзьке підприємство CSI Software (www.trace.ru), що фігурувало в огляді семирічної давності, зараз зосереджено на випуску програмного забезпечення для комплексних ІС, що включають геоінформаційну складову; зокрема, воно підтримує сайт "Жовті сторінки" (www.yell. ru) та картографічну пошукову систему Go2Map (www.go2map.ru). Це підприємство вирішує за допомогою ГІС транспортні та моніторингові завдання та створює картографічні інтернет-додатки та ПЗ для мобільних пристроїв.

ГІС ObjectLand

Загалом появі ГІС вітчизняного виробництва наша країна над останню зобов'язана бідності потенційних замовників. Звичайно, саме по собі стиснене матеріальне становище ще не є гарантією прогресу, але в нашому випадку це було саме так: майже всі відомі та затребувані на сьогодні російські ДВС були створені у 90-х роках, коли потреба в них стала очевидною, але фінансові. можливості НДІ, вузів та міських адміністрацій не дозволяли купувати дорогі зарубіжні розробки. Зокрема, ЦДІ ІГ РАН та КБ "Панорама" випустили свої перші продукти у 1991 р., компанія "РАДОМ-Т" - у 1993-му, а фірма "Інтегро" - у 1998-му.

Оплот геоінформаційної стабільності Росії

Що стосується ЦДМ ІГ РАН, то цьому інституту абсолютно не властиві будь-які технологічні чи організаційні метання. Він методично працює на ниві розвитку технологій створення та інтеграції просторових даних, розглядаючи випуск ПЗ як складову частину робіт з підготовки нормативних документів, технологічних процесів, навчання кадрів та допомоги у запуску спеціалізованих центрів геоінформаційної спрямованості В даний час ЦГІ ІГ РАН випускає професійну геоінформаційну систему "ГеоГраф ГІС" (geocnt.geonet.ru/rus/gg20.html), пакет ActiveX-компонент для створення прикладних ГІС "ГеоКонструктор" (geocnt. geonet.ru/rus/gc20). html) і засіб для публікації карток в Інтернеті GeoConstructor Web (geocnt.geonet.ru/rus/gc_ web.html). Як повідомив PC Week/RE керівник ЦДМ ІГ РАН Микола Казанцев, у 2006 р. у продукти компанії був вбудований механізм синхронізації нетопологічних шарів при їх розрахованому на багато користувачів редагуванні в ЛВС, а також розвинений і доповнений ГІС-функціонал для забезпечення організації та надання просторових даних згідно з " Концепції створення та розвитку інфраструктури просторових даних РФ", прийнятої розпорядженням Уряду РФ від 21 серпня 2006 р. N 1157-р. ЦДМ ІГ РАН бере активну участь у розробці нормативних правових документів у цій галузі, включаючи перші національні стандарти. Цей напрямок є вкрай важливим для вирішення практичних завдань – зокрема, впорядкування ситуації із земельним податком, збирання якого через проблеми з достовірністю та повнотою просторових даних становить приблизно 10-20% від можливого. "Використання геоінформаційних технологій та підвищення повноти та достовірності даних про земельні ділянки дозволили минулого року збільшити суму земельного податку в Митищинському муніципальному районі більш ніж у чотири рази, - зазначив Микола Миколайович. - Сучасні ГІС-технології в Росії будуть ефективні лише за умови орієнтації на рішення повсюдної проблеми неповноти, недостовірності та неузгодженості наданих різними організаціями просторових даних про одні й ті самі об'єкти, забезпечення правового статусу цих даних та створення систем поділу відповідальності за них".

ГІС "Карта 2005"

Нетривіальний продукт написаний на Visual SmallTalk

ГІС ObjectLand, створена і розповсюджувана компанією "РАДОМ-Т", є розрахованою на багато користувачів системою, що володіє крім стандартних для ГІС функцій широкими можливостями по інтеграції даних із зовнішніх джерел, управління правами доступу до геоданих і можливостями програмування для сторонніх розробників з використанням програмного ядра системи. ГІС ObjectLand насамперед асоціюється із земельним кадастром, хоча ця асоціація лише історична, насправді ObjectLand – це універсальна ГІС для використання у будь-яких предметних областях. Найбільш інтенсивно ObjectLand застосовується в установах Роснедвіжімості, входячи до складу програмного комплексу "Єдиний державний реєстр земель". Нині продукт експлуатується приблизно 1700 земельних кадастрових палатах Росії. До речі, 2005 р. журнал PC Magazine/REвідзначив ObjectLand у числі найкращих програмних продуктів Росії та присудив нагороду "Best Soft 2005". З інших галузей ObjectLand активно використовується у ВАТ РЗ, де стараннями відділення геоінформаційних технологій ВНІІАС МПС виконано комплекс робіт зі збирання та підготовки просторових даних про мережу залізниць Росії.

Вартість ГІС ObjectLand програми для одного користувача становить 3000 руб., Для п'яти користувачів – 7500 руб. Як зазначають керівники проекту, запропонувати такі доступні цінистало можливо після переходу на онлайновий спосіб продажів. Для оцінювання та некомерційного використання ПЗ пропонується спеціальна версія, яка не має жодних функціональних та кількісних обмежень у порівнянні з комерційним варіантом продукту. Єдина відмінність - при відображенні та друку карт в одному з кутів завжди відображається напис, що нагадує про некомерційний характер використовуваної версії. Така версія ГІС ObjectLand може безкоштовно використовуватись для навчання у всіх навчальних закладах. До речі, компанія "РАДОМ-Т" єдина зі всього списку активно намагається вийти на світовий ринок, пропонуючи як російськомовний, так і англомовний варіант продукту (www.gis-objectland.com).

