35

визуализации всех видов географически привязанной информа­ции.

Однако существуют и другие определения ГИС, отражающие иные взгляды на данные системы, при этом в это понятие могут включаться способы принятия решений на основе анализа про­странственной информации и даже образ мышления.

Наиболее распространенные определения ГИС приведены да­лее.

1. Комплекс аппаратно-программных средств и деятельности человека по хранению, манипулированию и отображению геогра­фических (пространственно соотнесенных) данных [28].

2. Автоматизированная пространственная информационная система, создаваемая для управления данными, их картографичес­кого отображения и анализа [29].

3. Динамически организованное множество данных (динами­ческая база данных или банк данных), соединенное с множеством моделей, реализованных на ЭВМ для расчетных, графических и картографических преобразований этих данных в пространствен­ную информацию в целях удовлетворения специфических потреб­ностей определенных пользователей в пределах структуры точно определенных концепций и технологий [31].

4. Система, состоящая из людей, а также технических и органи­зационных средств, которые собирают, передают, вводят и обра­батывают данные с целью выработки информации, удобной для дальнейшего использования в географическом исследовании и для ее практического применения [32].

5. Аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение, распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования и при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозировани­ем и управлением окружающей средой и территориальной орга­низацией общества [18].

6. Система, в состав которой входят компоненты для сбора, пе­редачи, хранения, обработки и выдачи информации о территории [33].

7. Система, включающая базу данных, аппаратуру, специализи­рованное математическое обеспечение и пакеты программ, пред­назначенных для расширения базы данных, для манипулирования данными, их визуализации в виде карт или таблиц и, в конечном итоге, для принятия решений о том или ином варианте хозяй­ственной деятельности [34].

8. Система, проектируемая для сбора, хранения, манипулиро­вания, поиска и отображения географически определенных дан­ных [35].

9. Система, которая манипулирует и управляет данными, хра-36

Мнящимися в виде тематических слоев, географически определен­ных относительно карты-основы [37].

10. Научно-технические комплексы автоматизированного сбора, систематизации, переработки и предоставления (выдачи) геоинформации в новом качестве с условием прироста знаний об исследуемых пространственных системах [22].

И. Система аппаратно-программных средств и алгоритмичес­ких процедур, созданная для цифровой поддержки, пополнения, управления, манипулирования, анализа, математико-картографи-ческого моделирования и образного отображения географически координированных данных [23].

12. Реализованное с помощью автоматических средств (ЭВМ) хранилище системы знаний о территориальном аспекте взаимо­действия природы и общества, а также программного обеспече­ния, моделирующего функции поиска, ввода, моделирования и ДР- [27].

13. Информационная система, которая может обеспечить ввод, манипулирование и анализ географически определенных данных для поддержки принятия решений [39].

14. ГИС — это особый случай информационной системы, где база данных состоит из наблюдений за пространственно распреде­ленными явлениями, процессами или событиями, которые могут быть определены как точки, линии и контуры [30].

15. Пространственно определенная система для сбора, хране­ния, поиска и манипулирования данными [38].

16. Интерактивная система, способная реализовать сбор, систе­матизацию, хранение, обработку, оценку, отображение и распрос­транение данных, и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях [24].

17. Информационная система, обеспечивающая сбор, хране­ние, обработку, доступ, отображение и распространение про­странственных данных [25].

В. С. Тикунов, анализируя многочисленные определения ГИС, приведенные в литературе, свел их к нескольким направлениям:

I. База пространственно распределенных данных и система уп­равления ею.

II. Информационная технология получения, обработки и визу­ализации территориальных данных.

III. Средство для анализа, синтеза и производства новых карт.

IV. Средство информационного обеспечения или само инфор­мационное обеспечение территориального моделирования и уп­равления.

V. Средство рационального использования и организации ин­формационных ресурсов территории.

VI. Информационная модель территории и система поддержки принятия управленческих решений для нее.

37

VII. Системно-организованное знание о территории.

Общим для всех точек зрения будет использование ГИС как средства или инструментария для решения задач различных тер­риторий. Использование этого инструментария предполагает бо­лее высокую формализацию геоинформации, чем на традицион­ных (бумажных) картах.

С научной точки зрения ГИС — метод моделирования и позна­ния природных и социально-экономических систем. ГИС —это система, применяемая для исследования природных, обществен­ных и природно-общественных объектов и явлений, которые изу­чают науки о Земле и смежные с ними социально-экономические науки.

В технологическом аспекте ГИС (ГИС-технология) — средство сбора, хранения, преобразования, отображения и распростране­ния пространственно-координационной географической (геоло­гической, экологической) информации. Таким образом, ГИС можно рассматривать как систему технологических средств, про­граммного обеспечения и процедур, предназначенную для сбора пространственных данных, их анализа, моделирования и отобра­жения в целях решения комплекса задач по планированию и уп­равлению.

С производственной точки зрения ГИС — комплекс аппаратных устройств и программных продуктов (ГИС-оболочек), предназна­ченных для обеспечения управления и принятия решений, при­чем важнейший элемент этого комплекса — автоматические кар­тографические системы. ГИС использует географические данные, а также непространственные данные и располагает операционны­ми возможностями, необходимыми для пространственного их анализа. Назначение ГИС — обеспечение процесса принятия ре­шений по оптимальному управлению ресурсами, организации функционирования транспорта и розничной торговли, использо­вание объектов недвижности, водных, лесных и других простран­ственных ресурсов.

