1.3. Поняття про географічні інформаційні системи (гіс). Історія розвитку гіс

Останнім часом значно зріс інтерес до геоінформатики (geoinformatics) та географічних інформаційних систем (ГІС, Geographic Information System, GIS), але для більшості людей ця назва особливо ні про що не говорить і в основному пов’язана з географією, тобто з використанням у певній предметній галузі - географії. Однак це не зовсім відповідає справжнім можливостям цих систем.

Термін геоінформатика складається з трьох частин: географія, інформація й автоматика. [7]

Геоінформатика - це науково-технічний комплекс, що об'єднує однойменну галузь наукового знання, технологію і прикладну діяльність, що пов'язані зі збором, збереженням, захистом, обробкою і відображенням просторових (географічних) даних, інформації і знань, а також із проектуванням, створенням і експлуатацією ГІС.

Рис.1.

Поняття геоінформатики включає в себе не тільки роботу з просторовими географічними об'єктами, але й пов’язані з ними науково-практичні, виробничі, соціально-економічні аспекти тощо, тому що спектр взаємозв'язків геоінформатики з різними науками практично не обмежений (Рис.1).

Геоінформатика має міждисциплінарний характер, а ГІС - це техніко-технологічне її втілення і використання однієї з багатьох її граней.

Основне призначення ГІС - формування знань про Землю, окремі території, місцевості, а також своєчасне доведення необхідних і достатніх просторових даних до численних користувачів з метою досягнення найбільшої ефективності їх роботи і прийняття, на основі цих знань, керівних рішень. [6, 16, 21]

Дуже часто необхідність проаналізувати географічне розміщення явищ і об’єктів та їх кількісні і якісні характеристики за допомогою карт виникає у представників різних предметних галузей, адже візуальне сприйняття інформації у людини розвинене набагато краще.

ГІС у повній мірі властиві всі компоненти інформаційної системи, включаючи програмне, апаратне, інформаційне, правове, лінгвістичне, організаційне забезпечення.

Виходячи з цього, ГІС - це інтегрована інформаційна система, до якої входить весь комплекс програмно-апаратних і організаційних засобів і яка призначена для введення, зберігання, обробки, аналізу і виведення даних з метою отримання інформації в різних предметних галузях, сполучною ланкою якої є просторово-координовані географічні дані.

Інтегровані ІС, що працюють з просторовими системами управління інформацією, найбільш придатні для користувача. Користувач має можливість доступу до даних, не турбуючись про зв’язки самої системи. Аналіз даних забезпечується за рахунок компактного зберігання, а також розміщення пакетів аналізуючих програм всередині системи. Запит здійснюється в інтерактивному режимі. Інші важливі позитивні якості полягають в наявності єдиного інтерфейсу користувача, можливості узагальнення з іншими системами, обміну даними й інтегрування баз даних.

Сутність ГІС полягає в діяльності колективів спеціалістів (геодезистів, програмістів, економістів та інших) по збору, системній обробці, моделюванню й аналізу інформації, її відображенню і використанню при вирішенні різних завдань, підготовці й прийнятті рішень.

Як система управління ГІС призначені для забезпечення прийняття рішень щодо оптимального управління територіями і ресурсами, міським господарством, транспортом, роздрібною торгівлею, сільським господарством, використання різних просторових об’єктів. При цьому для прийняття рішень завжди використовуються географічні дані.

На відміну від інших ІС в ГІС з’являється багато нових технологій просторового аналізу даних, тобто ГІС є могутнім засобом перетворення і синтезу різноманітних даних для завдань управління. ГІС об’єднують в собі такі технології, як: системи автоматизованого проектування (САПР - Computer-Aided Design, CAD); автоматизовані картографічні системи (АКС – Automated Cartographic System, ACS); управління мережами (Automated Mapping/Facilities Management, AM/FМ); системи дрібномасштабного просторового аналізу; системи управління базами даних (СУБД – Data Base Management system, DBMS); експертні системи (ЕС – Expert System); інтеграції технологій на базі технологій САПР й інтеграції даних на основі географічної інформації.