Як повідомили розробники, наразі завершується робота над новою версією ObjectLand 2.7, яка забезпечить зберігання просторових даних у зовнішніх базах. У цій версії реалізовано підтримку СУБД MS SQL, Oracle, DB2, Interbase, MS Access,

MSDE, MS SQL Server Express, MySQL, PostgreSQL та Firebird. Безумовно, збережуться і можливості зберігання геоданих у внутрішній СУБД.

ГІС-зірка на уфімському горизонті

Центр системних досліджень "Інтегро", що колись носив назву "Альбея", - великий виробник універсального геоінформаційного програмного забезпечення в Росії. В Останніми рокамипідприємство розвивалося, реалізуючи комплексні проекти з автоматизації майнових завдань, і навіть сфери регулювання забудови міст муніципальних та обласних організацій. Лінійка продуктів компанії включає ГІС "ІнГЕО" (www.integro.ru/projects/gis/main_ gis.htm), яка дозволяє формувати векторні топографічні карти з коректною топологічною структурою, засновані на результатах інвентаризації земель та забезпечені планами населених пунктів, генеральними планами підприємств, а також схемами інженерних мереж та комунікацій. До складу ПЗ "ІнГЕО" входять сервер даних, що надає доступ до просторової інформації в розрахованому на багато користувачів режимі, сервер додатків, керуючий елемент OCX "ІнГЕО MapX", і Web-сервер "ІнГЕО MapW", що включає в себе Java-аплет "ІнГЕО МарJ". Крім того, стандартний комплект поставки містить утиліту конвертації у різні формати та засіб оптимізації просторових даних, що дозволяє скорочувати обсяг файлів, а також набір програмних модулів"ІнГЕО" мовою VBScript, які, зокрема, дають можливість колективно керувати видимістю карт та шарів. У ГІС "ІнГЕО" вбудоване середовище програмування для розробки програмних модулів мовами VBScript та JavaScript.

Крім цього "Інтегро" постачає ПЗ "Моніторинг-ІнГЕО" для створення кадастрових систем, заснованих на інтранет-технологіях і здатних зберігати інформацію про об'єкти міської інфраструктури в рамках однієї програми. Продукт розроблений для органів архітектури та містобудування, земельних комітетів, комітетів управління муніципальною власністю, БТІ та житлових організацій. До складу "Моніторинг-ІнГЕО" входять модулі: "Ресурси", призначений для обліку об'єктів рухомого та нерухомого майна, "Регламент", що дозволяє вести містобудівний, екологічний та архітектурно-історичний регламенти міста, а також "Мережа", що забезпечує збирання даних з віддалених комп'ютерів, розміщених в інженерних службах міста "Інтегро" також пропонує ПЗ "Майно" для автоматизації діяльності організацій, які здійснюють облік та управління будівлями та приміщеннями, земельними ділянками, рухомим майном та майновими комплексами.

Якщо ж говорити про плани підприємства, то, як повідомив його директор Вадим Горбачов, у 2007-2008 роках. очікується серйозна реконструкція ДВС "ІнГЕО" з метою розширення функціональних можливостей системи та більшої інтеграції з додатками "Моніторинг" та "Майно". Активно обговорюється питання про переведення у 2007-2009 роках. продуктів компанії на технології Open Source, зокрема платформу Eclipse. До речі, вартість мережевого комплекту ГІС "ІнГЕО" не змінюється вже багато років і становить 48 тис. руб. без обмеження кількості клієнтських місць. Зростання продажів продуктів "Інтегро" в 2006 р. порівняно з 2005-м склало 26%. Загальна кількість офіційно придбаних екземплярів тільки мережевої конфігураціїГІС "ІнГЕО" на початок 2007 р. досягло 443 комплектів. Найбільш широко ця система поширена в Уральському, Приволзькому та Північно-Західному федеральних округах Росії.

Військове коріння цивільної ДВС

Спочатку ГІС "Панорама" була створена топографічною службою ЗС РФ і призначена для військових цілей, але пізніше набула великої популярності і серед цивільних користувачів. На даний момент удосконаленням та просуванням рішення займається ЗАТ "Панорама", утворене у 2001 р. шляхом об'єднання розробників однойменних продуктів. Підприємство пропонує найширший спектр програмного забезпечення серед усіх лінійок, згаданих у цьому огляді. Зокрема, до складу сімейства входять універсальна ГІС "Карта 2005" з інструментами для створення та редагування електронних карт у розрахованому на багато користувачів режимі, вимірювань і розрахунків, побудови тривимірних моделей, обробки растрових даних, формування ортофотопланів і створення матриць висот. Продукт також володіє засобами тематичного картографування, забезпечує підготовку карт до видання та дозволяє працювати з GPS-приймачами та базами даних за допомогою засобів конструювання запитів та побудови звітів.

Крім того, підприємство випускає серверний ГІС-додаток GIS WebServer, розроблений за технологією ASP.NET і функціонує під керуванням IIS у середовищі .NET Framework 2.0. Рішення призначене для публікації в мережі електронних карт та інформації з баз даних та дозволяє відображати на топографічній карті дані про об'єкти, що мають територіальну прив'язку, переглядати та сортувати таблиці. ПЗ володіє функціями масштабування, скролінгу, зміни розмірів зображення та забезпечує пошук та вибір об'єктів карти. До складу лінійки продуктів також входить векторизатор "Панорама-редактор", спеціалізоване ПЗ "Блок геодезичних розрахунків" для обробки даних польових геодезичних вишукувань та ПЗ "Навігатор 2005". Останнє призначене для перегляду та друку карт, растрових зображень, матриць та тривимірних моделей, створених у ГІС "Карта 2005", а також для підключення GPS-приймачів. Також пропонуються ГІС-в'юєр і рішення MapView для КПК, що дозволяє працювати з приймачами супутникової навігаційної інформації.

