2. Геоинформационные системы. Базовое и функциональное определения. Перспективы использования в экологии и сельском хозяйстве

Географическая информационная система - информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных).

геоинформационные системы (geographic information systems-gis) – аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий сбор, хранение, анализ, визуализацию и печать пространственно-распределенных данных.

Функциональное определение ГИС: совмещение электронной карты (картосхемы) и привязанной к ее выделам или координатам компьютерной базы данных (БД), система управления которой (СУБД) предусматривает возможности специализированной обработки и импорта-экспорта координированной информации

. ГИС с успехом используется для создания карт основных параметров окружающей среды. В дальнейшем, при получении новых данных, эти карты используются для выявления масштабов и темпов деградации флоры и фауны. При вводе данных дистанционных, в частности спутниковых, и обычных полевых наблюдений с их помощью можно осуществлять мониторинг местных и широкомасштабных антропогенных воздействий. Данные об антропогенных нагрузках целесообразно наложить на карты зонирования территории с выделенными областями, представляющими особый интерес с природоохранной точки зрения, например парками, заповедниками и заказниками. Оценку состояния и темпов деградации природной среды можно проводить и по выделенным на всех слоях карты тестовым участкам. С помощью ГИС удобно моделировать влияние и распространение загрязнения от точечных и неточечных (пространственных) источников на местности, в атмосфере и по гидрологической сети. Результаты модельных расчетов можно наложить на природные карты, например карты растительности, или же на карты жилых массивов в данном районе. В результате можно оперативно оценить ближайшие и будущие последствия таких экстремальных ситуаций, как разлив нефти и других вредных веществ, а также влияние постоянно действующих точечных и площадных загрязнителей.

3. Основные структурные элементы геоинформационных систем. Картографическая основа. Базы данных субд

Структура ГИС – послойное хранение пространственной информации

Топооснова-сканерные многозональные аэроснимки-аэрофотоснимки разных залётов

Структура ГИС состоит из нескольких частей, которые должны выполняться последовательно и взаимосвязано. Первая часть – это непосредственно пространственные данные, которые делятся на позиционные (географические) и непозиционные (атрибутивные). Пространственные данные обычно состоят из двух взаимосвязанных частей: координатных и атрибутивных данных. Установление связи между этими частями называется геокодированием. Координатные данные определяют позиционные характеристики пространственного объекта. Они описывают его местоположение в установленной системе координат. Атрибутивные данные представляют собой совокупность непозиционных характеристик (атрибутов) пространственного объекта. Атрибутивные данные определяют смысловое содержание (семантику) объекта и могут содержать качественные или количественные значения. Вторая – это аппаратное обеспечение (ЭВМ, сети, накопители, сканер, дигитайзеры и т. д.). Третья часть – программное обеспечение (ПО) и четвертая часть – технологии (методы, порядок действий и т. д.).

Картографическая база данных - совокупность взаимосвязанных картографических данных по определенной предметной области, представленная в цифровой форме при соблюдении общих правил описания, хранения и манипулирования данными. Картографическая база данных доступна многим пользователям, не зависит от характера прикладных программ и управляется системой управления базами данных (СУБД).

Геоинформационные системы включают в себя пять основных компонентов

·аппаратные средства;

·программное обеспечение;

·данные;

·исполнителей;

·методы.

Аппаратные средства - это компьютер, на котором функционирует ГИС, и все периферийные устройства, которые используются для получения информации, ввода ее в ЭВМ и предоставление пользователю ГИС результатов. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

Программное обеспечение ГИС содержит инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются:

средства ввода и оперирования географической информацией;

система управления базой данных;

инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения);

графический пользовательский интерфейс для легкого доступа к инструментам и функциям.

Данные - это наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные или атрибутивные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться различным образом. В процессе обработки данных ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных.

Исполнители - люди, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

Методы. Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

Существующие и разрабатываемые ГИС могут значительно отличаться друг от друга по возможностям, основным технологиям обработки информации, по требуемой технической конфигурации, по вычислительным ресурсам и др.