Можна охарактеризувати ГІС за переліком типів питань, на які вони спроможні відповідати. Якщо абстрагуватися від конкретного застосування, можна виділити такі типи питань:

-перше питання полягає у з’ясуванні, що знаходиться в даному місці. Місце може бути визначене різними способами, наприклад, за назвою місцевості, за географічними координатами - широти і довготи;

-друге питання є зворотним до першого, і для відповіді на нього потрібен просторовий аналіз. Замість з’ясування, що існує в даному місці, необхідно визначити місце, яке задовольняє деякі умови;

-третє питання може включати обидва перші і є спробою визначити часові зміни на певній площі.

Останнє питання найбільш складне. Його можна поставити, щоб визначити, наприклад, чи є рак головною причиною смертності населення поблизу АЕС. Не менш важливо знати, скільки існує аномалій, невідповідних розподілу, і де вони знаходяться.

Таке питання ставлять, коли хочуть, наприклад, з’ясувати, що станеться, коли до існуючої мережі додати нову дорогу, або якщо трапиться аварія на хімічному комбінаті і станеться викид шкідливих речовин в навколишнє середовище і таке інше.

ГІС не є просто автоматизованою системою для складання карт, хоч вони можуть створювати карти в різних масштабах, проекціях і з різноманітним забарвленням, ГІС - це аналітичний (analytic) інструмент. Головна перевага ГІС полягає саме в їх здатності визначати просторові зв’язки між об’єктами карти.

ГІС не зберігають карти в загальновизначеному значенні, вони не зберігають також будь-яке зображення або уявлення простору. Замість цього ГІС зберігають дані, за допомогою яких можна створити потрібне уявлення, яке більше підходить для конкретної мети.

ГІС зв’язують просторові дані з географічною, економічною та іншою інформацією про кожний окремий об’єкт карти. Ця інформація зберігається у вигляді атрибутів або характеристик об’єкту, поданого графічно. Наприклад, мережа шляхів може бути подана схемою осьових ліній доріг, але в цьому випадку отримане візуальне уявлення дає не дуже багато інформації про дороги. Щоб отримати інформацію про дороги, потрібно звернутися до бази даних. Тоді можна було б створити зображення доріг в умовних знаках у відповідності до тієї інформації, яка повинна бути показана, наприклад, в залежності від ширини або матеріалу покриття.

Крім того, ГІС можуть користуватися атрибутами, які зберігаються, для отримання нової інформації про об’єкти карти, наприклад, для обчислення довжини певного шляху чи для визначення загальної площі будь-якого типу грунтів.

Збір просторових даних - це загалом таке ж стародавнє заняття, як заняття картографією, і кожен атлас є однією із форм ГІС, оскільки утримує в собі безліч даних із різних джерел. Багато організацій, які мають необхідний набір карт, все-таки стикаються із все більшими труднощами при порівнянні інформації із різних джерел, особливо в умовах відсутності часу, відпущеного тим, хто робить політику і приймає рішення.

Впровадження ЕОМ призвело до двох основних наслідків. По-перше, воно дозволило всім, хто відповідає за збір і відображення різних статистичних даних, автоматизувати їх обробку і тим самим прискорити і зробити більш гнучкими, як саму цю обробку, так і аналіз. По-друге, воно забезпечило створення засобів автоматичного картографування і створеня автоматичних засобів обробки великих обсягів інформації, пов’язаної з просторовими об’єктами.

Завдяки появі в кінці 50-х років ЕОМ, виникла практична можливість створення ефективних ГІС, які швидко реагують на просторово-атрибутивні запити.

Подальший бурхливий розвиток обчислювальної техніки привів до появи в кінці 60-х років ГІС. Джерела розробки і створення ГІС потрібно шукати, перш за все, в роботах колективів, що сформулювали перші завдання і підходи до побудови інформаційних систем, орієнтованих на обробку просторових даних у Канаді і Швеції. У Канаді в 1963-1971 рр. була розроблена ГІС - CGIS, що стала одним із прикладів великої універсальної ГІС національного рівня і може вважатися класикою. Приблизно в той же час у Швеції проводились роботи по створенню ГІС земельно-облікової спеціалізації, зокрема Шведського земельного банку даних, призначеного для автоматизації обліку земельних ділянок і нерухомості.

