1) Геоинформатика и ее взаимосвязи с другими научными дисциплинами

Геоинформатика-понятие, обозначающее автоматическую переработку пространственно-временной информации о геосистемах различного иерархического уровня и территориального охвата;

Как и география исследует те же объекты, т.е. природные, общественные и прир-обществ. Геосистемы. Взаимосвязи картографии и геоинформатики проявляются в следующих аспектах:

1. тематические и картографические карты - главный источник пространственно-временной информации.

2. системы географических и прямоугольных координат и картографическая разграфка служат основой для координатной привязки (географической локализации) всей информации, поступающей и хранящейся в ГИС.

3. карты - основное средство географической интерпретации и организации данных дистанционного зондирования и другой используемой в ГИС информации (статистической, аналитической и т.п.)

4. картографический анализ - один из наиболее эффективных способов выявления географических закономерностей, связей, зависимостей при формировании баз знаний, входящих в ГИС.

5. математико-картографической и компьютерное - картографическое моделирование - главное средство преобразования информации в процессе принятия решений, управления проведения экспертиз, составление прогнозов развития геосистем и .т.п.

6. картографическое изображение - целесообразная форма представления информации потребителям.

2) Определения и задачи геоинформатики Геоинформатика- понятие, обозначающее автоматическую переработку пространственно-временной информации о геосистемах различного иерархического уровня и территориального охвата; Геоинформатика изучает и разрабатывает принципы методы и технологии сбора, накопления, хранения, обработки, передачи и представления данных для получения на их основе новых знаний и информации о пространственно-временных явлениях в геосистемах. 3 подхода: а) научн-познават. (ГИ как науч.дисципл., изучающая прир. И соц.-эконом. Геосистемы посредством комп. Моделирования на основе баз данных и геогр. Знаний) б) технологический (ГИ как технология сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной информации) в) производственный( цель-изготовление аппаратных средств, программных продуктов а также банков и баз данных, систем управления, стандартных ГИС, формирование ГИС-инфраструктуры и организации маркетинга.Задачи:а)пространственно-временной анализ, вкслючающий исследование взаимосвязей процессов и явлений в геосистемах разного уровня средствами преобразования и совмещения в пространстве информации разного типа; б)моделирование и определение необходимых параметров для построения имитационных, картографических, математико-картографических моделей. В) представление простр.-врем. Д. для интерпретации и принятия решений по управлению; г) создание и применение экспертных систем и баз знаний, отражающих специальных знания географов.

3) Базовые понятия геоинформатики: определение и толкование См.2+ предмет ГИ: природные, природно-общественные геосистемы (как и география) НО свои методы: создание и изучение цифровой информационной модели геосистемы. Фундаментальные понятия ГИ: Пространственные д.-в широком смысле-пространственные д. это все пространственно-кооординированные д.: описания объектов реальности, цифр. Изобр., цифр. Карты,каталоги координат пунктов опорной геодезической сети и т.п. ИЛИ это цифр. Д. об объектах реальности(местности, территории и т.п.) Простр. Д бывают позиционные и непозиционные. Позиционные оисывают положение географических объектов в координатах 2 и 3—х мерного простр. К непозиционным д. относятся качеств. И количеств. Хар-ки простр. Объектов (атрибуты); они соответствуют тематической форме данных или кодированному представлению взаимосвязей объектов (топологии), позволяют маркировать и опознавать тип объекта. Простр. Объект-это и объект реальности и его цифровое представление или иначе¸цифровая модель объекта местности , содержащая информацию о его местоположении и св-ах. Совокупность данных о простр. О., организованных по определенным правилам, устанавливающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, составляет базу пространственных данных. Способы организации простр. Д. в компьютерных средах, описания простр. О. принято называть моделями данных.