Данные являются важным элементом ГИС. Структура ГИС, в основу которой положена компонента, которая играет ключевую роль в функционировании ГИС, представлена на рис 1.1 ГИС любого уровня в системе представляет собой набор следующих функциональных компонентов:

подсистема сбора данных;

подсистема базы данных (БД), включающая систему управления базой данных (СУБД);

подсистема представления, генерации и обработки картографических данных;

пользовательский интерфейс и подсистема анализа данных [4].

Всякая прикладная программа является отображением какой - то части реального мира и поэтому содержит его формализованное описание в виде данных. Крупные массивы данных размещают, как правило, отдельно от исполняемого программы, и организуют в виде Базы данных [7]. Начиная с 60-х годов для работы с данными, стали использовать особые программные комплексы, называемые системами управления базами данных (СУБД) [8]. Системы управления базами данных отвечают за:

·физическое размещение данных и их описаний;

·поиск данных;

·поддержание баз данных в актуальном состоянии;

·защиту данных от некорректных обновлений и несанкционированного доступа;

·обслуживание одновременных запросов к данным от нескольких пользователей (прикладных программ).

База данных - это совокупность записей различного типа, содержащая перекрестные ссылки.

Файл - это совокупность записей одного типа, в котором перекрестные ссылки отсутствуют.

Более того, в определении нет упоминания о компьютерной архитектуре. Дело в том, что, хотя в большинстве случаев БД действительно представляет собой один или (чаще) несколько файлов, физическая их организация существенно отличается от логической. Таблицы могут храниться как в отдельных файлах, так и все вместе. И, наоборот, для хранения одной таблицы иногда используются несколько файлов. Для поддержки перекрестных ссылок и быстрого поиска обычно выделяются дополнительные специальные файлы.

Поэтому при работе с базами данных обычно применяются понятия более высокого логического уровня: запись и таблица, без углубления в подробности их физической структуры.

Таким образом, сама по себе база данных - это только набор таблиц с перекрестными ссылками. Чтобы универсальным способом извлекать из нее группы записей, обрабатывать их, изменять и удалять, требуются специальные программы, называемые СУБД.

По характеру использования СУБД делят на персональные (СУБДП) и многопользовательские (СУБДМ).[8]

К персональным СУБД относятся VISUAL FOXPRO, ACCESS и др. К многопользовательским СУБД относятся, например, СУБД ORACLE и INFORMIX. Многопользовательские СУБД включают в себя сервер БД и клиентскую часть, работают в неоднородной вычислительной среде допускаются разные типы ЭВМ и различные операционные системы. Поэтому на базе СУБДМ можно создать информационную систему, функционирующую по технологии клиент-сервер. Универсальность многопользовательских СУБД отражается соответственно на высокой цене и компьютерных ресурсах, требуемых для поддержки

Персональные СУБД обеспечивают возможность создания персональных БД и недорогих приложений, работающих с ними, и при необходимости создания приложений, работающих с сервером БД.

СУБДП представляет собой совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и использования БД.

Для обработки команд пользователя или операторов программ в СУБДП используются интерпретаторы команд (операторов) и компиляторы. С помощью компиляторов в ряде СУБДП можно получать исполняемые автономно приложения.

Обеспечение целостности БД является необходимым условием успешного функционирования БД. Целостность БД - свойство БД, означающее, что база данных содержит полную и непротиворечивую информацию. Для обеспечения целостности БД накладывают ограничения целостности в виде некоторых условий, которым должны удовлетворять хранимые в базе данные. Примером таких условий может служить ограничение диапазонов возможных значений атрибутов объектов, сведения о которых хранятся в БД, или отсутствие повторяющихся записей в таблицах реляционных БД.

Обеспечение безопасности достигается СУБД шифрованием прикладных программ, данных, защиты паролем, поддержкой уровней доступа к базе данных, к отдельной таблице.

Расширение возможностей пользователя СУБДП достигается за счет подключения систем распространения Си или Ассемблера.