1 Основы организации и функционирования географических и земельных информационных систем

1.1 Принципы создания и функционирования гис

Со временем значительная часть информации быстро меняется, и поэтому все труднее становится ее использование в традиционно бумажном виде. Поэтому возникла необходимость создания автоматизированной системы, имеющей большое количество графических и тематических баз данных и соединенной с модельными расчетными функциями для преобразования данных в пространственную информацию и последующего принятия управленческих решений. Основная задача ГИС- формирование знаний о земном шаре, его отдельных территориях, а также обеспечением пространственными данными различных пользователей.

Функции ГИС заключается в сборе, системной обработке, моделировании и анализе пространственных данных, их отображении и использовании при подготовке и решении управленческих решений. ГИС предназначены для создания карт на основе получаемой информации на конкретный момент времени.

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

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.

ГИС используют для решения разнообразных задач. Основные из 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; обеспечение деятельностью органов законодательной и исполнительной власти, политических партий и движений, средств массовой информации; обеспечение деятельности правоохранительных органов и силовых структур; научные исследования и образование; картографирование: создание тематических карт и атласов, обновление карт, оперативное картографирование.

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, создаваемых для использования в ГИС. Структура ГИС заданными тактико-техническими характеристиками будет технически реализуемой, если при выборе рассматривают только варианты, ориентированные на существующие технические средства или перспективные средства автоматизации, производство которых может быть основано промышленными организациями в установленные сроки.

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 связи, что важно для изучения сложных, природных, экологических и социальных явлений и процессов.

4. Эффективность системы. Этот принцип заключается в повышении функционирования ГИС и эффективности решения на ее основе задач.

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

6. Открытость системы, обеспечивающая легкость модификаций и переналаживания системы разработчиками и пользователями с целью ее поддержания на современном уровне.

Ядром каждый информационной системы является база данных, под которой понимают поименованную совокупность данных, отображающую состояние объекта, го свойства и взаимоотношения с другими объектами, а также комплекс технических и программных средств для ведения этих баз данных.

База данных ГИС включает графические и атрибутивные данные, которые могут храниться вместе или отдельно.

Большинство современных ГИС имеют две отдельные системы управления базами данных для графических и семантических баз данных. СУБД семантических данных должна иметь интерфейс с СУБД графических (картографический) данных, которая должна обеспечить: хранение и манипулирование точечными, линейными и площадными графическими объектами; многоуровневое представление графических данных; произвольную выработку и отображение любых фрагментов графических изображений. Такой подход имеет ряд недостатков: необходимость назначения топографических связей между графическими объектами и их семантическими описаниями; недостаточную гибкость табличной организации семантических данных; неспособность распознавать иерархические отношения классов объектов. Кроме того, СУБД пространственных и атрибутивных данных совмещена, это затрудняет манипулирование атрибутивными данными, поскольку их структура неряционная. Указанные недостатки можно устранить, применив объектно-ориентированный подход при проектировании базы данных ГИС.

При выборе СУБД руководствуются следующими требованиями: возможность оперировать данными разного типа; наличие языка запросов высокого уровня; хранение данных в одном из стандартных форматов или наличие конвектора для соответствующих преобразований; наличие возможностей работы в сетях; наличие возможности обработки больших объемов информации; наличие системы разграничения доступа к информации; наличие системы разграничений по функциям обработки информации; наличие системы защиты данных от потерь и-за технических сбоев.

Основная идея организации структуры базы данных заключается втом, чтобы максимально нормализовать их, т.е. разбить на смысловые и функциональные группы.

При организации базы данных различают: тип данных, структуру данных, модель данных, форму данных, форму представления пространственных данных.

К данным, используемым в ГИС, относится описательная информация, которая хранится в базе данных об объектах, расположенных на карте. Описательную информацию называют атрибутом. Одна из основных идей, воплощенная в традиционных ГИС, - это сохранение связи между пространственными и атрибутивными данными при раздельном их хранении и частично при раздельной обработке.

Как отмечалось ранее, пространственные данные современных ГИС представлены в двух формах: векторной и растровой. Векторные модели данных основывается на представлении карты в виде точек, линий и плоских замкнутых фигур и используется для предоставления информации, которую в дальнейшем нужно обрабатывать. Растровая модель данных основывается на представлении карты с помощью регулярной сетки одинаковых по форме Ии площадки элементов и используют в качестве подложки для дальнейшей векторизации картографического изображения.

Важнейшей современной тенденцией являются соединение растровых и векторных систем, показ векторных данных, наложенную на растровую основу. При этом источников растровых данных может быть файл ГИС. С помощью векторных и растровых ГИС можно сформировать зоны: охранную вокруг озер, загрязнение вдоль дорог, транспортной напряженности и др.

Анализируют растровые и векторные ГИС по следующим показателям: точность координат, скорость аналитической обработки, потребности в массовой памяти.

Общие правила целостности БД отсутствуют. В некоторых системах поддерживаются ограничения уникальности значений некоторых полей, но в основном все возлагается на прикладную программу.

Для эффективного выполнения задач создания методов ввода, обновления, обеспечение файлового хранения и контроля за доступом пользователя к файлам ввода данных требуется создать гибкую и хорошо организационную ГИС.[1]