4) Понятия: данные, информация, знания Данные- факт,обозначает зарегистрированные факты, описания явлений реального мира или идей, которые представляются достаточно ценными для того,чтобы их сформулировать и точно зафиксировать. Информация-совокупность фактов, представленная в формализованном виде (цифровом, графическом и др.) пригодном для хранения.пересылки,интерпретации человеком и обработки компьютером. В информации заложена совокупность знаний о фактических данных и зависимости между ними.Знания-отражение семантических аспектов реального мира в мозгу человека или технической системе(система искусств. Интеллекта),интерпретация информации об окр-х объектах и явлениях.

5) Общее представление о ГИС: история развития, сущность, структура, функции ГИС- информ. Системы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку, отображение и рапространение пространственно-координированных д.

Начальный этап: становление автоматизации обработки простр. инф.-50-60е гг 20 в. Определяется фактами: развитие комп. Технологий, совершенствование граф.-х аппаратных средств, теории простр. процессов в эконом. И соц.географии, осознание эколог. Проблем. До нач. 80-х гг. решающее влияние на развитие ГИС оказывала Гарвардская лабаратория машинной графики и простр. анализа. Первоначально ГИС предназначались для инвентаризации земельных и экономических ресурсов, обработки статистической информации. Первые ГИС-Швеция, сер.60х гг.Простр. аспект данных был ограниченным, работали в основном с земельно-учетной документацией. 1963-1971 гг-разработка Канадской ГИС(CGIS)-до сих пор одна из крупнейших.Это регион. ГИС нац. Уровня-для анализа инвентаризации земель Канады в целях рац. Землепользования крупных сельских районах страны, получения статист. Оценок и создания карт систематизации земель по разл. Признакам. Ее становление внесло существ. Вклад в развитие концепт. И техн. Аспектов ГИС. В ней впервые данные инвентаризации формировались на основе цифрования карт с помощью экспериментального сканера. В 70-х стали формироваться первые фунд. Принципы ГИС: простр.об., и его описания позиционными и атрибутивными хар-ми, разработаны технологии цифрования карт как основного источника инф-ии в ГИС, операции манипулирования простр. д., в основе которых лежали алгоритмы выч. Геометрии. Взаимодействие методов и средств ГИС и автоматизированног картографирования.Быстрый прогресс технологий в США. В конце 70х под эгидой Междун.геогр.союза выполнена инвентаризация прикладных ГИС и программ. Средств, обесп. Работу с простр. д., средствами комп. Графики и картографии.Прорыв: нач.80х-появление ПК.Первые ГИ системы строились на основе систем автоматизированного проектирования и картографирования, называемых CAD/СAM или AM/FM cистемами.Осн. причина прогресса ГИС техн. В начале 90ч-развитие и широкое распространение ЭВ техники, и именно ПК.Сказались повышение быстродействия ПК,увеличение оперативной и дисковой памяти , повышение кач-ва граф. Устр-в ввода и вывода картогр.и аэрокосм. Инфы и доступность прогр. Средств ГИС.Крупные фирмы производители программных ГИС-продуктов предоставили свои пакеты ебсплатно или с большими скидками целому ряду научных и образовательных орг-что способствовало освоению и использованию ГИС. Но это затормозило отеч. Производителей. И сейчас ГИСы всем нужны, естественно. Структуру ГИС обычно представляют как набор информационных слоев. Слой – это совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одной теме или классу объектов в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев. Геоинформационная структура данных в ГИС представлена на рис. 2.1.

ФункцииГИС

Функциональные возможности ГИС многообразны, основные из них:

§  ввод в компьютер цифровых данных;

§  преобразование данных, трансформация картографических проекций, конвертирование данных в различные форматы;

§  хранение и управление данными;

§  картометрические операции и др.

Функции ГИС представлены на рис. 2.2.

6. Взаимодействие геоинформатики, картографии и дистанционного зондирования Взаимосвязи картографии и геоинформатики проявляются в следующих аспектах:

1.тематические и картографические карты - главный источник пространственно-временной информации.

2.системы географических и прямоугольных координат и картографическая разграфка служат основой для координатной привязки (географической локализации) всей информации, поступающей и хранящейся в ГИС.