У портфелі "Панорами" є і спеціалізоване рішення "Нерухомість", призначене для автоматизації діяльності зі збирання, систематизації та обліку відомостей про об'єкти нерухомості з їх подальшою прив'язкою до земельних ділянок, а також система обліку та реєстрації землеволодінь "Земля і право", що забезпечує збирання , накопичення, зберігання та використання земельно-кадастрових даних Є і засіб розробки ГІС-додатків GIS Toolkit - набір картографічних компонентів для створення програм в середовищі візуального програмування Delphi/Kylix, Builder C++ та бібліотеки для Microsoft Visual C++.

Цікаво, що продукти "Панорами" використовують багато російських держструктур. Зокрема, саме на цьому ПЗ була заснована ГІС "Наркотики", створена в рамках федеральної цільової програми "Комплексні заходи протидії зловживанню наркотиками та їх незаконному обігу" і, крім усього іншого, спрямована на виявлення ареалів можливого проростання нарковмісних культур.

Вступ…………………………………………………………………………...3

1. Геоінформаційні технології та системи…..……..…………………..4

2. Структура та функції ГІС………………………………………………...7

Заключение………………………………………………………………………...9

Список використаних джерел…………………………………………...10

ВСТУП

Поява географічних інформаційних систем відносять до початку 1960-х XX в. Саме тоді з'явилися передумови та умови для інформатизації та комп'ютеризації сфер діяльності, пов'язаних із моделюванням географічного простору та вирішенням просторових завдань. Їхня розробка пов'язана з дослідженнями, проведеними університетами, академічними установами, оборонними відомствами та картографічними службами.
Вперше термін «географічна інформаційна система» з'явився в англомовній літературі і використовувався у двох варіантах, таких, як geographic information system і geographical information system, дуже скоро він також отримав скорочене найменування (абревіатуру) GIS. Трохи пізніше цей термін проник у російський науковий лексикон, де існує у двох рівнозначних формах: вихідної повної у вигляді «географічної інформаційної системи» та редукованої у вигляді «геоінформаційної системи». Перша з них дуже скоро стала офіційно-парадною, а цілком розумне прагнення до стислості в мові та текстах скоротило останню з них до абревіатури «ГІС».

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 сенсі 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). Зазвичай, 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 та "де це знаходиться?" виділенням на карті об'єктів, відібраних за деякою умовою у БД. До базових можна також віднести відповідь на питання "що поруч?" 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 їх просторове становище, форма і взаєморозташування, а отже, ГІТ у багатьох додатках значно розширюють можливості звичайних СУБД, оскільки ГІТ зручніші та наочніші 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 . 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). Зазвичай, алфавітно-цифрова інформація організується як таблиць реляційної БД. У найпростішому випадку кожному графічному об'єкту (точковому, лінійному або майданному) ставиться у відповідність рядок таблиці – запис у БД. Використання такого зв'язку забезпечує багаті функціональні можливості ГІТ. Ці можливості, природно, різняться у 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 в БД. До базових можна також віднести відповідь на питання "що поруч?" 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 взаиморасположение. Отже, ГІТ у багатьох програмах 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 розв'язуваних задач вимогами, що пред'являються до вихідних та вихідних даних, точності, технічним засобам та інше, говорити про якусь єдину ГІС-технологію досить проблематично.

Разом про те будь-яка ГІТ включає у собі ряд операцій, які можна як базові. Вони різняться у конкретних реалізаціях лише деталями, наприклад, програмним сервісом сканування та постсканерної обробки, можливостями геометричного перетворення вихідного зображення залежно від вихідних вимог та якості матеріалу тощо.

Структура та функції ГІС

Геоінформаційні системи включають п'ять ключових складових: апаратні засоби, програмне забезпечення, дані, виконавці та методи.

Апаратні засоби. Це комп'ютер, на якому запущено ГІС. В даний час ДВС працюють на різних типахкомп'ютерних платформ від централізованих серверів до окремих або пов'язаних мережею настільних комп'ютерів.

Програмне забезпечення ГІС містить функції та інструменти, необхідні для зберігання, аналізу та візуалізації географічної (просторової) інформації. Ключовими компонентами програмних продуктів є:

Інструменти для введення та оперування географічною інформацією; система управління базою даних (DBMS або СУБД);

Інструменти підтримки просторових запитів, аналізу та візуалізації (відображення);

Графічний інтерфейс користувача (GUI або ГІП) для легкого доступу до інструментів і функцій.

Дані - це, ймовірно, найбільш важливий компонент. Дані про просторовому становищі (географічні дані) та пов'язані з ними табличні дані можуть збиратися та готуватися самим користувачем або купуватись у постачальників. У процесі управління просторовими даними географічна інформаційна система поєднує (а краще сказати – поєднує) географічну інформацію з даними інших типів. Наприклад, з конкретним шматочком електронної карти можуть бути пов'язані вже накопичені дані про населення, характер грунтів, близькість небезпечних об'єктів тощо (залежно від завдання, яке доведеться вирішувати за допомогою ГІС). Причому в складних, розподілених системах збору та обробки інформації часто з об'єктом на карті пов'язують не існуючі дані, а їхнє джерело, що дозволяє в реальному часі відстежувати стан цих об'єктів. Такий підхід застосовується, наприклад, для боротьби з надзвичайними ситуаціями на зразок лісових пожеж чи епідемій.

Виконавцями називають людей, які працюють із програмними товарами і розробляють плани їх використання під час вирішення справжніх завдань. Може здатися дивним, що люди, які працюють з програмним забезпеченням, розглядаються як складова частина ГІС, однак у цьому є свій сенс. Справа в тому, що для ефективної роботигеографічної інформаційної системи необхідне дотримання методів, передбачених розробниками, тому без підготовлених виконавців навіть найуспішніша розробка може втратити будь-який сенс.

