Kizim_A.V
..pdfческих решений и текущих последствий предпринимаемых действий. Технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности – будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи.
Геоинформационные системы рассматриваются в качестве эффективного инструмента интегрированного использования различных типов данных и знаний в интересах проблемно-ориентированного анализа территориальных особенностей развития города и области и выработки комплексных решений. Единый подход к формированию баз данных, их однозначное геопозиционирование, возможность осуществления территориальных выборок, образная визуализация результатов и выводов позволили ГИС-технологиям занять ведущее место среди иных видов информационных технологий в сфере управления, планирования и хозяйствования.
Главное преимущество ГИС перед другими информационными системами заключено в возможности объединения разнородных данных на основе географической (пространственной) информации. Возможность удобного поиска объектов по географическому или другому пространственному признаку, например, по почтовому адресу с последующим получением быстрой справки, и наоборот, поиск объекта в базе данных по значениям его атрибутов с последующим определением его местоположения на карте или схеме, делают ГИС-технологии незаменимыми при создании современных информационно-справочных систем.
Особую динамику и привлекательность придает ГИС-технологиям их совместное интегрированное использование с сетевыми технологиями, которые также обладают высокой образностью и структурированностью используемых данных, относительной легкостью освоения, широкой сферой приложения. Однако остается нерешенной проблема единых принципов организации и методов реализации территориальных ГИС для решения комплекса сложных взаимосвязанных задач кратковременного и долговременного характера, таких как формирование и проведение экономической и социальной политики, решение политических задач, задач в области охраны природы [18].
12.2. Общие функциональные компоненты ГИС
Функциональными составляющими ГИС как программнотехнического комплекса являются: данные; программное обеспечение; аппаратное обеспечение; персонал; функциональные возможности (рис. 31).
Данные в ГИС – любая пространственная информация и связанные с ними табличная (атрибутивная) информация. ГИС представляет собой одновременно средство по созданию данных и управлению ими.
121
Источниками данных для ГИС являются:
существующие карты;
геодезические данные точного измерения координат и метрической информации;
поверхности: воздушные, наземные, подземные, водные, косми-
ческие;
аэрокосмическая фотосъемка и сканирование, стереофото-съемка;
данные из архитектурно-строительных и инженернокоммуникационных САПР
данные из архитектурно-строительных и инженернокоммуникационных САПР (CAD).
Программное обеспечение ГИС – функции и инструменты, необхо-
димые для управления, анализа и визуализации пространственной информации, а также управления ГИС в целом.
Аппаратное обеспечение ГИС – компьютер, на котором работает ГИС, а также средства ввода/вывода (сканеры, GPS-приемники, принтеры, плоттеры и т.д.). ГИС могут работать на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью персональных компьютеров (ПК).
Рис. 31. Составляющие ГИС
Создание и управление ГИС невозможно без людей. Персоналом ГИС являются как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, создающие и поддерживающие в актуальном виде данные, так непосредственные пользователи.
Функциональные возможности ГИС – методологический и алгорит-
мический аппарат, заложенный в ГИС. Современные ГИС включают средства разработки, позволяющие наращивать функциональность и превращать универсальные ГИС в специализированные системы для конкретных отраслей, сфер знания, производственных коллективов.
122
Основные функции ГИС:
функции автоматизированного картографирования должны обеспечивать работу с пространственными данными ГИС с целью их отбора, обновления и преобразования для производства высококачественных карт
иизображений;
функции пространственного анализа должны обеспечивать совместное использование и обработку картографических и атрибутивных данных в интересах создания производных картографических данных;
функции управления данными должны обеспечивать работу с атрибутивными данными ГИС с целью их отбора, обновления и преобразования для производства стандартных и рабочих отчетов.
Структура ГИС представлена следующими подсистемами:
подсистема сбора, подготовки и ввода данных (собирает и проводит предварительную обработку данных из различных источников; задача этой подсистемы – формирование баз географических и атрибутивных данных ГИС);
подсистема хранения, обновления и управления данными (организует пространственные данные с целью их выборки, обновления, редактирования и хранения; задача этой подсистемы – организация хранения данных, обеспечение их редактирования и обновления, обслуживание запросов на информационный поиск, поступающих в систему);
подсистема обработки, моделирования и анализа данных (выполняет различные операции на основе данных, группирует и разделяет их, устанавливает параметры и ограничения, выполняет моделирующие функции; задача этой подсистемы – организация обработки данных, обеспечение процедур их преобразования, математического моделирования и сопряженного анализа);
подсистема контроля, визуализации и вывода данных (отображает данные в табличной, диаграммной или картографической форме; задача этой подсистемы – генерация и оформление результатов работы системы в виде карт, графических изображений, таблиц, текстов на различных носи-
телях) [13].