3.карты - основное средство географической интерпретации и организации данных дистанционного зондирования и другой используемой в ГИС информации (статистической, аналитической и т.п.)

4.картографический анализ - один из наиболее эффективных способов выявления географических закономерностей, связей, зависимостей при формировании баз знаний, входящих в ГИС.

5.математико-картографической и компьютерное - картографическое моделирование - главное средство преобразования информации в процессе принятия решений, управления проведения экспертиз, составление прогнозов развития геосистем и .т.п.

6.картографическое изображение - целесообразная форма представления информации потребителям.

7). Типы ГИС

В соответствии с задачами и характером используемой информации подразделяются на :

А) по проблемной ориентации б) по предметной(объектной) специальзации в) по территориальному охвату

А) определяется возлагаемыми на нее научными или прикладными задачами, полностью определяемыми пользователем. Это прежде всего инвентаризаонные задачи, кадастр, мониторинг, оценка и прогноз, управление и планирование, поддержка принятия решений.б) может определяться ведомственными или отраслевыми интересами (землеустройство, природные катастрофы, охрана природы), которые имеют дело с различными объектами и явлениями на определенной территории: земля , лес, население.в) различают 1)глобальные(инфа планетарного характера) 2)субконтинентальные (гос. Или нац.) и океанов 3)региональные 4)локальные (города, муниципальные ГИС, часто экспериментальные или учебные).Общей характеристикой ГИС служит их проблемная ориентация, поскольку в формулировку проблемы обычно вкладывают предметные и территориальные аспекты.

ДАЛЕЕ СМ, ЛИСТ ИЗ ЛЕКЦИЙ!

8) См. билет 7

10) Карты как основа ГИС. Понятие геоинформационного картографирования Картография представляет основные источники данных для ГИС.Традиционные методы картографии имеют основополагающее значение для них.Можно выделить основные области ГИС-приложений для картографии:А)автоматизация создания картографического произведения;Б)обновление и создание производных карт как результат анализа, преобразования данных и моделирования на основе ГИС-технологий;В)новые методы использования карт как в ГИС, так и например, при построении динамических картографических анимаций.ГИС базируется на анализе картографической информации и позволяет преодолеть ограниченность "ручного" анализа,обеспечивает возможность составления производных карт по имеющимся, например морфометрических карт по картам рельефа, карт изменений на основе разновременных карт.ГИС технологии способствовали развитию методов нового направления в картографии-геоинформ. Картографирования(ГК).-автоматизированного создания и использования карт на основе баз геогр. Данных и знаний. Современные ГИС-пакеты содержат средства форматирования карт и размещения надписей, управления дорогостоящими устройствами, огромные библиотеки знаков и шрифтов. Карты обладают ограниченными аналитическими средствами по сравнению с ГИС. Карты для ГИС поставляют разную инфу и в ГИС они используются по-разному. Системы координат и разграфка , принятые в картографии служат основой для географ. Локализации всех данных в ГИС.Топографические карты чаще всего являются основой для БД ГИС, для привязки и отображения другой дополнительной инфы.Тематические карты служат как средством изображения геогр.явлений,поставляя инфу для тематических слоев БД ГИС, так и основой для простр. анализа взаимосвязей, отраженных на картах. Существенное значениче для ГИС имеет доп. Использование тематических карт и фотокарт, созданных на основе данных ДЗ.

