1. Геоинформатика в системе наук о Земле

По тесноте связи, уровню взаимодействия, методической и тех­нологической близости и возможностям интеграции ближайшее окружение геоинформатики образует картография и дистанцион­ное (аэрокосмическое) зондирование. Характер связи трех наук и технологий можно представить в виде четы­рех моделей, не только теоретически возможных, но и реально предлагавшихся в разные «эпохи» их совместного параллельного развития и осознания ими своей роли и места в условиях экспан­ сии новых информационных технологий

Нельзя не заметить, что тесное взаимодействие и интеграция наук и технологий сопровождается углублением их основ, расширением и обновлением инструмента­рия и прикладных возможностей, структурными перестроениями, что способствует их самоидентификации и более точному позиционированию в системе наук на фоне сложного переплетения и взаимопроникновения новых информационных техно­логий. С этой точки зрения следует иметь в виду, что появление геоинформа­ционных систем ознаменовало собой переворот в инструмен­тарии моделирования географического пространства вообще, реализовав принципиально новый способ его описания и представления в форме цифровых моделей и нарушив дотоле существовавшую здесь монополию карт и других геоизображений как единственного средства моделирова­ния пространства и решения пространственных задач, позволив заменить графические модели объектов земной поверхности цифровыми, а в ряде приложений вытеснить традици­онные картографические модели из тех областей, где их использование невозможно или нецелесообразно. Раз­витие цифровой картографии ничего не меняет по существу: оставаясь в сфере забот и интересов картографии, цифровые карты картами не являются.

Важнейшая черта взаимодействия геоинформатики с ее окружением — интеграция. Одно из ее следствий — возникновение и развитие пограничных дисциплин. Интеграционные процессы затрагивают не только отношения классической триады «дистанционное зондирование — геоинформатика — картография» или их попарных отношений.

2. Понятия: автоматизированные информационные и геоинформационные системы, ГИС-технологии.

Автоматизированная информационная система (АИС) — совокупность программно-аппаратныхсредств, предназначенных для автоматизации деятельности, связанной с хранением, передачей иобработкой информации.

АИС являются, с одной стороны, разновидностью информационных систем (ИС), с другой —автоматизированных систем (АС), вследствие чего их часто называют ИС или АС.

АИС может быть определена как комплекс автоматизированных информационных технологий,предназначенных для информационного обслуживания – организованного непрерывного технологическогопроцесса подготовки и выдачи потребителям научной, управленческой и др. информации, используемойдля принятия решений, в соответствии с нуждами для поддержания эффективной деятельности.

Классическими примерами автоматизированных информационных систем являются банковские системы,автоматизированные системы управления предприятиями, системы резервирования авиационных илижелезнодорожных билетов и т. д.

Учётные данные системы могут быть подвергнуты автоматической обработке для последующеготактического и стратегического анализа с целью принятия управленческих решений большего горизонтадействия.

Побочными, возможными, но не гарантированными эффектами от использования системы могутвыступать:

повышение производительности работы персонала;

улучшение качества обслуживания клиентов;

снижение трудоемкости и напряженности труда персонала;

снижение количества ошибок в его действиях.

Геоинформационная система — система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информации о необходимых объектах.

Понятие геоинформационной системы также используется в более узком смысле — как инструмента (программного продукта), позволяющего пользователям искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности, так и дополнительную информацию об объектах.

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, например, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС, природоохранные ГИС и т.п.; среди них особое наименование, как особо широко распространенные, получили земельные информационные системы.

Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений.

Интегрированные ГИС, ИГИС совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений в единой интегрированной среде. Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов, обеспечивая графическое, или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС оперируют пространственно-временными данными.

Геоинформационные технологии (ГИТ) — это информационные технологии обработки географически организованной информации.

В широком смысле ГИТ - это наборы данных и аналитические средства для работы с координатно привязанной информацией. ГИТ - это не информационные технологии в географии, а информационные технологии обработки географически организованной информации.

Особенность ГИТ проявляется в ее способности связывать с картографическими (графическими) объектами некоторую описательную (атрибутивную) информацию (в первую очередь алфавитно-цифровую и иную графическую, звуковую и видеоинформацию).

ГИС должны обладать функциями, способствующими сочетанию сложившихся ранее и новых геоинформационных методов решения географических задач. ГИС-технологии создания и использования геоинформационных систем для анализа и моделирования представляют комплекс функций ГИС и программных средств. Они включают операции и отдельные функции, которые могут группироваться в алгоритмические процедуры для обеспечения решения задач целевого назначения конкретной ГИС. К базовым ГИС-технологиям относятся:

• ввод данных – осуществляется путем цифрования источников (сканирования или ручного обвода объектов по изображению карт, снимков и т.п. на экране монитора) или импорта из существующих наборов цифровых данных;

• преобразование данных – конвертирование форматов (векторных, растровых, внутренних форматов ГИС-пакетов); трансформирование картографических проекций и выполнение прямой или косвенной координатной привязки данных – важнейшей операции в ГИС;

• управление данными в базах данных – поиск по пространственному (где?) или атрибутивному (что?) запросам, редактирование и модификация данных, интеграция данных из разных источников, выполнение аналитических операций (вычисление длин, площадей и др. картометрических операции);

