67

О.А. ТКАЧЕВА

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ

ИНФОРМАЦИОННЫЕ

СИСТЕМЫ

КУРС ЛЕКЦИЙ

Новочеркасск

2013

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ф ЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НОВОЧЕРКАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕЛИОРАТИВНАЯ АКАДЕМИЯ»

О.А. ТКАЧЕВА

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ

СИСТЕМЫ

КУРС ЛЕКЦИЙ

для студентов, обучающихся по направлению подготовки 120700 – Землеустройство и кадастры

Новочеркасск

2013

УДК 004:631.111 (075.8)

Т 484

Рецензенты: Лукьянченко Е.П., канд. экон. наук, доцент кафедры «Землепользование и землеустройство»

Ткачева, О.А.

Т 484 Географические информационные системы [Текст]: курс лекций для для студентов, обучающихся по направлению подготовки 120700 – Землеустройство и кадастры / О.А. Ткачева; Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2013. – 66 c.

В курсе лекций рассмотрены теоретические и методические основы, история развития, принципы функционирования и применения информационных систем, в общем, и геоинформационных в частности, возможности геоинформационного картографирования для целей земельного кадастра и землеустройства.

Рекомендовано для студентов, обучающихся по направлению подготовки 120700 – Землеустройство и кадастры

Ключевые слова: информационная система, геоинформационная система, геоинформатика, геоинформационное картографирование.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение	5
Лекция 1 Введение в геоинформатику.	6
1 Понятия, термины, определения, структура геоинформатики	6
2 Общее представление о ГИС.	8
3 Области применения, связь ГИС с другими научными дисциплинами и технологиями	11
Лекция 2 Картографические возможности ГИС	13
1 Геоинформационное картографирование	13
2 Понятие, концептуальные модели географического пространства	14
3 Анализ традиционного и геоинформационного картографирования	17
Лекция 3 Вопросы организации данных в ГИС	20
1 Виды информации в ГИС	20
2 Отображение объектов реального мира в ГИС	21
3 Методы ввода графической информации, достоинства и недостатки	22
4 Структуры и модели данных	25
5 Форматы графических файлов ГИС	27
Лекция 4 Базы данных и системы управление ими	29
1 Типы структур и выбор оптимальной структуры базы данных ГИС	29
2 Системы управления базами данных	31
Лекция 5 Составные части ГИС	33
1 Конфигурация, структура и функции типовой ГИС	33
2 Подсистемы ввода информации и вывода изображений, сбора, поиска и анализа данных	36
3 Классификация ГИС	37
Лекция 6 Анализ пространственных данных	40
1 Средства и основные функции пространственного анализа	40
2 Основные приемы анализа картографических изображений	42
3 Картографические способы отображения результатов анализа данных	45
Лекция 7 Особенности ГИС-картографирования для целей комплексного кадастра	47
1 Информационное обеспечение кадастра	47
2 Требования к картографической документации кадастра	49
3 Применение ГИС-технологий при создании различных ГИС при производстве кадастровых работ	51
Лекция 8 ГИС как интеграция пространственных данных и технологий	55
1 Тенденции развития ГИС-технологий	55
2 Геоинформационные системы и Интернет	59
3 Интерактивные картографические ресурсы	61
Литература	66

ВВЕДЕНИЕ

География является связующим звеном информации, получае­мой из многочисленных источников. Прежде всего, это различные типы карт: планы застроек, топографические и разнообразные те­матические карты. Кроме того, данные могут поставляться с аэро - и космических снимков, они поступают из файлов на магнитных дисках, из отчетов и компьютерных систем, из результатов поле­вых измерений.

Значительная часть географических данных быстро меняется с течением времени и поэтому иногда неприемлемым становится использование бумажных карт: быстроту получения информации и ее актуальность может гарантировать только автоматизированная систе­ма. Первыми попытками применения автоматизации в географии стали банки географической информации. Однако с течением вре­мени накапливался опыт сбора, хранения и управления данными, нарабатывались библиотеки программ, решающих стандартные задачи. Современная географическая информационная система (ГИС) представляет собой автоматизированную систему, имею­щую большое количество графических и тематических баз данных, соединенную с модельными и расчетными функциями для манипулирования ими и преобразования в пространственную картографическую информацию для принятия на ее основе разнообразных ре­шений и осуществления контроля.

Геоинформационные системы сочетают в себе хорошо отра­ботанные технологии реляционных СУБД и компьютерную графику высокого класса в целях управления информацией, описывающей земную поверхность либо относящейся к ней. ГИС позволяют обрабатывать разнообразные типы данных об объектах либо характеристиках земной поверхности — координаты, формы, связки (пространственная информация), описательные сведения и цифры (непространственная информация). Все многообразие данных интегрируется в единую логичную модель. После этого интерактивные, базирующиеся на графике инструменты обеспечивают управление данными, их корректировку, создание запросов, анализ и вывод результатов, то есть все необходимое для ведения и понимания географической и связанной с ней информации.