11) Информационное обеспечение ГИС. Типы источников данных Простр. данные, необходимые для создания информационного обеспечения ГИС делятся на 2 группы: первичные и вторичные. Первичные-это д., которые измерены непосредственно, например путем выборочного обследования в полевых условиях или путем ДЗ. Плотность обследования определяет т.н. разрешение данных. Вторичные д. получают из уже имеющихся карт, таблиц или других БД. Карты поставляют основную территориально-привязанную инфу для БД ГИС. Как и карты , различают данные: а) о природных ресурсах и окружающей среде б)Экономические и социально-экономические. Данные о природных ресурсах и окр. Ср. делят на топографические и тематические. Источником топографических д. служат топографические, обзорно-топографические и обзорные карты. Эти карты чаще всего используют для построения координатной основы БД и выбора проекции, простр. привязки тематических данных и в качетсве ист. Д. о рельефе, гидрографии, нас. П., дорогах, администр. И др. границах.К этому же типу относятся данные крупномасштабных топограф.-х съемок, а также данные геогр. Привязки. Большую часть тематических данных получают по тематическим картам. ДДЗ-важнейший ист. Инфы о состоянии и изменении природной среды для создания тематических слоев в БД, а также обновления топографических данных.Др. ист. Данных-метео и экологические наблюдения, мониторинг, лаб.исследования и др.Экономические и соц-эконом. Д. –данные о взаимодействии природы и общества, населелнии, деятельности нас., а также о пространстве и или структурах используемых для осуществления этой деятельности. Источники-статистика и административная отчетность и тематические карты. Малопригодны дл БД ГИС, если отсутствует достоверная инфа об их простр. размещении. ВЕЛИКА РОЛЬ В СОЗДАНИИ ИНФ, ОБЕСП. Серия карт и комплексных атласов. Их преимущество-в систематизации и единообразии представления простр. инфы, согласованности по матем. Основе и проекции, по тематике и времени. Ткаже источники инфы-это снимки и др. полевые наблюдения.

12) Концептуальные модели представления реального мираВерхний уровень иерархической классификации.Есть 3 модели, основанные на разных свойствах релаьности для ее интерпертации и анализа: а) дискретно в виде отдельных объектов покрывающих все пространство, без пробелов б) В линейно-узловом или сетевом виде, когда важно отображение взаимосвязей объектов и путей перемещения в пространстве в) в виде географических полей непрерывного распространения переменных параметров объекта или процесса, которые могут быть оценены в любой точке пространства с заданными координатами. Такие модели хорошо коррелируют с картографическими моделями.

13) Модели пространственных объектовПостроение моделей(цифровых описаний) объектов реальности – это процесс преобразования реального географического разнообразия в набор дискретных объектов (дискретизация). Цифровое описание пространственного объекта включает: а)наименование объекта б)локализация в)качественное или количественное описание свойств г)пространственные отношения с окружающими объектами. Объект в БД-это цифровое представление всего реального объекта или его части. Осн. Формальные модели базируются на понятиях пространственной размерности: 1) точка-объект, имеющий положение в простр., но не имеющий длины (0-мерный) 2) Линия-об., имеющий длину, он состоит из 2 и более0-мерных объектов (1-мерный) 3)область(полигон)-об., имеющий длину и ширину, ограничен по крайней мере 3 й-мерными объектами(отрезками) (2-мерный) 4)объемная фигура-об., имеющий длину, ширину и высоту(глубину), н ограничен по крайней мере, 4 2-мерными объектами (3-мерный) 5)ячейка-об или часть объекта, представленные элементом разбиения з.п. линиями регулярной сети.

14)Модели пространственных данных

Такие модели отображают логические правила формализованного цифрового опсиания объектов реальности как пространственных объектов. Различают: 1)векторные модели, подразделяемые на 2 типа – векторные топологические и нетопологические 2)растровые модели; 3) регулярно-ячеистые модели, формально схожие с растровыми; 4) квадротомические. Векторная модель-представление простр. об., набором координатных пар , описывающее «геометрию» об., и их пространственную локализацию. Используется для представления точечных, линейных и площадных объектов. Удобна для представления дискретных объектов в соответствии с объектно-ориентированной моделью отображения реальности. Векторно-топологическая м.-описывает также взаимное расположение объектов-топологические отношения(справа, слева, внутри и т.д.)Растровые модели-представление, аппроксимирующее пространственные объекты и их непрерывные географические изменения совокупностью ячеек конечного размера-растром.Удобны для хранения и анализа данных, распределенных непрерывно на некоторой области в соответствии с моделью географических полей. К растровым моделям относятся GRIDы. Послойное описание: каждый слой-это регистрация изменения одного признака, способ регистрации определяется выбранным способом дискретизации, описываемым соответственно векторной или растровой моделью простр. данных.