У зв’язку з колосальними обсягами текстової і графічної інформації, модельних розрахунків, якісної графіки, якими оперує ГІС, необхідні значні машинні ресурси. Це стримувало широке розповсюдження ГІС у зв’язку з високою вартістю виконання, впровадження і супроводження проектів. Функціональна обмеженість ГІС “першого покоління” (відсутність чи примітивність графічної і картографічної інформації) мала й чисто технічні причини: нерозвиненість периферійного обладнання (дисплей ще не став звичним атрибутом ЕОМ) на великих і потужних, але дуже дорогих ЕОМ, неможливість перенесення програмного забезпечення, критичність обчислювальних ресурсів у відношенні до обсягу даних і часу виконання завдань. Проте ядро геоінформаційних технологій було сформоване на рубежі 60-х і 70-х років, визначивши вигляд ГІС першого покоління.

Поступово з’являлось багато статистичних даних у надрукованій формі, в ряді випадків координованих у просторі, тобто створювались необхідні умови для розробки ГІС.

У 70-х роках відбувалось також зближення між автоматизованими картографічними системами і ГІС, що обумовили подальшу інтеграцію. Поступово, в міру появи відповідного програмного забезпечення і спеціального обладнання, відбувалися зрушення до більш складних систем. Запровадження обчислювальної техніки йшло досить повільно, частково через те, що більша частина роботи була зосереджена у великих агенствах, де цифрування великих обсягів картографічних даних викликало труднощі.

З появою фотограмметричних графопобудовувачів (plotter) було досягнено значного прогресу в кодуванні цифрових даних. У цей час набули широкого застосування дані, які надходять з датчиків, що працюють на орбітальних і геостаціонарних супутниках, таких, як LANDSAT, а пізніше SPOT. Але все ще ГІС є прерогативою великих організацій, в основному, національних агенств. До цього періоду відноситься швидкий прогрес ГІС і АКC в США.

У 80-х роках відбувається досить динамічний розвиток ГІС в світі. Кількість ГІС зростає. Розширюється географія ГІС, установлюється баланс між рівнем геоінформатики Старого і Нового Світу. Розробка комерційних програмних засобів ГІС, пов’язана у значній мірі з появою персональних комп’ютерів і можливостями міні-ЕОМ, що істотно змінило геоінформаційну індустрію, поява якої зв’язується саме з цим періодом. ГІС стали базуватися не на унікальних програмних і апаратних засобах власної розробки, а на адаптації функціональних можливостей універсальних програмних продуктів стосовно до аналізованих проблем і використовуваної персональної електронної обчислювальної машини (ПЕОМ).

У 90-х роках відбулась значна знижка цін на обчислювальну техніку, збільшилось число постачальників на ринку ГІС, істотно розширилось коло вирішуваних завдань, відбувається приплив найсучасніших технологій (GPS, електронний тахеометр та інші).

ГІС поширюється у все нові сфери науки, виробничої діяльності і освіти. Коло користувачів ГІС постійно розширюється і відкриває нові можливості для обміну накопиченою інформацією. Деякі системи комплектуються за бажанням замовника готовими базами даних. Все це призводить до того, що покупцями ГІС стають невеликі міста й області, окремі галузі промисловості, медицина, освіта і таке інше. Невеликі навчальні і довідково-інформаційні ГІС бажають мати вузи і навіть приватні особи, чия діяльність пов’язана з управлінням.

Важливим моментом слід вважати посилення міжнародної кооперації і координації геоінформаційної діяльності. Одним із головних наслідків є створення глобальних інформаційних систем типу Глобальної природно-ресурсної бази GRID під егідою ЮНЕСКО, ГІС Європейського економічного співтовариства CORINS і багато інших.

Про значення ГІС можна говорити і виходячи з того, яка увага приділяється їм у більшості країн світу. У багатьох із них створені національні й регіональні організації, у завдання яких входить розвиток досліджень, пов’язаних з ГІС, розробка пропозицій у сфері національного й міського планування інформації, координація програм отримання, обробки й розповсюдження цієї інформації, створення мереж ГІС. З цією метою розроблена правова база, створюється потужне, апаратне й програмне забезпечення, налагоджена підготовка та перекваліфікація необхідного класу спеціалістів.

На жаль, початком розвитку геоінформаційних технологій у СРСР можна вважати тільки середину 80-х років, хоч окремі компоненти використовувались і раніше. Сьогодні в нашій державі ГІС тільки починають розповсюджуватись.