12.3.Классификация ГИС
Всоответствии с существующими подходами к проектированию и реализации ГИС, представим классификацию ГИС.
1. По характеру обмена данными:
персональные ГИС (ГИС настольного типа);
приложения ГИС в архитектуре клиент/сервер;
Internet-приложения ГИС.
123
2. По назначению (по функциональным возможностям):
инструментальные ГИС илиуниверсальные ГИС общего назначения;
ГИС-вьюверы (ГИС для просмотра данных);
справочно-картографические системы;
векторизаторы растра;
средства пространственного моделирования;
средства обработки и дешифрирования данных дистанционного зондирования земли.
3. По модели представления данных:
использующие растровую модель;
использующие векторную нетопологическую модель;
использующие векторную топологическую модель.
4. По уровню сложности:
простейшие ГИС-вьюверы;
ГИС-аналитики;
ГИС-конструкторы.
5. По территориальному уровню использования:глобальные ГИС;субконтинентальные ГИС;национальные ГИС;региональные ГИС;
субрегиональные ГИС;локальные или местные ГИС.
6. По организации пространственных данных:использующие послойный принцип;
использующие бесслойный объектно-ориентированный подход. 7. По предметной области:
картографические ГИС;геологические ГИС;
городские или муниципальные ГИС;природоохранные ГИС и др.
12.4. Сферы и примеры применения ГИС-технологий
На сегодняшний день основными сферами применения ГИСтехнологий являются:
картография и инженерная геодезия (создание и обновление карт
ипланов);
управление инженерными сетями и коммуникациями;
управление охраной (экология) и разработкой природныхресурсов;
управление предприятиями и бизнесом (в том числе транспортом
игрузоперевозками, территориально-экономический анализ и т.д.);
124
управление территориями;
пространственная навигация;
информационная коммуникация в социуме.
Рассмотрим некоторые направления применения ГИС-технологий более подробно:
1. Навигация и информационная коммуникация в социуме Использование ГИС-web-сервисов, подобных сайту Google (рис. 32)
Рис. 32. Интерфейс сервиса Google Карты
Еще один сервис Google, связанный с ГИС-технологиями – Google Планета Земля (Google Earth), с помощью которого можно совершить путешествие в любую точку планеты: увидеть фотографии, снятые со спутника, посмотреть карты местности и здания в трехмерном изображении, слетать в космос и опуститься на дно океана (рис. 33).
Рис. 33. Спутниковый снимок города в системе Google Earth
125
2. Управление территориями (рис. 34).
Задачи управления окружным, областным или муниципальным хозяйством – одна из крупнейших областей приложений ГИС. В любой сфере деятельности администрации (обследование земель, управление землепользованием, замена технологии делопроизводства, управление ресурсами, учет состояния собственности и недвижимости, дорожных магистралей) применимы ГИС-технологии. Они используются на командных пунктах управления центров мониторинга и МЧС. ГИС сегодня – неотъемлемый компонент любой муниципальной или региональной информационной системы управления.
3. Для охраны окружающей среды в субъектах федерации были созданы специальные центры экологической безопасности (ЦЭБ), оснащенные современными ГИС-технологиями. Экологические ГИС сегодня умеют решать множество задач жизненно важных для региона, в том числе задач с использованием трехмерного рельефа. Так же продвинутыми в области ГИС являются лесоустроительные службы РФ, ведомства геологоразведки и природопользования.
Рис. 34. Пример анализа динамики доходов с применением отрицательного
иположительного цветового диапазона (ГИС MapInfo)
4.Инженерные сети.