15) Проектирование географических баз и банков данных

БД ГИС должна быть 1)согласованной по времени – хранящиеся в ней количеств. И качеств. Д. должны соответствовать определенному времени, быть актуальными; 2) полной, достаточно подробной ;категория данных и их подразделения должны включать все необходимые сведения для осуществления анализа или математико-картограф. Моделирования исследуемого объекта или явления; 3)позиционно точной, абсолютно совместимой с другими данными, которые могут добавляться в нее; 4)достоверной, правильно отражающей характер явлений, для этого необходимо четко определить включенные в нее атрибуты явлений. 5)легко обновляемой 6)доступной для любых пользователей. Этапы проектирования БД: 1)концептуальный-не зависит от имеющихся аппаратных и программных средств. Включает:а)определение и описание исследуемых геогр.объектов или явленийб)установление способа представления геогр. Об., в БД в)выбор базовых типов простр. об. (точки, линии,ареалы, ячейки растра) г)решение вопроса о способе представления размерности и взаимосвязей реального мира в БД д) определение необходимых источников данных, требования к их качеству. 2) Логический уровень определяется имеющимися программными средствами и практически не зависит от технического обеспечения . Включает определение содержания БД, разработку логической структуры элементов БД в соответствии с требованиями к хранению и манипулированию инфой со стороны СУБД, спользуемой в программном обеспечении ГИС. 3) Физический уровень связан с аппаратными и программными средствами. На этом уровне проектируется БД как хранилище данных:определяются объемы хранимой в БД инфы и необходимые объемы памяти компа (оперативной и долговременной); физ структура БД, ее блоки, компоненты и их размещение; и тд и тп.

17) Выбор модели пространственной информации см. Билет 14

При выборе прежде всего следует учитыавть те особенности отображения реальности, которыми обладают векторные и растровые модели. Растр организует географическое пространство в заданной регулярной последовательности ячеек одинакового размера,обеспечивая «последовательный доступ» к ним.Но если свойства объекта описаны в растровом виде, то достаточно сложно создать целостный объект из отдельных ячеек. В векторном представлении пространство состоит из однородных реальных объектов (или их частей), взаимное расположение которых известно;вектор может организовывать пространство в любой последователньости, он дает «произвольный доступ» к данным. При послойном представлении реальность определяется бесконечным числом признаков в бесконечном количестве точек. В Слоях БД созданных для описания этих признаков или их изменений в соответствии с векторной или расровой моделью, образуются искусственные объекты, определяемые некоторыми координатами в системе, общей для всех слоев.

18) Структура баз данных и модели субд

Как правило, ГИС создаются на основе уже имеющихся коммерческих СУБД-комплекса программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования БД.Наиболее распространенными моделями БД и их СУБД являются иерархическая, сетевая, реляционная. В Иерархической модели записи данных обрахуют древовидную структуру, при этом каждая запись связана только с 1 записью, находящейся на более высоком уровне. В этой модели взаимосвязь между данными описывается отношением «один ко многим». Доступ к любой записи осуществляется по строго определенным веткам и узлам такого дерева. Хорошо подходят для задач с явно выраженной иерархически соподчиненной структурой информации и запросов. Они обладают низким быстродействием , но эффективны с точки зрения организации машинной памяти. В сетевых м. каждая запись в каждом из узлов сети может быть связана с несколькими другими узлами; кроме данных записи содержат указатели, определяющие местоположение других записей, связанных с ними. Сетевые модели используют отношение «многое ко многим», при котором один объект может иметь множество атрибутов, а каждый из них связан с множеством объектов. Такие модели трудно редактировать. Хорошо работают в случае решения сетевых, коммуникационных задач.Реляционные СУБД свободны от всех ограничений, связанных с организацией хранения данных и спецификой запоминающих устройств. Эти модели имеют табличную структуру. Строки таблицы соответствуют 1 записи информации об объекте, а столбцы поля-содержат однотипные характеристики всех объектов. Т.о. атрибуты объектов группируются в строках в виде т.н.отношений, поскольку каждая строка связывает их между собой. Всевозможные способы индексации данных существенно сокращают время поиска информации и время запроса к данным

