12. Геоинформационные системы

 В настоящее время геоинформатика как единая наука практически не сформировалась. Следовательно, нет и единой терминологии. Отсюда множественность определений геоинформационных систем (ГИС). С одной стороны, ГИС – это ряд специальных "пространственных" процедур, наложенных на стандартную базу данных (БД). С другой стороны, ГИС – это система, использующая "пространственную" БД для ответа на запросы, "географические" по своей природе. Мы будем придерживаться следующего определения:

Географические информационные системы (ГИС) - это компьютерные системы для сбора, хранения, структурирования и управления, анализа и вывода территориально-ориентированных данных.

Таким образом, ГИС сочетают в себе графические функции и функции работы с БД. Следовательно, они имеют графический модуль и модуль СУБД, которая позволяет хранить и организовывать данные, связанные с объектами географических карт, планов и т.д. ГИС совместно обрабатывает наборы графических и атрибутивных данных, а пользователь выбирает, какие связи между ними будут анализироваться, и контролирует отображение результатов этого анализа.

Говоря о графической составляющей, можно выделить сходный набор объектов, используемых во всех ГИС. Они содержат средства визуализации данных в виде различных карт, графиков, трехмерных поверхностей, чертежей и т.п., как на экране, так и в виде "твердой" копии на принтерах, плоттерах и т.п. В процессе визуализации ГИС предоставляют различные средства редактирования и трансформации изображений, позволяют "накладывать" карты друг на друга, используя, например, понятие "слой карты", объединяющий те или иные компоненты по смысловому признаку. К вспомогательным функциям можно отнести скроллинг и масштабирование. Выбор объектов на карте может осуществляться как чисто геометрически (например, обрисовкой прямоугольной области), так и путем формирования запросов к БД, учитывающих значения атрибутов объектов. В данном случае графический модуль соприкасается с модулем СУБД.

Как правило, все развитые ГИС позволяют в качестве БД использовать как отдельные файлы известных форматов (например, DBF), так и формировать SQL-запросы к мощным серверам БД (Oracle, Sybase и т.д.). Информация, получаемая из БД, может быть представлена не только графически, но и в виде таблиц.

Можно выделить несколько классов программного обеспечения, различающихся по своим функциональным возможностям и технологическим этапам обработки географической информации. Следует различать системы, распространяемые на ИТ-рынке, и заказные разработки, выполненные по индивидуальным проектам и не обладающие необходимой универсальностью.

Первый класс программного обеспечения – это инструментальные ГИС. Они могут быть предназначены для решения самых разнообразных задач. В частности, для организации ввода информации (как картографической, так и атрибутивной), ее хранения (в том числе и распределенного, поддерживающего сетевую работу), для отработки сложных информационных запросов, решения пространственных аналитических задач (коридоры, окружения, сетевые задачи и др.), для построения производных карт и схем (оверлейные операции) и, наконец, для подготовки к выводу на твердый носитель оригинал-макетов картографической и схематической продукции. Все это реализуется при помощи встроенного универсального инструментария или с помощью специальных языков для разработки приложений. Как правило, инструментальные ГИС поддерживают работу, как с растровыми, так и с векторными изображениями, имеют встроенную базу данных для цифровой основы и атрибутивной информации или поддерживают для хранения атрибутивной информации одну из распространенных БД: Paradox, Access, Oracle и др. Наиболее развитые продукты имеют системы run time, позволяющие оптимизировать необходимые функциональные возможности под конкретную задачу и удешевить тиражирование созданных с их помощью справочных систем.

По способам организации, хранения и пространственной привязки данных различают растровые и векторные ГИС. Представленные на рынке инструментальные ГИС отличаются, прежде всего, функциональными возможностями и ценой.

Второй важный класс ГИС – так называемые ГИС-вьюеры, т. е. программные продукты, обеспечивающие пользование базами данных, которые созданы с помощью инструментальных ГИС. Как правило, ГИС-вьюеры предоставляют пользователю ограниченные возможности пополнения БД. Во все ГИС-вьюеры включается инструментарий запросов к БД, которые выполняют операции позиционирования и зуммирования картографических изображений. Вьюеры всегда входят составной частью в средние и крупные системы, позволяя сэкономить затраты на создание части рабочих мест, не наделенных правами пополнения БД.

Третий класс – это справочные картографические системы (СКС). Они сочетают в себе хранение и большинство возможных видов визуализации пространственно распределенной информации, содержат механизмы запросов по картографической и атрибутивной информации, но при этом существенно ограничивают возможности пользователя по дополнению встроенных БД. Их обновление (актуализация) носит цикличный характер и производится обычно поставщиком СКС за дополнительную плату.