Таким образом, ГИС можно одновременно рассматривать как метод научного исследования, технологию и продукт ГИС-индус-трии.

Каждое из указанных выше понятий ГИС включает ряд терми­нов, без анализа которых дальнейшее рассмотрение структуры, организации невозможно.

База данных (БД) — совокупность массивов пространственных данных, объединенных программными средствами, которые обес­печивают построение адекватных реальному миру моделей. БД бывают интегрированные, распределенные, реляционные, техно­логические.

Базы данных разделяют:

на пространственные (картографические, растровые, вектор-

38

ные), описывающие положение и форму географических объектов их пространственные связи с другими объектами;

описательные (синонимы: атрибутные, табличные, тексто­вые) — о географических объектах, состоящие из наборов чисел, текстов.

Описательная информация образует базу данных в виде отдель­ных таблиц, которые связываются между собой по ключевым по­лям. При этом для них могут быть определены индексы, отноше­ния и т.п. Кроме этого в ГИС описательные данные связываются с пространственными с помощью идентификаторов. Отличие ГИС от стандартных систем управления базами данных (ЙВА5Е, Асеева и т.п.) состоит в том, что ГИС позволяют работать с простран­ственными данными и связывать их с описательными (семанти­ческими) данными.

Объекты ГИС — отображаемые предметы или явления.

Карта — построенное в картографической проекции, умень­шенное, обобщенное изображение поверхности Земли, показыва­ющее расположенные на ней объекты в определенной системе ус­ловных знаков.

Электронная карта — векторная и кадастровая карта, сформи­рованная на машинном носителе (например, на оптическом дис­ке) с использованием программных и технических средств в при­нятой картографической проекции, системе координат и высот, условных знаках, передающих требуемое содержание и предназна­ченных для отображения совместно со специальной (статистичес­кой) информацией анализа и моделирования, а также для реше­ния информационных и расчетных задач.

Цифровая карта — цифровая модель земной поверхности, сформированная с учетом законов картографической генерализа­ции в принятых для карт проекции, разграфке, системе координат и высот (ГОСТ 28441-90).

Пространственная модель местности — трехмерная образно-знаковая модель основных элементов и объектов местности, пост­роенная средствами машинной графики. Предназначена для ис­пользования в системах управления и навигации (наземной, воз­душной и космической), тренажерах при анализе местности, ре­шении расчетных задач и моделировании, проектировании инженерных сооружений, мониторинге окружающей среды, изго­товлении карт.

Под пространственным объектом понимают объекты и явления на местности, которые имеют «привязку» к определенной точке в пространстве, т. е. для которых важное значение имеют их поло­жение, форма, размеры, взаиморасположение по отношению к Другим объектам и явлениям.

Пространственные данные — сведения, которые характеризуют месторасположение и геометрическое описание объектов в про­странстве и относительно друг друга (на местности).

39

Классификация — система деления некоторого множества объектов на отдельные группы, внутри которых объекты обладают определенной общностью.

Координирование — преобразование сообщения в сигнал или отображение нескольких сообщений заранее выбранными сочета­ниями символов.

Объект классификации — совокупность предметов, понятий, свойств или других элементов некоторого множества, для которых применяется определенная система классификации.

Признак объекта —одно из свойств объекта, которое может быть использовано для идентификации данного объекта.

Характер локализации объекта — признак, указывающий меру пространственного распространения объекта. Бывают объекты с дискретным, линейным и площадным характером локализации.

Точка привязки — точка условного знака, в наибольшей степени соответствующая положению объекта на местности.

Аппаратные средства включают платформы, на которых рабо­тает ГИС (мощные серверы, рабочие станции, отдельные персо­нальные компьютеры), а также разнообразное периферийное обо­рудование — сканеры, дигитайзеры для оцифровки карт, принте­ры и плоттеры для печати карт и т. п.

Программное обеспечение позволяет вводить, сохранять, анали­зировать и отображать географическую информацию. Компонентами программного обеспечения являются: средства для ввода и манипулирования географическими дан­ными;

система управления базой данных;

программные средства, обеспечивающие поддержку запросов, географический анализ и визуализацию информации;

графический интерфейс пользователя, облегчающий использо­вание программных средств.

Значение ГИС заключается в следующем: объединяет в единую систему пространственную информацию и информацию других типов, создает согласованную структуру для анализа географических и пространственных данных;

открывает новые пути обработки и использования географи­ческими знаниями и их отображения благодаря переводу карт и других источников пространственной информации в цифровую форму;

обеспечивает взаимосвязь между различными видами деятель­ности, основываясь на данных о географической близости.

Системный подход к использованию информации позволяет по-новому понять и объяснить их взаимосвязи, которые часто ос­таются незаметными. Например, позволяет увязать администра­тивные данные (владение собственностью, сведения о налогах, коммунальные кабельные и трубопроводные системы) с их геогра­фическим положением.