Организации, обеспечивающие коммунальные услуги, наиболее активно используют ГИС для управления инженерными коммуникациями (трубопроводы, кабели, трансформаторы, подстанции и т.п.). Аналогичные задачи решаются и инженерными службами крупных предприятий. В задачи ГИС этой сферы применения часто входит прогноз поведения инженерных сетей в ответ на отклонения от нормы, а также средства проектирования сетей на рельефе и картографирования прокладки коммуникаций.
126
5. Транспорт.
ГИС имеют огромный потенциал для планирования и поддержки транспортной инфраструктуры. Сегодня это особенно эффективно, так как есть возможность использовать GPS-приемники для контроля за движением большегрузных автомобилей и другого транспорта [18].
12.5. Геоинформационные системы в туризме
Туризм тесно связан с пространственно-ориентированными объектами. Геоинформационные технологии используются менеджерами туризма для решения задач отображения туристической привлекательности региона или отдельных туристических/экскурсионных маршрутов; анализа разных аспектов развития области в отдельных регионах или государствах; оптимизации финансовых и трудовых ресурсов, задействованных в туристической области; минимизации риска для жизни, здоровья людей или окружающей среды, и т.д.
ГИС-технологии предоставляют следующие возможности в отрасли туризма:
инструменты поиска и просмотра размещения туристических объектов на электронной карте;
инструментальные средства внесения или корректирования информации относительно объектов туризма;
создание связанной справочной информации относительно объектов туризма на электронной карте;
проведение анализа обобщенных характеристик или концентрации отдельных объектов в пределах избранного фрагмента электронной карты;
печать фрагментов карты.
ГИС-технологии тесно связаны с GPS. Спутниковая навигационная система GPS (Global Positioning System) или Глобальная система позиционирования (местоопределения) состоит из сети спутников, которые в непрерывном режиме посылают электромагнитные сигналы на Землю. Используя специальный приемник такого излучения, измеряющий расстояние до спутников, можно с установленной точностью (от нескольких десятков километров до нескольких миллиметров) определить месторасположение объекта на земной поверхности.
GPS была создана по заказу Министерства Обороны США в 1969 г. и изначально состояла из 24 спутников, вращающихся по 6 круговым орбитам на высоте около 20.2 км над уровнем моря, и сети специальных наземных станций слежения. Спутники передают на Землю сигналы малой мощности, но ее вполне достаточно для местонахождения любого объекта. Эта замечательная система обошлась США в 12 млрд. долларов.
127
В1980-х систему открыли для гражданского использования. Система GPS работает при любых погодных условиях по всему миру 24 часа в сутки. За пользование услугами системы GPS не взимается ни абонентская плата, ни плата за подключение: все, что нужно для пользования системой GPS – это приобрести GPS-приемник. В настоящее время используются GPS-приемники, размер которых сравним с размером сотового телефона, а вес составляет несколько сотен граммов. При этом GPS-приемник сообщает пользователю не только координаты нахождения (широта и долгота), но
иотображает местоположение на электронной карте наряду с городами, транспортными магистралями и многими другими объектами. GPS используется не только на земле, но также на море и в воздухе. GPS призывают на помощь везде, за исключением тех мест, где невозможно принимать сигнал (пещеры, шахты, полости).
Таким образом, использование GPS в туризме позволяет точно определить координаты и расположение туристических объектов.
ВРоссии разрабатывается глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС). Развитием проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российские космические системы». В настоящее время система находится в стадии развертывания.
12.6. Примеры ГИС
Зарубежные ГИС.
Крупнейшим разработчиком ГИС является американская компания
ESRI (www.esri.com, www.dataplus.ru). Самые известные программные продукты ESRI: ArcGIS, PC ARC/INFO, DAK (Data Automation Kit).
ArcGIS
Семейство программных продуктов ArcGIS может использоваться во многих прикладных сферах и на разных уровнях организации работы: на персональных компьютерах, на серверах, через Web.
Настольные продукты ESRI семейства ArcGIS (ArcView, ArcEditor, ArcInfo) объединяет общая архитектура и интерфейс; базовые приложения ArcMap (решение картографических задач), ArcCatalog (доступ и управление пространственными данными в локальной сети или через интернет) и ArcToolbox (геообработка пространственных данных) различаются по функциональности, количеству инструментов геообработки и пространственного анализа. Эти геоинформационные системы решают ряд задач локального и корпоративного уровня.