Користувачами ГІС можуть бути як технічні фахівці, які розробляють та підтримують систему, так і звичайні співробітники (кінцеві користувачі), яким ГІС допомагає вирішувати поточні щоденні справи та проблеми.

Методи. Успішність та ефективність (у тому числі економічна) застосування ГІС багато в чому залежить від правильно складеного плану та правил роботи, що складаються відповідно до специфіки завдань та роботи кожної організації.

Структура ГІС, як правило, включає чотири обов'язкові підсистеми:

1) Введення даних, що забезпечує введення та/або обробку просторових даних, отриманих з карток, матеріалів дистанційного зондування тощо;

2) Зберігання та пошуку, що дозволяє оперативно отримувати дані для відповідного аналізу, актуалізувати та коригувати їх;

3) Обробки та аналізу, що дає можливість оцінювати параметри, вирішувати розрахунково-аналітичні завдання;

4) Подання (видачі) даних у різному вигляді (карти, таблиці, зображення, блок-діаграми, цифрові моделі місцевості тощо)

Таким чином, створення карт у колі «обов'язків» ГІС займає далеко не перше місце, адже щоб отримати тверду копію карти зовсім не потрібна більшість функцій ГІС, або вони застосовуються опосередковано. Тим не менш, як у світовій, так і у вітчизняній практиці, ГІС широко використовуються саме для підготовки карток до видання і, меншою мірою, для аналітичної обробки просторових даних або управління потоками товарів та послуг.

ВИСНОВОК

Використання геоінформаційних систем не тільки видозмінює наші уявлення про способи пізнання дійсності, а й вносить суттєві корективи у теоретичні основикартографування. Як образно пише А.М. Берлянт, «електронні карти вже не пахнуть друкарською фарбою, а підморгують з екрану яскравими вогниками значків і хамеліоністо змінюють забарвлення залежно від нашого бажання та настрою». Синтез геоінформаційних технологій та Інтернет-простору дає підстави говорити про особливий геоінформаційний простір.

У принципі, основні етапи комп'ютерного картографування збігаються з етапами звичайного історичного дослідження, однак слід підкреслити і деякі специфічні моменти. Насамперед, вони пов'язані з пошуком джерел та підготовкою їх для аналізу. Просторовий аналіз вимагає крім створення вже звичних для історика баз даних (переважно статистичних) підбору картографічних джерел, а це, у свою чергу, неможливо без розуміння традиційних методів виготовлення карт, знання історії картографії, уявлення про проекції тощо. Принципово новим для комп'ютерного джерелознавства є створення джерела для аналізу, оскільки він передбачає .

Подібна інформація.

Геоінформаційні технології можна визначити як сукупність програмно-технологічних, методичних засобів отримання нових видів інформації про світ. Вони призначені для підвищення ефективності: процесів управління, зберігання та подання інформації, обробки та підтримки прийняття рішень. Це полягає у впровадженні геоінформаційних технологій у науку, виробництво, освіту та застосування у практичній діяльності одержуваної інформації про навколишню реальність.

Геоінформаційні технології є новими інформаційними технологіями, спрямованими для досягнення різних цілей, включаючи інформатизацію виробничо-управлінських процесів. Особливістю геоінформаційних систем (далі - ГІС) і те, що як інформаційні системи є результатом еволюції цих систем і тому включають основи побудови і функціонування інформаційних систем. ГІС як система включає безліч взаємопов'язаних елементів, кожен з яких пов'язаний прямо або опосередковано з кожним іншим елементом, а два будь-які підмножини цієї множини не можуть бути незалежними, не порушуючи цілісність, єдність системи.

Ще однією особливістю ГІС є те, що вона є інтегрованою інформаційною системою. Інтегровані системи побудовані на засадах інтеграції технологій різних систем. Вони часто застосовуються настільки в різних областях, що їх назва часто не визначає всі можливості та функції. З цієї причини не слід пов'язувати ГІС із розв'язанням задач лише геодезії чи географії. «Гео» у назві геоінформаційних систем та технологій визначає об'єкт досліджень, а не предметну сферу використання цих систем.

Інтеграція ГІС з іншими інформаційними системами породжує їхню багатоаспектність. У ГІС здійснюється комплексне оброблення інформації від збору даних до її зберігання, оновлення та подання, тому слід розглянути ГІС з різних позицій.

Як системи управлінняГІС призначені для забезпечення процесу прийняття рішень щодо оптимального управління землями та ресурсами, міським господарством, організації транспорту та роздрібної торгівлі, використання океанів або інших просторових об'єктів. На відміну від інформаційних систем, у ГІС з'являється безліч нових технологій просторового аналізу даних, поєднаних із технологіями електронного офісу та оптимізації рішень на цій основі. Внаслідок цього ГІС є ефективним методом перетворення та синтезу різноманітних даних для завдань управління.

Як геосистемиГІС інтегрують технології збору інформації таких систем як: географічні інформаційні системи, системи картографічної інформації, автоматизовані системи картографування, автоматизовані фотограмметричні системи, земельні інформаційні системи, автоматизовані кадастрові системи тощо.

Як системи баз данихГІС характерні широким набором даних, що збираються за допомогою різних методів та технологій. При цьому слід підкреслити, що вони поєднують у собі можливості текстових та графічних баз даних.

Як системи моделюванняГІС використовує максимальну кількість методів та процесів моделювання, що застосовуються в інших інформаційних системахі насамперед у САПР.

Як системи отримання проектних рішеньГІС багато в чому використовують концепції та методи автоматизованого проектування та вирішують ряд спеціальних проектних завдань, які у типовому автоматизованому проектуванні не зустрічаються.