40

ГИС используют для решения разнообразных задач, основные аз которых можно сгруппировать следующим образом:

поиск и рациональное использование природных ресурсов;

территориальное и отраслевое планирование и управление раз­мещением промышленности, транспорта, сельского хозяйства, энергетики, финансов;

обеспечение комплексных и отраслевых кадастров;

мониторинг экологических ситуаций и опасных природных яв­лений, оценка техногенных воздействий на среду и их послед­ствий, обеспечение экологической безопасности страны и регио­нов, экологическая экспертиза;

контроль условий жизни населения, здравоохранение и образо­вание, социальное обслуживание, обеспеченность работой и др.;

обеспечение деятельности органов законодательной и испол­нительной власти, политических партий и движений, средств мас­совой информации;

обеспечение деятельности правоохранительных органов и си­ловых структур;

научные исследования и образование;

картографирование (комплексное и отраслевое): создание те­матических карт и атласов, обновление карт, оперативное карто­графирование.

ГИС должна иметь разветвленную структуру, аппаратные сред­ства и программное обеспечение, позволяющие обрабатывать и передавать большие объемы информации. Для такой системы ха­рактерны непрерывное усложнение, развитие технологических процессов, увеличение числа источников информации.

Функционирование ГИС должно быть основано на примене­нии следующих принципов:

1. Соответствие структуры ГИС, ее тактико-технических харак­теристик предъявляемым к ней требованиям пользователей. Со­гласно этому принципу ГИС должны выполнять основные требо­вания, предъявляемые не только к составу информационной сис­темы и принципам взаимодействия входящих в нее подсистем, их функциональным возможностям, оперативности, производствен­ной мощности, но и к картографическим моделям, прежде всего электронным и цифровым картам, создаваемым для использова­ния в ГИС. Этот принцип реализуется в результате разработки ва­риантов структуры ГИС и ее тактико-технических характеристик, их анализа и выбора лучшего варианта. Структура ГИС с заданны­ми тактико-техническими характеристиками будет технически ре­ализуемой, если при ее выборе рассматривают только варианты, ориентированные на существующие технические средства или перспективные средства автоматизации, производство которых Может быть освоено промышленными организациями в установ­ленные сроки.

41

2. Применение системного подхода при создании и использо­вании ГИС. Этот принцип заключается в рассмотрении объекта исследования как целостной системы, состоящей из ряда подсис­тем и имеющей функциональные зависимости и связи внутри системы, между ее подсистемами. Системный подход обеспечи­вает единство создания технического, математического, инфор­мационного и лингвистического обеспечения, их совместимость, определяет методы исследования и проектирования ГИС, ее структуру.

3. Комплексность системы. Этот принцип заключается в воз­можностях совместного анализа больших групп параметров в их взаимной связи, что важно для изучения сложных природных, территориальных, экономических, экологических и социальных явлений и процессов.

4. Эффективность системы. Этот принцип заключается в повы­шении эффективности функционирования ГИС и эффективности решения на ее основе задач. Эффективность ГИС определяется соотношением затрат на создание и эксплуатацию системы и по­лучаемых результатов. Эффективность работы пользователей ГИС повышают путем своевременного доведения до них необходимой и достаточной информации о местности и происходящих на ней процессах посредством создаваемых как единое целое электрон­ных и цифровых карт.

5. Полнота информационного обеспечения управлением разви­тия территории в процессе эксплуатации системы. Структура баз данных ГИС должна соответствовать структуре административно-территориальной системы.

6. Открытость системы, обеспечивающая легкость модифика­ций и переналаживания системы разработчиками и пользователя­ми с целью ее поддержания на современном уровне. Трансформа­ции необходимы как для обеспечения эволюционное™ системы, так и для решения разных задач. ГИС также должна соответство­вать динамично совершенствующимся технологиям. Необходимо также поддерживать современный уровень технического, матема­тического обеспечения и организационных структур, для чего це­лесообразно иметь доступ к разным программам, в том числе на принципах взаимного обмена.

2.2. Развитие географических информационных

СИСТЕМ

С самого развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования:

применение вычислительной техники для выполнения чис­ленных расчетов. Становление этого направления способствова-

42

до интенсификации методов численного решения сложных мате­матических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов, становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ;

использование средств вычислительной техники в автомати­ческих или автоматизированных информационных системах. Обычно объемы информации, которые применяют в таких систе­мах, достаточно велики, а сама информация имеет сложную структуру. Классические примеры информационных систем — банковские системы, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т. д.

Первые геоинформационные системы были созданы в Канаде и США в сере­дине 60-х годов.

Это было обусловлено несколькими факторами:

развитием технологий и совершенствованием аппаратных средств, особенно графических;

развитием и применением теории пространственных процессов в экономичес­кой и социальной географии, антропологии, краеведении и других отраслях зна­ний;

ростом образовательного уровня и мобильности населения, усилением соци­альной и экологической напряженности;

увеличением интенсивных транспортных потоков и т. д.

В Институте географии Вашингтонского университета в 1958—1961гг. полу⁸ чили развитие статистические методы и начали разрабатывать компьютерные программы и машинную картографию.

Целью Канадской географической информационной системы (КанГИС), раз­работку которой начали в середине 60-х годов, были анализ данных инвентариза­ции земель Канады (КИЗ) и получение статистических результатов для исполь­зования при разработке планов системы землепользования в крупных сельских районах страны. В результате КИЗ были созданы карты (масштаб 1:50000) сис­тематизации земель по следующим признакам: пригодность почв для земледе­лия; возможность рекреации; условия обитания дикой фауны (копытные); усло­вия обитания дикой фауны (водоплавающие птицы); возможность ведения лес­ного хозяйства; современное использование земель; особенности прибрежной полосы.