19) Задачи и функции субд в гис

Основное назначение СУБД заключается в обеспечение пользователя программными средствами, дающими возможность оперировать данными вне зависимотсти от способов их хранения, выполнять функции по управлению хранением и использованием данных. ФУНКЦИИ СУБД:

1)управление данными во внешней памяти , структурируя ее как для хранения данных в БД, так и для служебных целей, например, убыстрения доступа к данным; 2) управление буферами оперативной памяти , создаваемыми для устранения зависимости от скорости работы устройств внешней памяти; 3) операции над БД, заключающиеся в обеспечении эффективности управления транзакциями (транзакция-неделимая с точки зрения воздействия на БД последовательность операций манипулирования данными); ; 4)обеспечение надежности хранения данных в БД-одно из основных требований к СУБД , заключающееся в способности СУБД восстанавливать ее состояние после аппаратного или программного сбоя; 5) Поддержка специального языка управления БД; в современных СУБД-это единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД , начиная от ее создания, и обеспечивающий пользовательский интерфейс с БД.

20) Базовые понятия реляционных баз данных. Геореляционные модели БД

ТИП данных полностью адекватно понятию типа данных в языках программирования.Обычно в реляционных БД допускается хранение символьных, числовых данных, битовых строк, специализированных числовых данных , а также спец. Данных-дата. Время, временной интервал. ОТНОШЕНИЕ-это таблица, образуемая упорядоченными записями каждого типа, заголовком которой является наименование отношения. Записи образуют строки или кортежи; каждая запись имеет набор атрибутов, а имена атрибутов именуют столбцы таблицы. Число атрибутов в таблице характеризует связь между записями-степень отношения. Понятие домен имеет некоторые аналогии с подтипами в некоторых языках программирования, в Самом общем виде домен определяется заданием некоторого базового типа данных. Если вычисление этого логического выражения дает результат «истина», то элемент данных является элементом домена. Домен-допустимое множество значений данного типа; оно определяется для каждого атрибута.Данные считаются сравнимыми только в том случае, когда они относятся к одному домену. Если все атрибуты одного отношения определены в разных доменах, целесообразно использовать для именования атрибутов имена соответствующих доменов. Ключ отношения-это подмножество атрибутов, имеющее след. Св-ва: 1)уникальность идентификации; 2) уникальность значения ключа для каждого кортежа 3) невозможность удаления ни одного из атрибутов ключа без нарушения его уникальности 4) выполнение функции обеспечения неизбыточности и целостности БД.Для связи отношений используется атрибут , котоырй служит внешним ключом.Нормализация отношений-осн.прием, используемы при создании реляционной модели данных, связанный с поиском наиб. Простой структуры для данного множества данных и имеющий дело с зависимостью между атрибутами. Поиск объектов осуществляется по одному, а чаще всего совокупности атрибутов. Для быстрого и оптимального поиска строится т.н. внешний индекс. Геореляционна модель соответствует задаче хранения геогр.инфы, поскольку в ней позиционная инфа скомбинирована с атрибутивной: наборы координат, сопровождаемые идентификатором объекта, хранятся в индексированных файлах, а атрибуты-в таблицах, чсило строк котоырх равно числу геометрических объектов в файлах с координатами. Каждый столбецсод-т значения общих атрибутов объектов, а связи между файлами и атрибутивными таблицами устанавливаюся программно с помощью отдельного поля, сод-го идентификаторы (ID) объектов. Идентификатором м.б. указание типа геометрии объекта (точка, линия, полигон), числовой номер или буквенно-цифровой индекс. Структура грц м.определяется выбором СУБд реляционного типа.