МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный университет науки и технологий

имени академика М.Ф. Решетнева»

Кафедра _________________________________________

Рекомендовано

для использования в учебном процессе

методической комиссией института__________

протокол № от «___»_____2017г.

Им Сергей Тхекдеевич

Геоинформационные системы и технологии

Курс лекций

для студентов направления 21.03.03 – «Геодезия и дистанционное зондирование»

всех форм обучения

Красноярск, 2017

Лекция 1 Основные понятия и определения гис

Лекция составлена по материалам учебного пособия Журкина И. Г., Шайтуры С. В. «Геоинформационные системы».

План

• Введение

• Основные понятия геоинформатики

• Структура и классификация ГИС

• Термины и определения из ГОСТ-а

Введение

Разработка ГИС началась в конце 1960-х гг. в основном в учебных и научных заведениях Англии, Канады и России.

Преподавание геоинформатики и геоинформационных систем как дисциплин началось в начале 1990-х гг. в Московском государственном университете геодезии и картографии, МГУ им. М.В. Ломоносова и Сибирской государственной геодезической академии (Новосибирск).

Первые ГИС являлись чисто географическими информационными системами. Основная модель организации данных в них сводилась к набору имен и характеристик в сочетании со множеством именованных данных, местонахождение которых задавалось географическими координатами.

Первые гис

В 1960-1970-х гг. ГИС ориентировались на растровые (точнее, ячеистые) структуры представления данных.

В первых ГИС использовались ячейки, различные по размеру, форме (прямоугольник, треугольник, круг) и типу представления на поверхности (строящиеся на плоскости или на поверхности тара, эллипсоида). Ячеистое представление было обусловлено аппаратурнотехническими возможностями, а также неразвитостью операционных (алгоритмических) процедур манипулирования векторными структурами. Все это отражалось в примитивности средств графической и картографической документации и функциональной ограниченности ГИС «первого поколения».

ГИС первого поколения (1960-70-е гг.) ориентировались на чисто утилитарные задачи: инвентаризацию земельных ресурсов, земельный кадастр, учет и совершенствование системы налогообложения. Основная функция этих ГИС состояла в вводе первичных документов для хранения и обновления данных. Обработка данных отличалась примитивностью в сравнении с современным уровнем.

В Канаде в 1963-1971 гг. под руководством Р. Томлинсона был разработан классический пример крупной универсальной региональной ГИС - Канадской ГИС (CGIS). На основе этих работ был принят стандарт по формированию национальной топографической базы данных. Он включал в себя терминологический словарь, описание данных, правила формирования модели, требования по точности, описание системы координат и проекций и т.д.

Формат gbf-dime

Бюро переписи США - одна из организаций, сыгравших ключевую роль в развитии ГИС. В конце 1960-х гг. в бюро разработали формат GBFDIME (Geographic Base File, Dual Independent Map Encoding, математиком бюро Джеймсом Корбеттом). В этом формате впервые была реализована схема определения пространственных отношений между объектами, называемая топологией, которая описывает, как линейные объекты на карте соединены между собой, какие площадные объекты граничат друг с другом, а какие объекты состоят из смежных элементов. Впервые были пронумерованы узловые точки, присвоены идентификаторы площадям по разные стороны линий. Это стало революционным нововведением. Формат GBF-DIME позже трансформировался в TIGER.

SYMAP

Лаборатория компьютерной графики Гарварда, переименованная в 1968 г. в Лабораторию компьютерной графики и пространственного анализа, стала колыбелью многих идей, составивших фундамент современных ГИС.

В этой лаборатории была создана известная картографическая система SYMAP, которая увидела свет в 1966 г.