Было получено семь исходных карт, на каждой из которых были показаны ареалы с однородными характеристиками, а остальные слои создались на основе этих карт, например зоны переписи населения.

Гарвардская лаборатория машинной графики и пространственного анализа оказала решающее влияние на развитие ГИС до начала 80-х годов путем разработ­ки прикладных программ, таких, как 8УМАР (пакет программ общегеографичес-кого картографирования); САЬРОКМ (использование графопостроителя); ЗУМУ1) (трехмерное представление пространственных данных); РОЬУУкТ (фор­мирование ареалов).

В Институте систем окружающей среды (Е5К1) в начале 80-х годов создана си­стема АКС/ШРО, в которой была соединена стандартная реляционная система управления базами данных (ГМРО), обеспечивающая манипулирование таблица­ми свойств, со специализированной программой (АКС), которая позволяет мани­пулировать объектами, хранящимися в виде дуг.

АК.С/ШРО стала первой ГИС, использующей преимущества персональных компьютеров. Последующие ГИС могли базироваться на платформе, стоимость которой стала доступна многим органам управления по рациональному использо­ванию природных ресурсов, в том числе и земельных.

43

Период развития ГИС в России до 1990 г. можно определить как период научных исследований, когда цифровой картографи­ей и моделированием занимались ученые, работавшие в основ­ном в области наук о Земле. Период, наступивший после 1990 г., характеризовался постепенной коммерциализацией геоинфор­матики в России, поскольку ГИС — потенциально экономически эффективный инструмент, потому что около 80 % всей информа­ции имеет пространственную привязку. Появились представи­тельства крупнейших компаний — западных разработчиков ГИС, началась разработка собственных ГИС, появились специализи­рованные печатные издания и была создана ГИС — Ассоциация России.

Кроме западных продуктов на российском рынке геоинформа­ционных систем появились собственные российские разработки: ГИС ПАРК компании ЛАНЭКО, ГИС Ингео компании «Интег-ро», ГИС ПАНОРАМА, разработанная в Министерстве обороны, и др. Самой успешной российской ГИС является ОеоВга\у/Гео-Граф, разработанная Центром геоинформационных исследований Института географии РАН.

С 1995 г. началось активное развитие геоинформационных тех­нологий в России.

К 1997г. в России рынок геоинформационных технологий и услуг включал следующие крупные блоки: программные продук­ты, пространственные данные, квалифицированная рабочая сила, компьютерная техника, средства специализированного оборудо­вания (компьютерная периферия, геодезическое оборудование, станции приема ДДЗ, ОР8).

Наиболее активно финансировали ГИС-проекты управленчес­кие структуры городов. Так, суммарные расходы муниципальных структур на создание в 1997г. превысили федеральный бюджет. Связано это, во-первых, с осознанием мэриями городов с числен­ностью населения 300...500 тыс. невозможности управления го­родской инфраструктурой без современных информационных технологий; во-вторых, с появлением механизма самоокупаемости через инвентаризацию и регистрацию прав на недвижимость (Санкт-Петербург, Оренбург, Саратов и др.); в-третьих, необходи­мостью комплексных БД для реформирования городского ЖКХ и адресной социальной помощи (Зеленоград, Красноярск, Обнинск и др.); в-четвертых, с применением комплексного анализа разви­тия территорий с учетом их градостроительной ценности, инже­нерной инфраструктуры, экологии в тех городах, где уже накопле­ны значительные информационные объемы (Таганрог).

Геоинформационные технологии, миновав стадии пилотных и крупных государственных проектов, вышли на этап офисного применения. Так, в широко распространенные электронные таб­лицы Ехсе! и ЬоШз стали встраивать упрощенные ГИС-модули. Кроме того, ни одну из «легких» Вез&ор-систем не продают без 44

'цифровой картографической основы, позволяющей быстро осве­тить продукт и сразу его использовать.

§ Процесс развития «открытости» ГИС сопровождался увеличе-^ нием числа предложений поставщиков прикладных средств разра­ботки систем для конечного пользователя (Е5К.1 — МарОЪ]'ес(, ЦГИ ИГ РАН — «Геокоструктор» и др.), что уменьшило сроки и затраты при организации групповой работы. Кроме того, обяза­тельными требованиями к ГИС стали поддержка стандартных средств документооборота и связь с СУБД развитого уровня (ргас1е, ЗузЪа&е, 1пГоггшх). В то же время ведущие поставщики СУБД модернизируют формат хранения данных, с тем чтобы опе­рировать пространственной информацией не только в специально разрабатываемых приложениях, но и в стандартном ядре поставки I (Огас1е 8.0).

В 1997 г. практически все разработчики ГИС создали специаль­ные программные продукты для работы с картографической и пространственной информацией в 1п1егпе1 с учетом стремительно­го увеличения быстродействия персональных компьютеров на базе 1п1е1-процессоров.