Як системи подання інформаціїДВС є розвитком автоматизованих систем документаційного забезпечення з використанням сучасних технологіймультимедіа. Вони володіють засобами ділової графіки та статистичного аналізу та додатково до цього засобами тематичного картографування. Саме ефективність останнього забезпечує різноманітне вирішення завдань у різних галузях під час використання інтеграції даних з урахуванням картографічної інформації.

Як прикладні системиГІС немає собі рівних по широті, оскільки застосовуються у транспорті, навігації, геології, географії, військовій справі, топографії, економіці, екології тощо.

Як системи масового використанняГІС дозволяють використовувати картографічну інформацію на рівні ділової графіки, що робить їх доступними будь-якому школяру чи бізнесмену, а не лише фахівцеві географу. Саме тому прийняття багатьох рішень на основі ГІС-технологій не зводиться до створення карток, а лише використовує картографічні дані.

Організація даних у ГІС. Тематичні дані зберігаються у ГІС як таблиць, тому проблем зі своїми зберіганням та організацією у базах даних немає. Найбільші проблеми є зберігання та візуалізація графічних даних.

Основним класом даних ГІС є координатні дані, що містять геометричну інформацію та відображають просторовий аспект. Основні типи координатних даних: точка (вузли, вершини), лінія (незамкнена), контур (замкнена лінія), полігон (ареал, район). На практиці для побудови реальних об'єктіввикористовують більша кількістьданих (наприклад, висячий вузол, псевдовузол, нормальний вузол, покриття, шар та ін.). На рис. 3.1 показано основні з розглянутих елементів координатних даних.

Розглянуті типи даних мають більшу кількість різноманітних зв'язків, які можна умовно поділити на три групи:

• взаємозв'язку для побудови складних об'єктів із простих елементів;
• взаємозв'язки, що обчислюються за координатами об'єктів;
• взаємозв'язки, що визначаються за допомогою спеціального опису та семантики при введенні даних.

У загальному випадку моделі просторових (координатних) даних можуть мати векторне або растрове (коміркове) уявлення, містити або не містити топологічні характеристики. Цей підхід дозволяє класифікувати моделі за трьома типами: растрова модель; Векторна нетопологічна модель; Векторні топологічні моделі. Всі ці моделі взаємно перетворювані. Проте при отриманні кожної їх необхідно враховувати їх особливості. У ГІС формі представлення координатних даних відповідають два основних підкласи моделей: векторні та растрові (комірчастіабо мозаїчні). Можливий клас моделей, які містять характеристики векторів і мозаїк. Вони називаються гібридними моделями.

Рис. 3.1.

Графічне уявлення будь-якої ситуації на екрані комп'ютера передбачає відображення на екрані різних графічних образів. Сформований графічний образ на екрані ЕОМ і двох різних з погляду середовища зберігання частин - графічної «підкладки» чи графічного тла та інших графічних об'єктів. Стосовно цих інших графічних образів «образ-підкладка» є «площадним», або просторовим двовимірним зображенням. Основною проблемою при реалізації геоінформаційних додатків є складність формалізованого опису конкретної предметної області та її відображення на електронній карті.

Таким чином, геоінформаційні технології призначені для широкого впровадження у практику методів та засобів інформаційної взаємодії над просторово-часовими даними, що подаються у вигляді системи електронних карт, та предметно-орієнтованих середовищ обробки різнорідної інформації для різних категорій користувачів.

Розглянемо докладніше основні графічні моделі.

Векторні моделішироко застосовуються у ГІС. Вони будуються на векторах, що займають частину простору, на відміну від растрових моделей, що займають весь простір. Це визначає їхню основну перевагу - вимога на порядки меншої пам'яті для зберігання та менших витрат часу на обробку та подання, а головне - більш висока точність позиціонування та подання даних. При побудові векторних моделей об'єкти створюються шляхом з'єднання точок прямими лініями, дугами кіл, полілініями. Площі об'єкти - ареали задаються наборами ліній.

Векторні моделі використовуються переважно у транспортних, комунальних, маркетингових додатках ГІС. Системи ГІС, що працюють переважно з векторними моделями, отримали назву векторних ГІС. У реальних ГІС мають справу не з абстрактними лініями та точками, а з об'єктами, що містять лінії та ареали, що займають просторове становище, а також із складними взаємозв'язками між ними. Тому повна векторна модель даних ГІС відображає просторові дані як сукупність таких основних частин: геометричні (метричні) об'єкти (крапки, лінії та полігони); атрибути – ознаки, пов'язані з об'єктами; зв'язок між об'єктами. Векторні моделі (об'єктів) використовують як елементарну модель послідовність координат, що утворюють лінію. Лінією називають кордон, сегмент, ланцюг чи дугу. Основні типи координатних даних класі векторних моделей визначаються через базовий елемент лінія наступним чином. Точка визначається як лінія нульової довжини, що виродилася, лінія - як лінія кінцевої довжини, а площа представляється послідовністю пов'язаних між собою відрізків. Кожна ділянка лінії може бути межею для двох ареалів або двох перетинів (вузлів). Відрізок загального кордону між двома перетинами (вузлами) має різні назви, які є синонімами у предметній області ГІС. Фахівці з теорії графів віддають перевагу слову "лінія" терміну "ребро", а для позначення перетину вживають термін "вершина". Національним стандартом США офіційно санкціоновано термін "ланцюг". У деяких системах ( Arclnfo, GeoDraw) використовується термін "дуга". На відміну від звичайних векторів у геометрії, дуги мають свої атрибути. Атрибути дуг позначають полігони з обох боків від них. По відношенню до послідовного кодування дуги ці полігони називаються лівий та правий. Поняття дуги (ланцюга, ребра) є фундаментальним для векторних ГІС.

