Глава 2. Особенности системы управления базами данных в геоинформационных системах

2.1 Применение геоинформационных систем

Геоинформационная система (географическая информационная система, ГИС) — 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.

Геоинформационная система может включать в свой состав пространственные базы данных (в том числе под управлением универсальных СУБД), редакторы растровой и векторной графики, различные средства пространственного анализа данных. Применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования геоинформационных систем изучаются геоинформатикой.

Современные ГИС представляют собой новый тип интегрированных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных существующих автоматизированных систем, а с другой - обладают спецификой в организации и обработке данных

Так как в ГИС осуществляется комплексная обработка информации (от ее сбора до хранения, обновления и предоставления), их можно рассматривать со следующих различных точек зрения:

• ГИС как система управления - предназначена для обеспечения поддерж­ки принятия решений на основе использования картографических дан­ных;

• ГИС как автоматизированная информационная система - объединяет ряд технологий известных информационных систем (САПР и других);

• ГИС как геосистема - включает технологии фотометрии, картографии;

• ГИС как система, использующая БД, - характеризуется широким набо­ром данных, собираемых с помощью разных методов и технологий;

• ГИС как система моделирования, система предоставления информации - является развитием систем документального оборота, систем мультиме­диа и т.д.

ГИС широко используется в государственной сфере, сфере транспорта и коммунального хозяйства.

Для предоставления услуг населению государству очень важно получать адекватный анализ данных, чтобы своевременно и эффективно выявлять наиболее востребованные и дефицитные ресурсы.

Возможности ГИС:

• развитые аналитические функции;

• возможность управлять большими объемами данных;

• инструменты для ввода, обработки и отображения пространственных данных.

Преимущества геоинформационных систем:

• Удобное для пользователя отображение пространственных данных Картографирование пространственных данных, в том числе в трехмерном измерении, наиболее удобно для восприятия, что упрощает построение запросов и их последующий анализ.

• Интеграция данных внутри организации - геоинформационные системы объединяют данные, накопленные в различных подразделениях компании или даже в разных областях деятельности организаций целого региона. Коллективное использование накопленных данных и их интеграция в единый информационный массив дает существенные конкурентные преимущества и повышает эффективность эксплуатации геоинформационных систем.

• Принятие обоснованных решений - автоматизация процесса анализа и построения отчетов о любых явлениях, связанных с пространственными данными, помогает ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений.

• Удобное средство для создания карт - геоинформационные системы оптимизируют процесс расшифровки данных космических и аэросъемок и используют уже созданные планы местности, схемы, чертежи. ГИС существенно экономит временные ресурсы, автоматизируя процесс работы с картами, и создают трехмерные модели местности.

Операции, осуществляемые ГИС

• Ввод данных - в геоинформационных системах автоматизирован процесс создания цифровых карт, что кардинально сокращает сроки технологического цикла.

• Управление данными - геоинформационные системы хранят пространственные и атрибутивные данные для их дальнейшего анализа и обработки.

• Запрос и анализ данных - геоинформационные системы выполняют запросы о свойствах объектов, расположенных на карте, и автоматизируют процесс сложного анализа, сопоставляя множество параметров для получения сведений или прогнозирования явлений.

• Визуализация данных - удобное представление данных непосредственно влияет на качество и скорость их анализа. Пространственные данные в геоинформационных системах предстают в виде интерактивных карт. Отчеты о состоянии объектов могут быть построены в виде графиков, диаграмм, трехмерных изображений.

• определить какие объекты располагаются на заданной территории;

• определить местоположение объекта (пространственный анализ);

• дать анализ плотности распределения по территории (например, плотность расселения);

• определить временные изменения на определенной площади);

• смоделировать, что произойдет при внесении изменений в расположение объектов (например, если добавить новую дорогу).

Классификация ГИС

• По территориальному охвату:

• глобальные ГИС;

• субконтинентальные ГИС;

• национальные ГИС;

• региональные ГИС;

• субрегиональные ГИС;

• локальные или местные ГИС.

• По уровню управления:

• федеральные ГИС;

• региональные ГИС;

• муниципальные ГИС;

• корпоративные ГИС.

• По функциональности:

• полнофункциональные;

• ГИС для просмотра данных;

• ГИС для ввода и обработки данных;

• специализированные ГИС.

• По предметной области:

• картографические;

• геологические;

• городские или муниципальные ГИС;

• природоохранные ГИС и т. п.

Если помимо функциональных возможностей ГИС в системе присутствуют возможности цифровой обработки изображений, то такие системы называются интегрированными ГИС (ИГИС). 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 оперирует пространственно-временными данными.

Области применения ГИС

• Городское и региональное планирование: оценка потребностей в сетях водоснабжения и канализации, проектирование инженерных сетей, мониторинг состояния инженерных сетей и предотвращение аварийных ситуаций.

• Экономическое развитие: ГИС-приложения обеспечивает детальный анализ всех социальных, экономических и топографических особенностей, которые влияют на экономику конкретной области.