Другая важная технологическая тенденция в этот период — ши­рокое привлечение к использованию в ГИС-проектах всех уров­ней данных дистанционного зондирования (ДДЗ) — единственно доступной в организационном и финансовом планах технологии получения актуализированной информации. Это потребовало раз­вивать рынок как самих данных, так и программных средств их обработки и дешифрирования.

Развитие оперативных технологий ввода и обновления государ­ственной информации связано с комплексными решениями, пре­дусматривающими применение как ДДЗ, так и современного электронного геодезического оборудования, среди которого все больший удельный вес приобретают приборы спутникового пози­ционирования. Системы ОРЗ (США) и ГЛОНАСС (Россия) ши­роко используют при воздушной и водной навигации, в автомо­бильном и железнодорожном транспорте, при землеустроитель­ных и земельно-кадастровых действиях. Все более привлекатель­ными и производительными становятся решения геодезических задач с помощью ОРЗ АкЫесЬ. Растущие объемы инвентаризаци­онных задач в стране оказывают стимулирующее воздействие на применение современных технологий спутникового позициони­рования в геодезии.

В последние годы вслед за традиционными информационными системами «укрупняются» ГИС — развивается производство про­граммных продуктов, рассчитанных на корпоративных пользова­телей. Необходимость обрабатывать гигантские объемы данных и обеспечивать многопользовательские режимы работы способству­ет развитию технологий «клиент-сервер», концентрируя внимание На применении стандартных ЗрЬ-серверов. Для производителей

45

ГИС это направление не является новым: производители систем управления рациональными базами данных встраивают в свои продукты расширения для работы с пространственными данными, а производители программного обеспечения ГИС создают подоб­ные расширения для различных СУБД, как правило, с помощью первых. В то же время производители программного обеспечения ГИС стремятся сделать сервер пространственных данных универ­сальным по отношению к ЗС^Ь-серверу, который выступает как хранилище данных. Таким образом расширяется возможность об­работки пространственных данных для всех популярных СУБД-серверов, таких, как Огас1е, ВВ2, 1шЪггшх, М8 5С>Ь Зегуег.

Стоимость пространственного расширения СУБД-серверов — дорогой продукт, стоимость которого значительно превышает сто­имость программного обеспечения сервера реляционной БД. Иногда стоимость серверов пространственных баз данных Е5К1 для М8 8(}Ь 5егуег в несколько десятков раз превышает стоимость последнего.

Большое внимание уделяют развитию Интернет/Интернет-тех­нологиям. Отчасти это связано с появлением спроса на ГИС кор­поративных пользователей, удовлетворить потребности которых призвано применение этих технологий.

В последнее время рынок информационных технологий разви­вается в направлении разработки решений для использования в Интернете и их применения в корпоративных аппаратно-про­граммных сетях. Разработчики и пользователи ГИС предпочитают программу \Уш1е1 персональным компьютерам на основе микро­процессоров (или их клонов) фирмы 1те1 и операционной систе­мы \Уик1о\У8. Кроме того, если раньше программные продукты ГИС разрабатывались на основе рабочая станция + 1Ж1Х, а затем импортировались (переносились) на \Ут1е1, то новые проекты крупных фирм (Е8К1, 1п1ег§гарЬ) все в большей степени тяготеют к разработке непосредственно на \Уш1е1.

В области инструментальных средств для создания ГИС-при-ложений все более популярными становятся библиотеки функций и компонентов, предоставляющие разработчику приложений воз­можность выбора языка и среды программирования. Преимуще­ства такого подхода перед встроенными интерпретаторами специ­ализированного языка программирования от производителя ГИС:

возможность создания автономного приложения; ' отсутствие необходимости вникать в новый язык программиро­вания (со всеми его недостатками) с получением преимуществ профессионально выполненной среды программирования и от­ладки программ;

возможность использования в приложении наряду с ГИС-ком-ментариями других компонентов и даже создания собственных приложений.

46

На рынке информационных технологий представлено несколь-

видов систем, работающих с пространственно распределенной „^формацией: автоматизированного проектирования (САВ); 'автоматизированного картографирования (АМ); управления сетя­ми (РМ); системы пространственного анализа; ГИС (О18).

Первые три вида систем наряду с системами мелкомасштабно­го пространственного анализа и системами управления базами данных можно считать предшественниками, на базе которых со­здавались ГИС. Они до сих пор накладывают существенный отпе­чаток на те дочерние системы, которые развились на их основе. чТак, системы фирмы 1ш.ег§гарЬ, в основе которых лежит САВ-си-«етема, существенно отличаются по идеологии от системы Агс-1пй>, которая развилась на базе системы мелкомасштабного про­странственного анализа.