Можно выделить целый класс программного обеспечения, связанный с вводом картографической основы. Это так называемые векторизаторы растровых картографических изображений, применяемые при обработке отсканированных растровых картографических изображений. Эти ППП, как правило, снабжаются инструментарием автоматического (полуавтоматического) распознавания картографических условных обозначений и способствуют увеличению точности и производительности труда при вводе цифровой основы.

Следующий класс программного обеспечения – средства пространственного моделирования. Их задача заключается в моделировании пространственного распределения различных параметров (рельефа, зон экологического загрязнения, участков затопления при строительстве плотин и другие). Они опираются на средства работы с матричными данными и снабжаются развитыми средствами визуализации. Типичным является наличие инструментария, позволяющего проводить самые разнообразные вычисления над пространственными данными (сложение, умножение, вычисление производных и другие операции).

И, наконец, последний класс – это специальные средства обработки и дешифрирования данных зондирований земли. Сюда относятся пакеты обработки изображений, снабженные в зависимости от цены различным математическим аппаратом, позволяющим проводить операции со сканированными или записанными в цифровой форме снимками поверхности земли. Они включают широкий набор операций, начиная с коррекции (оптической, геометрической), далее географическую привязку снимков вплоть до обработки стереопар с выдачей результата в виде актуализированного топографического плана.

Кроме упомянутых классов существует еще разнообразные программные средства, манипулирующие с пространственной информацией. Это такие продукты, как средства обработки полевых геодезических наблюдений (пакеты, предусматривающие взаимодействие с GPS-приемниками, электронными тахометрами, нивелирами и другим автоматизированным геодезическим оборудованием), средства навигации и ПО для решения еще более узких предметных задач (изыскания, экология, гидрогеология).

Компании-разработчики ГИС можно делить на компании российские, продающие ГИС собственной разработки, и предприятия-партнеры крупных зарубежных компаний. Таким образом, у потребителей существует два варианта: купить российскую ГИС или импортную. Если приобретать ГИС у российских разработчиков, то можно купить популярную систему GeoDraw/GeoGraph, которая уже проверена временем. Самое большое хранилище ссылок на ГИС с описаниями расположено на web-странице ГИС-Ассоциации России. Из зарубежных продуктов наиболее популярны ГИС компании ESRI, разработчика известных продуктов ArcView GIS и ARC/INFO. В России ГИС от ESRI продает ООО DATA+.

Продукты компании ESRI приобрели почти четверть миллиона пользователей, которые сообщили компании-разработчику о проблемах, связанных с их эксплуатацией. Более того, за 30 лет пользователи ESRI успели применить ГИС во всевозможных областях человеческой деятельности и накопить большой конструктивный опыт.

Кроме того, заслуживает внимания такая ГИС, как Manifold. Существует также канадская ГИС CARIS, разработанная специально для решения морских задач. Также следует отметить ГИС от компании Microsoft: MapPoint 2000 и Intergraph. Первые три места в России по объему продаж занимают те же компании, которые занимают первые места в мире.

MapInfo – известная и опытная компания, продукты которой рекомендуется покупать фирмам, если они планируют, например, проектировать автодороги и им требуется подсчет каких-либо показателей по районам. Вообще говоря, MapInfo в основном специализируется на ГИС для бизнес-планирования. Компания MapInfo становится одной из организаций, обеспечивающих картографические приложения для Интернет.

Фирма Autodesk популярна у пользователей систем автоматизированного проектирования (САПР), которые начали использовать в России AutoCAD (см. п. 6.14) в качестве ГИС задолго до появления настоящих ГИС. Autodesk обеспечивает высокий уровень взаимодействия ГИС с САПР и, тем самым, обеспечивает себе преимущество при выборе ГИС для проекта, требующего такого взаимодействия. Сейчас компания Autodesk широко использует сеть Internet вслед за MapInfo.

На мировом рынке представлены десятки хорошо известных ГИС-пакетов. Определенная доля из них появилась и на российском рынке. Из них можно выделить лидера среди ГИС для рабочих станций – пакет ArcInfo, один из ведущих пакетов для PC – MapInfo, а также занимающие между ними промежуточное положение пакеты TNTmips и SPANS. Достаточно популярны и пакеты AtlasGIS, WinMAP.

В качестве основных критериев для выбора ГИС предлагаются следующие: ·       переносимость системы и приложений; ·       возможность управление данными; ·       аналитические средства и возможности моделирования; ·       встроенный язык и другие средства поддержки создания приложений; ·       сложность обучения и использования; ·       цена.

Указанные критерии позволят оценить соотношение между ценой и возможностями ГИС, покажут необходимость их использования при реализации следующих задач: ·       построение карт и геологических разрезов; ·       отрисовка каротажных диаграмм; ·       построение расчетных диаграмм, схем и графиков; ·       формирование отчетов (таблиц); ·       использование ГИС при выполнении бизнес-проектов;

работа с большими БД и создание информационно-поисковых систем.