Часть II. Основы цифрового картографирования. Введение.

Как уже ранее было сказано, другой после картографии базовой составляющей научных основ цифрового картографирования является геоинформатика, ориентированная на технологии составления, хранения и использования карт и на компьютерные средства их реализации. Геоинформационные системы - главный предмет изучения и разработки геоинформатики являются основой практически любой современной автоматизированной картографической системы; на них основаны также технологии создания и использования картографических ресурсов Интернета. Поэтому большое место в этой части учебника отведено геоинформационным знаниям и сведениям.

Раздел 1. Геоинформатика (ги), как научная основа цифрового картографирования.

В разделе рассматриваются следующие темы:

1.1. Основные понятия ГИ.

1.2. Структуры и функции ГИС; картографические элементы и возможности ГИС.

1.3. Классификации и области применения ГИС.

1.4. Объединение ГИС с другими типами информационных систем (ИС).

1.1. Основные понятия геоинформатики (ги).

ГИ – отрсль научной и практической деятельности, специализирующаяся на разработке, применении и развитии геоинформационных систем (ГИС) и технологий (ГИТ).

ГИС – аппаратно-програмный комплекс, предназначенный для автоматизированной и автоматической обработки геоданных и создания различных геоинформационных продуктов.

Геоинформация – сведения об объектах Земли, имеющие пространственную (координаты и геометрические отношения) и атрибутивную (сущностные характеристики) составляющие; в среде ГИС она представлена, соответственно, пространственными и атрибутивными геоданными.

Геоинформационная технология или ГИТ – последовательность операций, выполняемых средствами ГИС с геоданными, позволяющая получить определённый результат или промежуточный продукт; полный технологический цикл, позволяющий получить конечный продукт, как правило, состоит из нескольких ГИТ).

Геоинформационное картографирование (или ГИС-картографирование) – создание, хранение и использование карт средствами ГИС; как правило, включает в себя несколько ГИТ.

Цифровая карта (ЦК) – аналог традиционной карты, представленной в виде взаимосвязанных структур геоданных в памяти компьютера или на внешнем носителе.

Цифровое картографирование - создание, хранение и использование карт средствами автоматизированных картографических систем (АКС); в состав АКС, кроме ГИС могут входить другие виды информационных систем, например, автоматизированная фотограмметрическая система (АФС).

1.2. Структуры и функции гис. Картографические элементы и возможности гис.

Одна структура ГИС вытекает непосредственно из её определения, согласно которому она состоит из трёх взаимодействующих компонентов: аппаратной базы, программных средств и геоданных. Четвёртый и главный «компонент» ГИС – это специалисты (разработчики проектов, администраторы, программисты, операторы и др.), обеспечивающие работу системы и в ней непосредственно участвующие. Эту структуру можно назвать компонентной.

Другая структура, которую можно назвать функциональной, вытекает из того представления, что все системы состоят из взаимосвязанных элементов (подсистем), специализирующихся на определённых функциях или технологических операциях, в совокупности образующих функциональные и технологические возможности систем. Обобщённая функциональная структура ГИС имеет в своём составе следующие основные подсистемы: 1) ввода, 2) хранения 3) отображения 4) обработки и анализа 5) вывода (рис.1).

Рис.1 Обобщенная функциональная структура ГИС.

Отличие подсистем ГИС от аналогичных подсистем других видов информационных систем заключается в том, что все они ориентированы для работы не только с атрибутивными, но и с пространственными данными. Это отличие особенно заметно в подсистеме хранения данных, которая состоит из двух типов БД – соответственно пространственной и атрибутивной (рис 1).

Полный перечень функциональных возможностей различных видов ГИС слишком большой, чтобы его давать целиком. Обобщённо его можно представить в виде следующих функциональных групп:

- Формирование разнообразных структур геоданных: растров, слоёв, пространственных БД, атрибутивных БД.

- Преобразования геоданных: координатные, проекционные, модельные, форматные и некоторые другие.

- Отображение, управление данными и редактирование.

- Обработка, измерения, анализ и моделирование пространственных данных.

- Создание и обработка 3D-структур, включая ЦМР.

- Составление цифровых и бумажных карт, подготовка других видов документов.

- Хранение геоданных, ЦК и документов

О картографических элементах и возможностях ГИС можно сказать следующее.

В связи с тем, что ГИС имеет дело с геоинформацией, основным носителем которой является географическая карта, то многое в содержании, организации, обработке, предоставлении и анализе геоданных в системе заимствовано из классической картографии, а также многие технические и программные средства специально приспособлены для работы с картографическими данными. Очень часто работы с применением ГИС начинаются с карт и картами заканчиваются. Можно назвать следующие основные элементы классических карт и методологии их составления и использования, заимствованные геоинформатикой из картографии: размещённые на плоскости или в пространстве данные (т.н. слои), масштаб, картографические проекции, сетки и системы координат, методы классификации и разработки шкал, способы изображения, условные обозначения, легенда, методы и приемы генерализации, компоновка карты, методы измерений и анализа карт и другие. Наконец, визуальное представление ЦК (изображение, выведенное на экран монитора или на бумагу плоттером) не отличается от внешнего устройства традиционной карты.

Что касается картографических возможностей ГИС, то они различны как по отношению к разным этапам и видам картографических работ, так и в отношении разных классов самих систем. Ограничены возможности ГИС на этапах проектирования и издания карты. Проектирование карт, особенно сложных или новых произведений, - процесс, зависящий в основном от опыта, квалификации, научной подготовки и творческих качеств редактора (коллектива редакторов), поэтому ГИС играет в нем лишь вспомогательную роль. Что касается издания карт, то с помощью ГИС печатают небольшие тиражи в количестве до 10, максимум до 20 экземпляров; средние тиражи, как известно из курса Общей картографии, печатают на пробопечатных станках, а крупные – на офсетных машинах. На этапе составления практически все работы, за исключением генерализации, которая поддаётся лишь частичной автоматизации, выполняются средствами ГИС. Полностью может быть автоматизирован этап подготовки карт к изданию. А из всего видового разнообразия ГИС, применяемых для автоматизации картографических работ, наибольшими возможностями обладают системы, специализированные на составлении карт, например, MapInfo или AutoCAD Map, а также системы так называемого полнофункционального класса, например, ArcInfo, о которых речь пойдёт в следующем параграфе.