САО-системы — это системы для автоматизированного проек­тирования с использованием средств машинной графики, являю­щиеся хорошо развитой областью применения программного обеспечения, на которой специализируются известные фирмы Аи1о<1е81с Ытйей, 8е11 и др. Такие системы работают только с тех­ническими чертежами. В процессе традиционного проектирова­ния информация, как правило, передается с помощью чертежей, графиков и диаграмм. По оценкам специалистов, черчение со­ставляет около 70 % общей трудоемкости проектной деятельнос­ти, поэтому понятно стремление использовать компьютеры для снижения затрат на процесс конструирования. Применение САВ-систем имеет большие преимущества перед традиционным черче­нием: это быстрое (в среднем в 2,5...3 раза) по сравнению с рабо­той за кульманом выполнение чертежей; повышение точности их выполнения за счет более детального просмотра любого элемента чертежа в произвольном масштабе; улучшение качества чертежей за счет того, что САВ позволяет быстро вносить исправления без ухудшения качества конечного продукта. Кроме того, возможно многократное копирование, так как любой чертеж или его часть могут быть сохранены и затем при необходимости повторно ис­пользованы. САВ-системы могут быть ориентированы и на рабо­чие станции, и на ПК, доступные большому кругу пользователей. Большинство задач проектирования может быть успешно решено на ПК. Значительное число САВ для ПК позволяет применять их в различных областях промышленности. Например, для ПК раз­работаны такие системы, как Ва1аСАВ, АшоСАВ, САВ-КЕУ-3, Оев^пСАВ 3В, Агм! 1000, Мах1САВ, Ме§а Моёе1, М1сго51аиоп РС, САВ-Опе, Мос1е1Ма1е Р1ш, УегзаСАВ ВЕ51ОН и др.

Первоначально САВ использовались как двумерные системы, обеспечивающие только автоматизацию выпуска конструкторской Документации на изделия. Дальнейшая эволюция систем связана с введением трехмерных моделей объектов и операций над ними (таких, как перенос, поворот, масштабирование, удаление скры-

47

тых линий, визуализация модели трехмерного объекта и т. д.). САО поддерживают большой список устройств ввода/вывода, по­зволяют работать со слоями, имеют множество достоинств, но не способны обеспечить работу с пространственной информацией и, в частности, с картой. Причины непригодности САЬ-систем для решения задач, стоящих перед ГИС: использование условной де­картовой системы координат для описания элементов чертежа и манипуляция только с геометрическими объектами (кругами, эл­липсами, цилиндрами, кубами и т. п., а не с реальными объекта­ми); отсутствие семантической или тематической части в описа­нии объектов, без которой решение задач анализа практически невозможно.

В последних версиях САО-систем (также как и в ГИС) по­явились базы данных, что связано с растущей популярностью ГИС и потерей производителями САО-продуктов части пользо­вателей.

АМ-системы — программные продукты, специально предназ­наченные для профессионального производства карт. Эти систе­мы базируются в основном на рабочих станциях, хотя встречаются и настольные системы для ПК, с помощью которых можно созда­вать карты простого содержания. Профессиональные АМ-систе­мы позволяют получить продукт, качество которого не уступает типографскому, однако они не нацелены на управление данными в течение длительного периода времени, практически лишены средств анализа. АМ эффективно используют при производстве стандартных морских или топографических карт, где все элементы содержания известны заранее, хранятся в специальных библиоте­ках, содержащих сам символ и его код. В АМ регламентируются заливки, штриховки, виды и размеры шрифтов. Изображение на карту наносится в строгом соответствии с принятыми условными знаками. Такой подход позволяет быстро создавать стандартные карты при очень хорошем качестве получаемого продукта, однако поскольку АМ-системы лишены возможностей моделирования и анализа, их нельзя использовать, например, в тематическом кар­тографировании, при решении управленческих задач, ведении мо­ниторинга земель и решении других задач.

РМ-системы управления сетями, например водопроводными, трубопроводными, энергетическими и телефонными, — это систе­мы управления пространственно распределенными объектами, с каждым из которых связана существенная содержательная инфор­мация, что объединяет ГИС и эти системы. Для решения боль­шинства задач сетевого управления не важна метрическая точ­ность действительного положения объектов в пространстве, что сближает РМ-системы с САО-системами. Однако наметившееся в последнее время расширение функций этих систем не только функциями управления сетевыми объектами, но и задачами про­ектирования и эксплуатации привело к необходимости точной 48

5 координатной привязки сетей и совместному использованию ; этой информации с другой пространственной информацией, оп­ределяющей взаимное положение и влияние объектов реального мира (сетей, зданий и сооружений, природных объектов и т. п.).

Системы мелкомасштабного пространственного анализа связаны прежде всего с задачами природопользования, а также территори­ального планирования и управления. Поэтому одним из первых разработчиков ГИС был Институт исследований систем окружаю­щей среды (Е8К.1) из США. В России такие системы впервые по­явились в организациях геологического и географического профи­ля (фирма «Ланэко», ЦГИ ИГ РАН, географический факультет МГУ). Именно с системами пространственного анализа связаны два подхода к построению ГИС: растровый и векторный.

Исторически ГИС в современном их понимании развивались на базе информационно-поисковых систем и позднее картографи­ческих банков данных. Информационные системы рассматривали как первый этап автоматизированного создания карт, позднее в функции ГИС (в их широком понимании) стали включать блоки математико-картографического моделирования и автоматизиро­ванного воспроизведения карт. Рассматривая карту как инстру­мент для географического анализа и выделяя подсистему пользо­вателя, ГИС стали охватывать и область использования карт. Большинство ГИС включают в свои задачи создание карт или используют картографические материалы как источник инфор­мации.

В промышленно развитых странах существуют тысячи ГИС, используемых в экономике, политике, экологии, управлении ре­сурсами и охране природы, кадастре, науке и образовании. ГИС охватывают все пространственные уровни: глобальный, регио­нальный, национальный, локальный, муниципальный, интегри­руя разнообразную информацию о нашей планете (картографи­ческую, данные дистанционного зондирования, статистику и пе­реписи, кадастровые сведения, гидрометеорологические данные, материалы полевых экспедиционных наблюдений, результаты бу­рения, подводного зондирования и др.).