Данный курс лекций позволит получить и сформировать знания в области геоинформационных систем и создания электронных карт средствами ГИС для студентов, обучающихся по направлению подготовки 120700 - Землеустройство и кадастры.

ЛЕКЦИЯ 1 ВВЕДЕНИЕ В ГЕОИНФОРМАТИКУ

Вопросы лекции:

1 Понятия, термины, определения, структура геоинформатики

2 Общее представление о ГИС

3 Области применения, связь ГИС с другими научными дисциплинами и технологиями

1 Понятия, термины, определения, структура геоинформатики

В наши дни информатизация коснулась всех сторон жизни общества. Информатика развивается благодаря другим наукам и сама способствует их постоянному развитию. В науках о Земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС), причем слово «географические» обозначает не столько «пространственность» или «территориальность», а скорее комплексность и системность, заложенные в ГИС.

Первые ГИС были созданы в Канаде и США в середине 60-х годов., а сейчас в промышленно развитых странах существуют тысячи ГИС, используемых в экономике, политике, экологии, управлении ресурсами и охране природы, кадастре, науке и образовании и т.д. ГИС охватывает все пространственные уровни - глобальный, региональный, национальный, локальный, муниципальный - интегрируя самую разнообразную информацию о нашей планете: картографическую, данные дистанционного зондирования, статистику и переписи, кадастровые сведения, гидрометеорологические данные, материалы полевых экспедиционных наблюдений, результаты бурения и подводного зондирования и т.п. В создании ГИС участвуют международные ассоциации (ООН, ЮНЕП, ФАО и др.), крупнейшие государственные учреждения, министерства и ведомства, картографические, геологические и земельные службы, статистические управления, частные фирмы, научно-исследовательские институты и университеты. На разработку ГИС ассигнуются значительные финансовые средства, в деле участвуют целые отрасли промышленности, создается разветвленная геоинформационная инфраструктура, сопряженная с телекоммуникационными сетями.

Во многих странах созданы национальные и региональные органы, в задачи которых входит развитие ГИС и автоматизированного картографирования, формирование государственной политики в области геоинформатики, национального планирования, сбора и распространения информации, включая исследования правовых проблем, связанных с владением и передачей географической информации, с ее защитой и др. Федеральная программа России предусматривает создание цифровых и электронных карт масштабов 1:10 000 - 1:1 000 000 и банков данных для этих карт, разработку геоинформационных систем различного ранга и назначения (для органов государственного управления, для демаркации государственных границ, ряду региональных ГИС по Северу, Байкалу и др., муниципальных, территориальных и отраслевых ГИС и др.). В Москве сформирован первый Российский научно-производственный центр геоинформации (Росгеоинформ). Одновременно развернуты региональные и производственные центры еще в пяти городах страны: Санкт-Петербург, Екатеринбург, Новосибирск, Иркутск, Хабаровск.

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 обязательно должны быть включены научные и научно-производственные банки и базы тематических данных, существующих в институтах Академии наук, вузах, отраслевых учреждениях и ведомствах.

Тематическое многообразие геоинформационных ресурсов разного пространственного охвата, масштаба, точности и разрешения, а кроме того - еще и разных форм графического представления, делают актуальной задачу обмена всей этой информацией посредством телекоммуникационных сетей. Лишь с их помощью может быть обеспечен доступ к научно-практическим и учебно-методическим информационным ресурсам, т.е. формирование единого информационного (в том числе и геоинформационного) пространства.

Термин «геоинформатика» состоит из трех корней: география, информатика и автоматика. Под геоинформатикой принято понимать научно-технический комплекс, объединяющий геоинформатику, технологию и прикладную деятельность, которые связаны с разработкой и реализацией ГИС. Данный комплекс формируется на стыке географии, информатики, теории информационных систем, картографии и других дисциплин с привлечением системного подхода и новейших достижений в области вычислительной техники.

Геоинформатика изучает принципы, технику и технологию получения, накопления, передачи, обработки и представления данных и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях.

Сегодня геоинформатика предстает в виде системы, охватывающей науку, технику и производство. Геоинформатика - научная дисциплина, изучающая природные и социально-экономические геосистемы (их структуру, связи, динамику, функционирование в пространстве и времени) посредством компьютерного моделирования на основе баз данных, и географических знаний. С другой стороны, геоинформатика - это технология (ГИС-технология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно -координированной информации, имеющая целью решения задач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами. Наконец, геоинформатика, как производство - это изготовление программных и аппаратных средств, включая создания баз данных, систем управления, стандартных, коммерческих ГИС различного целевого назначения и проблемной ориентации.

Сфера деятельности геоинформатики связана с картографией и дистанционным зондированием, а также затрагивает фотограмметрию, топографию. Геоинформатика располагается в одном ряду с методами (математическими, картографическими, дистанционного зондирования и др.) и связывается с науками о земле геологией, почвоведением, лесоведением, географией, экономикой, биологией и т.д.

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.