Векторні моделі отримують у різний спосіб. Одне з найпоширеніших - векторизація сканованих (растрових) зображень.

Векторизація- процедура виділення векторних об'єктів з растрового зображеннята отримання їх у векторному форматі. Для векторизації необхідно висока якість(виразні лінії та контури) растрових образів. Щоб забезпечити необхідну чіткість ліній, іноді доводиться займатися поліпшенням якості зображення.

При векторизації можливі помилки, виправлення яких здійснюється у два етапи:

• 1) коригування растрового зображення до його векторизації;
• 2) коригування векторних об'єктів.

Векторні моделі за допомогою дискретних наборів даних відображають безперервні об'єкти чи явища. Отже, можна говорити про векторну дискретизацію. При цьому векторне уявлення дозволяє відобразити більшу просторову мінливість для одних районів, ніж для інших, у порівнянні з растровим уявленням, що зумовлено більш чітким показом кордонів та їхньою меншою залежністю від вихідного образу (зображення), ніж при растровом відображенні. Це характерно для соціальних, економічних, демографічних явищ, мінливість яких у ряді районів інтенсивніша.

Деякі об'єкти є векторними за визначенням, наприклад, межі відповідної земельної ділянки, межі районів і т.д. Тому векторні моделі зазвичай використовують для збору даних координатної геометрії (топографічні записи), даних про адміністративно-правові межі тощо.

Особливості векторних моделей:у векторних форматах набір даних визначено об'єктами бази даних. Векторна модель може організовувати простір у будь-якій послідовності та дає «довільний доступ» до даних. У ній легше здійснюються операції з лінійними та точковими об'єктами, наприклад, аналіз мережі - розробка маршрутів руху через мережу доріг, заміна умовних позначень. У растрових форматах точковий об'єкт повинен займати цілу комірку. Це створює ряд труднощів, пов'язаних із співвідношенням розмірів растру та розміру об'єкта.

Що стосується точності векторних даних, то тут можна говорити про перевагу векторних моделей перед растровими, так векторні дані можуть кодуватися з будь-яким ступенем точності, яка обмежується лише можливостями методу внутрішнього представлення координат. Зазвичай для представлення векторних даних використовують 8 або 16 десяткових знаків (одинарна або подвійна точність). Тільки деякі класи даних, одержуваних у процесі вимірювань, відповідають точності векторних даних: дані, отримані точною зйомкою (координатна геометрія); карти невеликих ділянок, складені за топографічними координатами та політичні межі, визначені точною зйомкою.

Не всі природні явища мають характерні чіткі межі, які можна у вигляді математично певних ліній. Це обумовлено динамікою явищ чи способами збирання просторової інформації. Ґрунти, типи рослинності, схили, місце проживання диких тварин - всі ці об'єкти не мають чітких меж. Зазвичай лінії на карті мають товщину 0,4 мм та, як часто вважається, відображають невизначеність положення об'єкта. У растрової системі ця невизначеність визначається розміром осередку. Тому слід пам'ятати, що у ГІС дійсне уявлення про точність дають розмір растрового осередку та невизначеність положення векторного об'єкта, а не точність координат. Для аналізу зв'язків у векторних моделях потрібно розглянути їх топологічні характеристики, тобто. розглянути топологічні моделі, що є різновидом векторних моделей даних.

В растрових моделяхдискретизація здійснюється найбільш простим способом- весь об'єкт (досліджувана територія) відображається у просторові осередки, що утворюють регулярну мережу. Кожному осередку растрової моделі відповідає однакова за розмірами, але різна за характеристиками (колір, щільність) ділянка поверхні. Осередок моделі характеризується одним значенням, що є середньою характеристикою ділянки поверхні. Ця процедура називається пікселізацією.Растрові моделі діляться на регулярні, нерегулярніі вкладені(рекурсивні чи ієрархічні) мозаїки. Плоскі регулярні мозаїки бувають трьох типів: квадрат (рис. 3.2), трикутник та шестикутник (рис. 3.3).

Рис. 3.2.

Рис. 3.3.

Квадратна форма зручна при обробці великих обсягів інформації, трикутна – для створення сферичних поверхонь. Як нерегулярні мозаїки використовують трикутні мережі неправильної форми ( Triangulated Irregular Network - TIN)та полігони Тіссена (рис. 3.4). Вони зручні для створення цифрових моделей позначок місцевості за заданим набором точок.

Таким чином, векторна модель містить інформацію про розташування об'єкта, а растрова - про те, що розташоване в тій чи іншій точці об'єкта. Векторні моделі належать до бінарних або квазібінарних.

Рис. 3.4.

Якщо векторна модель дає інформацію про те, де розташований той чи інший об'єкт, то растрова - інформацію про те, що розташоване в тій чи іншій точці території. Це визначає основне призначення растрових моделей – безперервне відображення поверхні. У растрових моделях як атомарну модель використовують двомірний елемент простору - піксель (осередок). Упорядкована сукупність атомарних моделей утворює растр, який у свою чергу є моделлю карти або геооб'єкта. Векторні моделі відносяться до бінарних або квазібінарних. Растрові дозволяють відображати півтони та колірні відтінки. Як правило, кожен елемент растру або кожен осередок повинен мати лише одне значення щільності або кольору. Це можна застосувати не для всіх випадків. Наприклад, коли межа двох типів покриттів може проходити через центр елемента растру, елементу дається значення, що характеризує більшу частину комірки або центральну точку.

Ряд систем дозволяє мати кілька значень одного елемента растру. Для растрових моделей існує ряд параметрів: дозвіл, значення, орієнтація, зони, положення.

Розширення- мінімальний лінійний розмір найменшої ділянки відображуваного простору (поверхні), що відображається одним пікселем. Пікселі зазвичай є прямокутниками або квадратами, рідше використовуються трикутники і шестикутники. Більш високою роздільною здатністю має растр з меншим розміром осередків. Висока роздільна здатність передбачає безліч деталей, безліч осередків, мінімальний розмір осередків.