• Чрезвычайные ситуации и ликвидация стихийных бедствий: оценка и мониторинг состояния природной среды, моделирование экологических катастроф и анализ их последствий, планирование природоохранных мероприятий.

• Правоохранительные органы и силовые ведомства: планирование спасательных операций и охранных мероприятий, моделирование чрезвычайных ситуаций, стратегическое и тактическое планирование военных операций, навигация служб быстрого реагирования и других силовых ведомств.

• Нефтегазовая промышленность: геологоразведка, мониторинг технологических режимов работы нефтепровод и газопроводов, проектирование магистральных трубопроводов и т.д.

• Дороги и автомагистрали, транспорт: управление транспортной инфраструктурой и ее развитием, управление парком подвижных средств и логистика, управление движением, оптимизация маршрутов и анализ грузопотоков.

• А также образование, избирательные услуги, здравоохранение, геодезия и материально-техническое обеспечение инфраструктуры.

Геоинформационные системы тесно связаны с другими информационными системами и используют их данные для анализа объектов.

• Управление земельными ресурсами, земельные кадастры. Для решения проблем, имеющих пространственную привязку и начали создавать ГИС. Типичные задачи — составление кадастров, классификационных карт, определение площадей участков и границ между ними и т. д.

• Инвентаризация, учет, планирование размещения объектов распределенной производственной инфраструктуры и управление ими. Например, нефтегазодобывающие компании или компании, управляющие энергетической сетью, системой бензоколонок, магазинов и т. п.

• Проектирование, инженерные изыскания, планировка в строительстве, архитектуре. Такие ГИС позволяет решать полный комплекс задач по развитию территории, оптимизации инфраструктуры строящегося района, требующегося количества техники, сил и средств.

• Управление наземным, воздушным и водным транспортом. ГИС позволяет решать задачи управления движущимися объектами при условии выполнения заданной системы отношений между ними и неподвижными объектами. В любой момент можно узнать, где находится транспортное средство, рассчитать загрузку, оптимальную траекторию движения, время прибытия и т. п.

• Управление природными ресурсами, природоохранная деятельность и экология. ГИС помогает определить текущее состояние и запасы наблюдаемых ресурсов, моделирует процессы в природной среде, осуществляет экологический мониторинг местности.

• Геология, минерально-сырьевые ресурсы, горнодобывающая промышленность. ГИС осуществляет расчеты запасов полезных ископаемых по результатам проб (разведочное бурение, пробные шурфы) при известной модели процесса образования месторождения.

• Чрезвычайные ситуации. С помощью ГИС производится прогнозирование чрезвычайных ситуаций (пожаров, наводнений, землетрясений, селей, ураганов), расчет степени потенциальной опасности и принятие решений об оказании помощи, расчет требуемого количества сил и средств для ликвидации чрезвычайных ситуаций, расчет оптимальных маршрутов движения к месту бедствия, оценка нанесенного ущерба.

• Военное дело. Решение широкого круга специфических задач, связанных с расчетом зон видимости, оптимальных маршрутов движения по пересеченной местности с учетом противодействия и т. п.

• Сельское хозяйство. Прогнозирование урожайности и увеличения производства сельскохозяйственной продукции, оптимизация ее транспортировки и сбыта.

Зарубежный и отечественный опыт показывает, что приоритетными и наиболее жизнеспособными системами являются те, которые служат информационным базисом в процессе:

• принятия решений на всех уровнях управления;

• научно обоснованного перспективного и оперативного планирования развития поселений и их отдельных территорий;

• оптимального проектирования объектов промышленного и гражданского назначения;

• разработки генерального плана города и контроля за его реализацией;

• изучения состояния экологических, социально-экономических, природно-ресурсных условий территорий и их экономической оценки;

• совершенствования функций учета и рационального использования городских земель и недвижимости (зданий и сооружений);

• − получения достоверной информации о местоположении и эксплуатации инженерных сетей городского коммунального хозяйства;

• реализации рационального налогообложения, взимания платежей за загрязнение окружающей среды, использование природных ресурсов и недвижимого имущества;

• охраны прав собственности на объекты недвижимости и различные природные ресурсы.

Структура ГИС

Функционирующую ГИС можно представить в виде системы, где основными ее элементами являются: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, пользователи и методы.

Аппаратные средства можно представить в виде системы, включающей средства ввода (дигитайзер, сканер, фотоаппарат и т.д.) и средства вывода (плоттер, монитор, проектор и т.д.), хранения информации, где возможен запуск ГИС. Современные ГИС работают практически на всех типах компьютерных платформ.

ГИС становится неотъемлемым средством изучения поверхности Земли и расположенных в ее пределах подземных, наземных и надземных объектов. Сфера применения геоинформационных систем непрерывно расширяется. Поэтому сложно перечислить все области использования ГИС, поскольку их возможности практически безграничны.