В создании ГИС участвуют международные организации, пра­вительственные учреждения, министерства и ведомства, картогра­фические, геологические и земельные службы, статистические уп­равления, частные фирмы, научно-исследовательские институты и университеты. На разработку ГИС ассигнуют значительные фи­нансовые средства, в процессе участвуют целые отрасли промыш­ленности, создается разветвленная геоинформационная структу­ра, сопряженная с телекоммуникационными сетями.

Во многих странах образованы национальные и региональные органы, в задачи которых входят развитие ГИС и автоматизиро­ванного программирования, формирование государственной по­литики в области геоинформатики, национального планирования,

49

А. А. Варламов, С. А. Гальченко

сбора и распространения информации, включая и исследования правовых проблем, связанных с владением и передачей географи­ческой информации, с ее защитой. Федеральная программа Рос­сии предусматривает создание цифровых и электронных карт мас­штабом 1:10 000—1:1 000 000 и банков данных для этих карт, раз­работку различных ГИС для органов государственного управле­ния, для демаркации границ России, региональных ГИС по Северу, Байкалу, муниципальных, территориальных и отраслевых ГИС. В Москве сформирован первый Российский научно-произ­водственный центр геоинформации (Росгеоинформ). Одновре­менно развернуты региональные производственные центры в Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Новосибирске, Иркутске и Ха­баровске. При создании разветвленной ГИС-инфраструктуры к этим центрам предполагается привязать местные и отраслевые ГИС разной проблемной ориентации, а также центры сбора и об­работки аэрокосмической информации. В сеть ГИС России обя­зательно должны быть включены научные и научно-производ­ственные базы и банки тематических данных, существующие в институтах Академии наук, вузах, отраслевых учреждениях и ве­домствах.

Все организации, работающие сегодня на геоинформационном рынке, можно подразделить:

на государственные структуры управления (регуляторы рынка и реализаторы федеральных проектов);

организации-пользователи (реализаторы ГИС-проектов);

поставщиков программных средств, цифровых геоданных (ДЦЗ, цифровая картография, измерения на местности);

поставщиков вычислительной техники, оборудования (специа­лизированной компьютерной периферии, специального геодези­ческого оборудования, станций приема ДЦЗ);

организации, организующие обучение и консалтинг;

системные интеграторы ГИС-проектов.

Один из наиболее распространенных видов ГИС в науках о Земле — ресурсные, предназначенные для инвентаризации, оцен­ки, охраны и рационального использования ресурсов, прогноза результатов их эксплуатации. Чаще всего для их формирования используют уже имеющиеся карты, которые цифруют и вводят в базы данных в виде отдельных информационных слоев, отражаю­щих существующее состояние пахотных земель, пастбищ, лесов, поселений и других категорий и угодий земельного фонда. Их можно дополнять информацией по отдельным рекам, озерам, уго­дьям, поселениям (название, источники загрязнения, степень на-рушенности). При этом каждую карту можно укрупнить, совмес­тить с другой, сделать с нее печатную копию.

В большинстве случаев ГИС создаются на основе обширных банков и баз данных цифровой информации, куда кроме карто­графических материалов включают данные многолетних наблюде-

50

, статистические сведения, данные дистанционного зондиро-

.

Геоинформационные системы можно классифицировать:

по назначению (в зависимости от целевого использования и решаемых задач);

тематической ориентации (в зависимости от области примене­ния);

территориальному охвату (в зависимости от масштабного ряда цифровых картографических данных, составляющих базу данных

ГИС);

функциональным возможностям (в зависимости от наличия технических средств защиты визуализации данных);

архитектурным типам построения (в зависимости от возможно­сти расширения и изменения);

способу организации географических данных (в зависимости от форматов ввода, хранения, обработки и предоставления картогра­фической информации) (рис. 2.1).

По функциональным возможностям можно выделить мощные универсальные, настольные, персональные ГИС.

Мощные универсальные ГИС — это ГИС, ориентированные на рабочие станции или мощные ПК и сетевую эксплуатацию систе­мы, обрабатывающие большие объемы информации, имеющие разнообразные средства ввода (от дигитайзеров и сканеров до станций обработки космических снимков) и вывода, развитые средства документирования, которые позволяют создавать карты, не уступающие создаваемым с использованием традиционных технологий.

Яркими представителями этого класса являются универсаль­ные ГИС фирм ШТЕКСКАРН, СВ8, Е5К.1, которые с одинако­вым успехом применяют в различных отраслях

Настольные геоинформационные системы обладают несколько меньшими возможностями, чем универсальные, и предназначены Для решения в первую очередь научных задач, но могут быть ис­пользованы и для решения задач управления. В этих системах не ставится столь жестких требований к качеству и разнообразию средств визуализации, объемам обрабатываемой информации, за-Щите информации и ее сохранности. Эти системы доступны боль­шинству коллективов и могут работать в любом малом офисе. Типичные представители таких систем — МарГшЪ, АНаз С15 и др.