Значення- Елемент інформації, що зберігається в елементі растру (пікселе). Оскільки під час обробки застосовують типізовані дані, тобто. необхідність визначити типи значень растрової моделі. Тип значень у осередках растру визначається як реальним явищем, так і особливостями ГІС. Зокрема, у різних системах можна використовувати різні класи значень: цілі числа, дійсні (десяткові) значення, літерні значення. Цілі числа можуть бути характеристиками оптичної щільності або кодами, що вказують на позицію в таблиці або легенді, що додається. Наприклад, можлива наступна легенда, що вказує найменування класу грунтів: Про - порожній клас, 1 - суглинні, 2 - піщані, 3 - щебнисті тощо.

Орієнтація- Кут між напрямком на північ і положенням колонок растру.

Зонарастрової моделі включає сусідні один з одним осередки, що мають однакове значення. Зоною можуть бути окремі об'єкти, природні явища, ареали типів ґрунтів, елементи гідрографії тощо. Для вказівки всіх зон з тим самим значенням використовують поняття «клас зон». Природно, що у всіх шарах зображення можуть бути зони. Основні характеристики зони - її значення та становище.

Буферна зона- Зона, межі якої віддалені на відому відстань від будь-якого об'єкта на карті. Буферні зони різної ширини можуть бути створені навколо вибраних об'єктів на основі таблиць пов'язаних параметрів.

Положеннязазвичай задається впорядкованою парою координат (номер рядка і номер стовпця), які однозначно визначають положення кожного елемента простору, що відображається в растрі. Проводячи порівняння векторних та растрових моделей, відзначимо зручність векторних для організації та роботи із взаємозв'язками об'єктів. Тим не менш, використовуючи прості прийоми, наприклад, включаючи взаємозв'язки в таблиці атрибутів, можна організувати взаємозв'язки і растрових системах.

Необхідно зупинитися на питаннях точностівідображення в растрових моделях. У растрових форматах у більшості випадків неясно, чи відносяться координати до центральної точки пікселя або одного з його кутів. Тому точність прив'язки елемента растру визначають як 1/2 ширини та висоти комірки.

Растрові моделі мають такі переваги:

• растр не вимагає попереднього знайомства з явищами, дані збираються з рівномірно розташованої мережі точок, що дозволяє надалі на основі статистичних методів обробки отримувати об'єктивні характеристики об'єктів, що досліджуються. Завдяки цьому растрові моделі можуть використовуватись для вивчення нових явищ, про які не накопичено матеріалу. У силу простоти цей спосіб набув найбільшого поширення;
• растрові дані простіше для обробки паралельних алгоритмів і цим забезпечують більш високу швидкодію порівняно з векторними;
• деякі завдання, наприклад, створення буферної зони, набагато простіше вирішувати в растровому вигляді;
• багато растрові моделі дозволяють вводити векторні дані, тоді як зворотна процедура дуже складна для векторних моделей;
• процеси растеризації набагато простіше алгоритмічно, ніж процеси векторизації, які найчастіше вимагають експертних рішень.

Цифрова карта може бути організована у вигляді множини шарів (покриттів або карт підкладок). Шари в ГІС представляють набір цифрових картографічних моделей, побудованих з урахуванням об'єднання (типізації) просторових об'єктів, мають спільні функціональні ознаки. Сукупність верств утворює інтегровану основу графічної частини ГІС. Приклад шарів вбудованої ГІС представлений на рис. 3.5.

Рис. 3.5.

Важливим моментом під час проектування ГІС є розмірність моделі. Застосовують двомірні моделі координат (2D) та тривимірні (3D). Двовимірні моделі використовуються при побудові карт, а тривимірні - при моделюванні геологічних процесів, проектуванні інженерних споруд (гребель, водосховищ, кар'єрів та ін), моделюванні потоків газів та рідин.

Існує два типи тривимірних моделей:

• 1) псевдотривимірні, коли фіксується третя координата;
• 2) справжнє тривимірне уявлення.

Більшість сучасних ДВС здійснюють комплексну обробку інформації:

• збирання первинних даних;
• накопичення та зберігання інформації;
• різні видимоделювання (семантичне, імітаційне, геометричне, евристичне);
• автоматизоване проектування;
• документаційне забезпечення.

Багато завдань, що виникають у житті, призвело до створення різних ГІС, які можуть класифікуватися за такими ознаками:

• 1) за функціональним можливостям :
  • повнофункціональні ГІС загального призначення,
  • спеціалізовані ГІС орієнтовані на вирішення конкретної задачі в будь-якій предметній галузі,
  • інформаційно-довідкові системи для домашнього та інформаційно-довідкового користування.

Функціональні можливості ГІС визначаються також архітектурним принципомїх побудови:

• закриті системи - не мають можливостей розширення, вони здатні виконувати лише той набір функцій, який однозначно визначено на момент покупки,
• відкриті системивідрізняються легкістю пристосування, можливостями розширення, так як можуть бути добудовані самим користувачем за допомогою спеціального апарату (інтегрованих мов програмування);
• 2) просторовому (територіальному) охоплення:
  • глобальні (планетарні),
  • загальнонаціональні,
  • регіональні,
  • локальні (зокрема муніципальні);
• 3) проблемно-тематичної орієнтації:
  • загальногеографічні,
  • екологічні та природокористувальні,
  • галузеві (водних ресурсів, лісокористування, геологічні, туризму тощо);
• 4) способу організації географічних даних:
  • векторні,
  • растрові,
  • векторно-розстроєві ГІС.

