Глава 2 Принципы работы геоинформационной системы

2.1. Основные функции гис

Геоинформационные системы можно классифицировать следующим образом:

- по величине пространства;

- по видам исследуемых объектов и процессов;

- в зависимости от предметной области и проблемной ориентации (мониторинг, управленческие задачи, инвентаризация, поддержка принятия решений и т.д.);

- по функциональным возможностям.

Ниже перечислены основные функции ГИС:

1. Ввод и редактирование данных;

2. Хранение данных и преобразование моделей пространственных данных;

3. Преобразование систем координат и проекций;

4. Растрово-векторные операции;

5. Ведение СУБД;

6. Операции аналитической геометрии (измерительные и вычислительные);

7. Пространственный анализ;

8. Пространственное моделирование (геомоделирование);

9. Построение цифровых моделей рельефа;

10. Вывод данных.

Функционирование геоинформационных систем базируется на основе методов машинной графики и вычислительной геометрии, САПР, СУБД, цифровой фотограмметрии, картографии и дистанционного зондирования.

Укрупнено функциональные возможности ГИС и цели, достигаемые с помощью этих функций, показаны на рис. 2.1.

Рассмотрим подробнее основные функции, которые выполняют современные ГИС.

Ввод информации

Как уже говорилось в пар. 1.5, Гл. 1, функции ввода пространственной информации в ГИС реализуются путём оцифровки обычных карт с помощью специальных средств ввода – дигитайзеров или считыванием изображений карт в растровом формате через сканирующие устройства. В дальнейшем эта растровая информация может оцифровываться (векторизоваться) автоматически с помощью специальных программ или путем обводки вручную электронного изображения объектов на карте мышью. Кроме того, как источники картографической информации широко используются материалы дистанционного зонирования: аэро- и космические фотоснимки, получаемые в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, радиотелеметрические данные, передаваемые с помощью глобальных

Геоинформационные системы

Выполняемые функции Достигаемые цели

Ввод, хранение и выдача графической информации

Замена традиционных “бумажных”

технологий “электронной” на базе

ЭВМ по сбору, хранению, коррек-

тировке и выдаче графической и

текстовой информации

Ввод, хранение и выдача

атрибутивной информации

Оперативность и эффективность

принятия технических, финансовых

и управленческих решений

Совместное (интегрированное)

использование географической и

текстовой информации

Автоматизация расчетов и

получение альтернативных

вариантов для принятия решений

Автоматизированный анализ

интегрированной информации

по заданным критериям

Автоматизация получения

оптимальных технологических

проектных и управленческих

решений

Автоматизированный поиск

оптимальных решений

Принятие упреждающих и

стратегических проектных

и управленческих решений

Моделирование и прогнози-

рование развития инфра-

структуры, экологии,

экстремальных ситуаций

и т. д.

Рис. 2.1. Структура функциональных возможностей ГИС

спутниковых систем позиционирования GPS (global positioning system – российская система ГЛОНАСС и американская NAVSTAR). Сегодня уже имеются GPS приёмники, способные работать с обеими системами.

Наиболее сложные функции ввода заключаются в автоматической детализации растровых изображений, полученных путем сканирования карт или путем фотосъемки местности. Это связано с решением задач по распознаванию образов. Поэтому создан особый класс программных средств - так называемые “векторизаторы”. Например, пакет ARC/EDIT [5].

Функции хранения информации в ГИС имеют самостоятельное значение. Прежде всего это связано с типами форматов для компактного хранения и быстрой визуализации пространственной информации (см. пар 1.4 и 1.5 Гл.1). ГИС должна поддерживать как минимум один из форматов, включая возможность экспорта-импорта пространственных данных через обменные форматы [17]. Универсальные системы поддерживают до десятка различных форматов хранения пространственной информации в разных географических (геодезических) координатах. Большим разнообразием отличаются также способы хранения и взаимосвязи пространственных данных: от простейших файловых структур до иерархических и объектно-ориентированных баз данных, объединяющих разномасштабные и разнотематические карты и планы. Тоже можно сказать и про атрибутивные базы данных. В геоинформационных системах с возможностями экспертных систем применяются также семантические цепи, фреймы и объектно-ориентированные системы [18,19]. Необходимым требованием к современным ГИС является работа в локальных и глобальных сетях с соответствующими возможностями хранения и обмена всеми видами информации.

Функции вывода информации обеспечивают наглядность и оперативность представления картографического материала совместно с атрибутивными данными (в виде таблиц), деловой графикой, слайдами. Качество конечного материала исследований, проведенного с помощью ГИС, во многом зависит от технической стороны дела, а также методов картографического вывода и графического дизайна. Карта по-прежнему остается основной формой отображения результатов пространственного анализа и моделирования в ГИС, т.к. визуальное восприятие картографической информации, ее емкость и полнота зрительных образов для пользователя весьма эффективны.

Для создания карт больших размеров и высокого качества на «твердом носителе» используются графопостроители (плоттеры). Карты издают на бумаге или пластике с последующим ламинированием. В связи с развитием средств мультимедиа и Интенет-технологий большое распространение получили электронные карты и атласы, которые, конечно же, дешевле, чем полиграфическое издание. Интернет-технологии позволили также сделать «достоянием широкой публики» аеро- и космические снимки земной поверхности, картографические анимации, виртуальные рельефы.

Функции пространственного анализа являются одним из главных и определяющих показателей качества ГИС. К данным функциям относятся операции от простейших запросов до сложных экспертных оценок на основе пространственного моделирования. Подробное описание этих функций дано в следующем параграфе. Из всего многообразия функций логически можно выделить 3 подсистемы: сбор и обработка информации, моделирование и анализ информации, ее использование для принятия решений.

Структурная схема последовательности выполнения основных функций по обработке пространственной и атрибутивной информации универсальной ГИС представлена на рис. 1.1 в пар. 1.1 Гл 1. Создание универсальной геоинформационной системы, которая выполняла бы все эти функции в полном объеме, является громоздкой и в принципе не нужной задачей. Поэтому каждый пакет имеет свою специфику, выражаемую в развитости одной из перечисленных функций. Кроме того, в каждом конкретном случае решается противоречивая задача между полнотой выполняемых функций и операций и стоимостью программного продукта.

В соответствии с доминирующими функциями в настоящее время сложилась определенная терминология в названиях геоинформационных систем (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1.

	функции ввода информации	функции хранения информации	функции вывода информации	функции пространствен-ного анализа и моделирования
Векторизаторы и средства обработки данных дистан- ционного зондирования
Справочно-картографичес-кие системы (СКС)
ГИС-вьюверы
Модули пространствен-ного моделиро-вания

Имеется большое количество геоинформационных систем, в которых разработчики пытаются реализовать большинство этих функций в едином программном продукте. Такие ГИС получили название инструментальные. Они строятся, как правило, по модульному принципу в виде набора пакетов специализированных программ [5, 20, 21].