В этом классе систем можно выделить сокращенные версии крупных ГИС (1МТЕКСКАРН, АК.С/ШРО) для систем Ш1Х и ^1пс1о\У8 N7, предназначенные для работы на ПК в операционных системах ВО8 и ^тс1о\у§. Поскольку первоначально эти системы создавали для станций, при переносе на менее мощный компью­тер не учитывали ограничения на размер памяти и быстродей-

а.51

Рис. 2.1. Классификация геоинформационных систем

сгвие, характерные для ПК. Поэтому такие программные продук­ты обладают меньшими возможностями по сравнению с версиями этой же системы для рабочих станций и значительно уступают по быстродействию ГИС, созданным специально для ПК. Однако у них есть существенный плюс — совместимость с аналогичными версиями для рабочих станций и всесторонняя поддержка фирма­ми-производителями.

Системы для домашнего и информационно-справочного ис­пользования — наиболее закрытые системы, которые либо не до­пускают вовсе внесения изменений в информацию или допускают незначительное ее изменение, например редактирование записей в базе данных или внесение новых записей. Это дешевые системы, которые предъявляют очень скромные требования к ПК. Такие системы можно приобрести в обычных книжных магазинах или магазинах, торгующих массовым программным обеспечением. Представителями таких систем являются системы фирм «Хорис» (Санкт-Петербург) или М-Сйу (Москва).

Классифицировать ГИС можно, исходя и из их архитектурных принципов построения. Все ГИС, представляемые на современ­ном рынке, принадлежат к двум типам архитектур: закрытым и открытым, кратко охарактеризовать которые можно следующим образом.

Основное преимущество закрытых систем — низкая цена. Они не имеют возможностей расширения, у них отсутствуют встроен­ные языки, не предусмотрено написание приложений, они будут выполнять только запрограммированные операции. В большин­стве случаев закрытые системы нельзя изменить, поэтому они имеют короткий жизненный цикл.

Открытые системы обычно имеют от 70 до 90 % встроенных функций и на 10...30 % могут быть достроены самим пользовате­лем при помощи специального аппарата создания приложений. Термин «открытые системы» означает открытость для пользовате­ля, легкость приспособления, расширения, изменения, адаптацию к новым форматам, изменившимся данным, связь между суще­ствующими приложениями. Открытые системы обычно дороже закрытых, но их жизненный цикл большой.

По формам представления географических данных существуют следующие виды ГИС: векторные, растровые, векторно-растро-вые, трехмерные. Растровая форма — это представление графичес­кой информации (карты, рисунки, фотографии) в виде матрицы чисел, каждый элемент которой является кодом, характеризую­щим яркость соответствующего элемента дискретизации изобра­жения карты. Векторная форма — это такая форма представле­ния, в которой информация о месторасположении объектов, их очертаниях дается в виде структурированного набора координат точек объекта. Трехмерная форма — форма представления инфор­мации в системе координат X, У, 2.

53

характерные для ПК. Поэтому такие программные продук­ты обладают меньшими возможностями по сравнению с версиями этой же системы для рабочих станций и значительно уступают по быстродействию ГИС, созданным специально для ПК. Однако у них есть существенный плюс — совместимость с аналогичными версиями для рабочих станций и всесторонняя поддержка фирма­ми-производителями.

Системы для домашнего и информационно-справочного ис­пользования — наиболее закрытые системы, которые либо не до­пускают вовсе внесения изменений в информацию или допускают незначительное ее изменение, например редактирование записей в базе данных или внесение новых записей. Это дешевые системы, которые предъявляют очень скромные требования к ПК. Такие системы можно приобрести в обычных книжных магазинах или магазинах, торгующих массовым программным обеспечением. Представителями таких систем являются системы фирм «Хорис» (Санкт-Петербург) или М-Сity (Москва).

Классифицировать ГИС можно, исходя и из их архитектурных принципов построения. Все ГИС, представляемые на современ­ном рынке, принадлежат к двум типам архитектур: закрытым и открытым, кратко охарактеризовать которые можно следующим образом.

Основное преимущество закрытых систем — низкая цена. Они не имеют возможностей расширения, у них отсутствуют встроен­ные языки, не предусмотрено написание приложений, они будут выполнять только запрограммированные операции. В большин­стве случаев закрытые системы нельзя изменить, поэтому они имеют короткий жизненный цикл.

Открытые системы обычно имеют от 70 до 90 % встроенных функций и на 10...30 % могут быть достроены самим пользовате­лем при помощи специального аппарата создания приложений. Термин «открытые системы» означает открытость для пользовате­ля, легкость приспособления, расширения, изменения, адаптацию к новым форматам, изменившимся данным, связь между суще­ствующими приложениями. Открытые системы обычно дороже закрытых, но их жизненный цикл большой.

По формам представления географических данных существуют следующие виды ГИС: векторные, растровые, векторно-растровые, трехмерные. Растровая форма — это представление графичес­кой информации (карты, рисунки, фотографии) в виде матрицы чисел, каждый элемент которой является кодом, характеризую­щим яркость соответствующего элемента дискретизации изобра­жения карты. Векторная форма — это такая форма представле­ния, в которой информация о месторасположении объектов, их очертаниях дается в виде структурированного набора координат точек объекта. Трехмерная форма — форма представления инфор­мации в системе координат X, У, 2.