В якості джерел данихна формування ГІС служать:

• картографічні матеріали(топографічні та загальногеографічні карти, карти адміністративно-територіального поділу, кадастрові плани та ін.). Відомості, одержувані з карт, мають територіальну прив'язку, тому їх зручно використовувати як базовий шар ГІС. Якщо немає цифрових карт на досліджувану територію, тоді графічні оригінали карт перетворюються на цифровий вигляд;
• дані дистанційного зондування(Далі - ДДЗ) все ширше використовуються для формування баз даних ГІС. До ДДЗ насамперед відносять матеріали, які отримують з космічних носіїв. Для дистанційного зондування застосовують різноманітні технології отримання зображень та передачі їх на Землю, носії знімальної апаратури (космічні апарати та супутники) розміщують на різних орбітах, оснащують різною апаратурою. Завдяки цьому отримують знімки, що відрізняються різним рівнем оглядовості та детальності відображення об'єктів природного середовища у різних діапазонах спектру (видимий та ближній інфрачервоний, тепловий інфрачервоний та радіодіапазон). Все це обумовлює широкий спектр екологічних завдань, які вирішуються із застосуванням ДДЗ. До методів дистанційного зондування відносяться аеро- та наземні зйомки та інші неконтактні методи, наприклад, гідроакустичні зйомки рельєфу морського дна. Матеріали таких зйомок забезпечують отримання як кількісної, так і якісної інформації про різні об'єкти природного середовища;
• матеріали польових пошуків територійвключають дані топографічних, інженерно-геодезичних вишукувань, кадастрової зйомки, геодезичні вимірювання природних об'єктів, що виконуються нівелірами, теодолітами, електронними тахеометрами, GPS-приймачами, а також результати обстеження територій із застосуванням геоботанічних та інших методів, наприклад, дослідження з переміщень та ін.;
• статистичні даннімістять дані державних статистичних служб з різних галузей народного господарства, а також дані стаціонарних вимірювальних постів спостережень (гідрологічні та метеорологічні дані, відомості про забруднення навколишнього середовища тощо);
• літературні дані(довідкові видання, книги, монографії та статті, що містять різноманітні відомості щодо окремих типів географічних об'єктів).

У ГІС рідко використовується лише один вид даних, найчастіше це поєднання різноманітних даних на будь-яку територію.

Основні галузі використання ГІС:

• електронні картки;
• міське господарство;
• державний земельний кадастр;
• екологія;
• дистанційне зондування;
• економіка;
• спеціальні системи військового призначення.

На практиці найкраще зарекомендували себе для роботи з дрібномасштабними «природними» картами (геологія, сільське господарство, навігація, екологія тощо) такі ГІС, як Arclnfoі ArcView GIS.Обидві системи розроблено американською компанією ESRI(www. esri.com, www.dataplus.ru) і дуже поширені у світі.

З відносно простих західних ГІС, які починали свій родовід з аналізу територій в обсязі, необхідному для бізнесу та щодо простих застосувань, можна назвати систему Maplnfo,яка також поширена у світі дуже широко. Ця система дуже швидко прогресує і сьогодні може скласти конкуренцію найрозвиненішим ГІС.

Корпорацією Intergraph(www.intergraph.com) поставляється ГІС MGE,базується на основі AutoCAD-подібної системи MicroStation,що випускається у свою чергу компанією Bendy.Система MGEє ціле сімейство різних програмних продуктів, що допомагають вирішувати найбільшу кількість завдань, що існують в галузі геоінформатики.

Всі ці продукти мають і інтернет-ГІС-сервери, що дозволяють публікувати цифрові карти в Інтернеті. Правда, доводиться говорити тільки про в'юєри, оскільки забезпечити сьогодні редагування топологічних карт з боку віддаленого клієнта Інтернету не можна через недостатню розвиненість як ГІС-, так і інтернет-технологій.

Буквально нещодавно вийшла на ринок ГІС та Microsoft,підтвердивши тим самим, що ГІС стане в найближчому майбутньому такою системою, яку повинен мати на своєму комп'ютері будь-який поважаючий себе користувач, як він має сьогодні у себе Excelабо Word. Microsoftвипустила продукт MapPoint (Microsoft MapPoint 2000 Business Mapping Software), який увійде до складу Office 2000. Ця компонента офісного продукту буде орієнтована в основному на бізнес-планування та аналіз.

Повторення концепції Arclnfo,але сильно поступається останньою за функціональною повнотою є вітчизняна система GeoDraw,розроблена в ЦДМ ІГРАН (м. Москва). Можливості її обмежені сьогодні переважно дрібномасштабними картами. На наш погляд, значно «сильнішим» тут виглядає «старійшина» вітчизняної геоінформатики - ГІС Sinteks ABRIS.В останній добре представлені функції аналізу просторової інформації.

У геології сильні позиції ГІС ПАРК (Ланеко, м. Москва), де також реалізовані унікальні методи моделювання відповідних процесів.

Найбільш «просунутими» в галузі представлення та чергування великомасштабних насичених карт міст та генеральних планів великих підприємств можна вважати дві вітчизняні системи: GeoCosm(ГЕОІД, м. Геленджик) та «ІнГео» (ЦСІ «Інтегро», м. Уфа, www.integro.ru). Ці системи - одні з наймолодших і тому розроблялися одночасно з використанням найсучасніших технологій. А систему «ІнГео» розробляли навіть не так геодезисти, як фахівці, які відносять себе до професіоналів у галузі імітаційного моделювання та кадастрових систем.

У цілому нині у Росії майже кожної організації створюють свою ГИС. Однак, цей процес - дуже непростий, і ймовірність його завершення невдало незрівнянно вищу, ніж ймовірність безпроблемної реалізації, не кажучи вже про можливість виходу комерційного продукту, що припускає відчуження від розробників.