• оверлей – наложение друг на друга двух или более слоев, в результате чего образуется графическая композиция исходных слоев (графический оверлей) или один слой, содержащий композицию пространственных объектов исходных слоев; предполагается, что слои представлены в одной системе пространственных координат, проекции и масштабе; одна из базовых технологий анализа данных и их пространственных или качественных взаимосвязей; в растровых моделях часто называется «алгебра карт»;

• пространственный анализ – набор операций преобразования и совмещения в пространстве информации разного типа, (например, оверлей слоев экологических и социальных факторов для принятия решений по землепользованию); построения буферных зон (буферного пространства вокруг точек, линий и полигонов); классификации и группировки многопараметрических данных; анализ размещения и связей объектов, соседства, сетей, видимости-невидимости и др.

Большая часть ГИС-технологий с точки зрения программной реализации представляет собой набор программных процедур и элементарных операций (утилит), на комбинации которых основываются способы структуризации и хранении пространственных данных в БД, преобразования данных для выполнения географического анализа, выполнения специальных функций, таких как прокладка маршрута, поиск кратчайших расстояний, построение моделей поверхности и т.д. К таким наборам процедур относятся технологии создания экспертных систем и баз знаний, методы искусственного интеллекта (содержательный анализ данных), методы моделирования виртуальной реальности, веб-картографирование и создание веб-ГИС.

4. История развития гис: хронология основных этапов.

В истории развития геоинформационных систем можно выделить четыре периода:

1. Пионерный период - поздние 1950-е - ранние 1970-е гг;

2. Период государственных инициатив - ранние 1970-е - ранние 1980-е;

3. Период коммерческого развития - ранние 1980-е - настоящее время;

4. Пользовательский период - поздние 1980-е - настоящее время.

Первый период развивался на фоне успехов компьютерных технологий: появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах, цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х при одновременном, часто независимом друг от друга, создании программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров, формальных методов пространственного анализа, программных средств управления базами данных.

Большое влияние в этот период оказывают теоретические работы в области географии и пространственных взаимосвязей, а также становление количественных методов в географии в США, Канаде, Англии, Швеции (работы У.Гаррисона,Т.Хагерстранда, Г.Маккарти, Я.Макхарга.

Первый безусловный крупный успех становления геоинформатики и ГИС - это разработка и создание Географической Информационной Системы Канады (Canada Geographic Information System, CGIS). Начав свою историю в 60-х годах, эта крупномасштабная ГИС поддерживается и развивается по сей день.

Назначение ГИС Канады состояло в анализе многочисленных данных, накопленных Канадской службой земельного учета (Canada Land Inventory), и в пеолучении статистических даных о земле, которые бы использовались при разработке планов землеустройства огромных площадей преимущественно сельскохозяйственного назначения.

Для этих целей требовалось создать классификацию использования земель, используя данные по сельскохозяйственной, рекреационной, экологической, лесохозяйственной пригодности земель, отразить сложившуюся структуру использования земель, включая землепользователей и землевладельцев.

Большое воздействие на развитие ГИС оказала Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа Массачусетского технологического института.

Программное обеспечение Гарвардской лаборатории широко распространялось и помогло создать базу для развития многих ГИС-приложений. Именно в этой лаборатории  заложили основы картографической алгебры, создав семейство растровых программных средств Map Analysis Package - MAP, PMAP, aMAP.

3 ЭТАП

В конце 60х годов в США сформировалось мнение о необходимости использования ГИС - технологий для обработки и представления данных Национальных Переписей Населения.

Потребовалась методика, обеспечивающая корректную географическую "привязку" данных переписи. Основной проблемой стала необходимость конвертирования адресов проживания населения, присутствовавших в анкетах переписи, в географические координаты таким образом, чтобы результаты переписи можно было бы оформлять в виде карт по территориальным участкам и зонам Национальной переписи.

Для этих целей Национальное Бюро Переписей США (U.S. Census Bureau) разработало комплексный подход к "географии переписей".

Был разработан специальный формат представления картографических данных DIME, для которого были определены прямоугольные координаты перекрестков, разбивающих улицы всех населенных пунктов США на отдельные сегменты.

Алгоритмы обработки и представления картографических данных были заимствованы у разработчиков ГИС Канады и Гарвардской лаборатории и оформлены в виде программы POLYVRT, осуществляющей конвертирование адресов проживания в соответствующие координаты, описывающие графические сегменты улиц.

Таким образом, в этой разработке ВПЕРВЫЕ был широко использован ТОПОЛОГИЧЕСКИЙ подход к организации управления географической информацией, содержащий математический способ описания пространственных взаимосвязей между объектами.

Создание, государственная поддержка и обновление DIME-файлов стимулировали также развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям:

• автоматизированные системы навигации

• системы вывоза городских отходов и мусора

• движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т.д.

Одновременно на основе этой информации была создана серия атласов крупных городов, содержащих результаты Переписи 1970 года, а также большое количество упрощенных компьютерных карт для маркетинга, планирования розничной торговли и т.д.