Наряду с этим пакетом существовали и другие (CALFORM, CAM, SURFACE II, SASGRAPH). http://maps.unomaha.edu/Peterson/GIS/notes/Harmon/GISsoftware.html

ESRI

Одна из наиболее известных компаний в области производства ГИС - компания

ESRI была основана в 1969 г. Джеком и Лаурой Данжермонд (Jack и Laura Dangermond) в качестве консультативный группы. В 1970-х гг. ESRI фокусировалась на развитии фундаментальных идей ГИС и их применении в реальных коммерческих проектах.

Во второе десятилетие своего существования ESRI решила начать выпуск собственных продуктов и инструментов в связи с тем, что появился спрос на коммерческие

ГИС, которые могут использовать другие фирмы для реализации своих проектов. Первый коммерческий продукт ESRI - ARC/INFO - вышел в 1981 г. В том же году была проведена первая пользовательская конференция ESRI, на которую собралось 18 человек. По мере появления новых операционных систем и нового аппаратного обеспечения ARC/INFO оперативно переходила на новые платформы.

Intergraph

Другой наиболее известной компанией в области производства ГИС является компания Intergraph, основанная в том же 1969 г., которая в начале своей деятельности занималась консалтингом и консультировала государственные учреждения в использовании цифровых компьютерных технологий. Основатели компании ранее работали в IBM в Хантсвилле и создавали системы наведения ракеты «Сатурн». Для удовлетворения запросов своих первых клиентов компания предложила технологии, которые позже были использованы в графических системах, - этот подход нашел отражение в названии компании, сложенном из слов Interactive и Graphics.

1980-е

Интегрированное внедрение компьютерных технологий в ГИС в США началось в 1980-х гг., причем первоначально понятие ГИС не обособлялось, и под этим термином объединялись все информационные системы, связанные с автоматизированной обработкой пространственных данных (дистанционного зондирования, геодезии, картографии, фотограмметрии) со свойственными им общими признаками, такими как: определение места признака в географическом пространстве, установление связи признака с другими признаками на карте и т. д.

В конце 1980-х гг. ГИС завоевывают новые сферы науки, появляются новые источники данных - дистанционного зондирования (ДЗ), GPS, отмечается комплексирование с методами цифровой картографии.

Дальнейшим развитием международного сотрудничества в области геопространственных данных является проведенная в рамках ISO разработка единого каталога, включающего все объекты и явления окружающей среды (Environmental data coding specification). Введение международной системы классификации и кодирования геопространственных данных позволило конвертировать данные ранее созданных систем, что обеспечило стыковку различных ГИС, построенных на национальных системах кодирования.

1990-е

Качественно новое представление и бурное развитие ГИС произошло в начале 1990-х гг. с принятием идеологии и технологии САПР, что выразилось в совершенствовании методов сбора данных, ранее сдерживавших развитие ГИС, принятии повышенных требований к их точности, а также использовании принципов обработки данных на основе теории графов.

Создание ГИС стало основываться на серийных и коммерческих программно-аппаратных средствах, ориентированных на расширение круга решаемых задач.

Для баз данных (БД) 1990-х гг. характерны многоплатформенность и разнообразие клиентских приложений, возрастание роли в БД современной архитектуры - клиент/сервер и распределенных БД, основывающихся на комплексном использовании СУБД, неоднородных сетей и связующего программного обеспечения.

Со второй половины 1990-х гг. возросла тенденция к построению трехмерных (3D) моделей, что продиктовано, с одной стороны, требованиями практических задач, с другой - увеличением мощности вычислительных ресурсов, способных успешно проводить такое моделирование. Трехмерные модели обеспечивают отображение реальности, близкой к той, которую видит глаз на местности.

Open GIS

С 1998 г. начало создания концепций универсальных «открытых» ГИС (Open GIS, OGIS) в форме формальной спецификации моделей и форматов.

Реализация таких ГИС возможна на основе программного обеспечения с полномодульной конфигурацией, включающей помимо стандартных операций модули для обработки полевых данных, уравнивания сетей, составления кадастровых планов, формирования цифровой модели рельефа и пр.