ArcGIS ArcView – базовый продукт семейства ArcGIS, полнофункциональная ГИС с набором мощных инструментов для создания, управления, анализа и визуализации пространственных данных.
ArcGIS ArcEditor – сочетает функциональность ArcView с возможностями создания и моделирования баз геоданных.
128
ArcGIS ArcInfo – расширяет функциональность ArcView, ArcEditor
набором мощных инструментов для пространственного анализа и геообработки данных.
Серверные ГИС.
ArcGIS Server предоставляет инструментарий для создания вебприложений, веб-служб и других корпоративных приложений, обеспечивает централизованное управление географическими ресурсами: картами, службами геокодирования.
ArcIMS – продукт для публикации пространственных данных и картографической продукции в Интранет/Интернет с возможностью геокодирования, анализа и поиска данных по различным критериям.
ArcSDE – обеспечивает хранение пространственных данных в СУБД
(Oracle, Microsoft SQL Server, IBM DB2 и Informix). Поддерживается рабо-
та с различными версиями данных, длительные сеансы редактирования и автономное редактирование. ArcSDE обеспечивает интеграцию ArcGIS с другими ГИС и САПР системами.
PC ARC/INFO позволяет сочетать базовые инструменты ГИС с возможностями картографического дизайна, ввода, редактирования и запросов к данным, конвертации данных и т.д.
PC ARC/INFO состоит из трех модулей:
1.PC ARC/INFO – базовый модуль, включающий инструменты для оцифровки и создания карт, создания структуры топологических данных, создания атрибутивных таблиц, печати карт, разработки приложений и пользовательских интерфейсов. Этот модуль включает также инструменты для конвертации данных покрытий ArcInfo и ряда других стандартных форматов географических данных.
2.PC ARCPLOT обеспечивает отображение на экране графической пространственной информации и высококачественный вывод картографической информации, а также предоставляет мощные функции для запросов и анализа пространственных баз данных.
3.PC ARCEDIT использует все преимущества среды топологического редактирования и позволяет одновременно редактировать графические пространственные данные и таблицы атрибутов.
PC ARC/INFO позволяет:
управлять графическими и табличными картографическими дан-
ными;
выполнить высококачественную оцифровку и ввод данных;
анализировать картографические данные;
создавать высококачественные карты;
строить запросы к данным;
настраивать продукт под конкретные задачи.
129
DAK. В отличие от универсальных ГИС пакетов, DAK представляет специализированную программу для ввода новой и обновления имеющейся цифровой информации. Этот программный продукт дополняет пакет ArcView GIS или другую систему настольного картографирования, позволяя создавать полностью топологические наборы данных при оцифровке или конвертации данных из множества форматов.
Корпорацией Intergraph разработана ГИС Modular GIS Environmet (MGE), базирующаяся на основе AutoCAD-подобной системы MicroStation. Система MGE представляет собой целое семейство различных программных продуктов, помогающих решать множество задач, существующих в области геоинформатики. Наиболее заметное применение в России система MGE нашла в области кадастрового картографирования. В настоящее время поставка MGE прекращена.
Фирмой Microsoft разработана программный продукт MapPoint, который представляет собой картографический инструмент для анализа и визуализации географической информации. Microsoft MapPoint содержит карты высокого качества со всякого рода сопроводительной информацией (население, аэропорты, АЗС и т.д.), удобные программы-мастера для выполнения типовых операций и мощные средства отображения. MapPoint служит для просмотра и передачи коммерческой информации, снабженной разнообразными картами, которые можно встраивать также в документы
Microsoft Office.
Широко используются и другие зарубежные ГИС: MapInfo, AutoCAD Map 3D, AutoCAD Civil 3D [13].
Российские ГИС.
Одной из первых отечественных ГИС стала Sinteks ABRIS, в которой наиболее полно представлены функции по анализу пространственной информации. ГИС Sinteks ABRIS в настоящее время эксплуатируется в нескольких сотнях правительственных, муниципальных, научноисследовательских, учебных, коммерческих, проектных и производственных организаций. В настоящее время, новые версии Sinteks ABRIS не выпускаются.
Широкое распространение получила программа ГИС Карта 2011 КБ «Панорама». Это универсальная геоинформационная система, имеющая средства создания и редактирования электронных карт, данных дистанционного зондирования, выполнения различных измерений и расчетов, оверлейных операций, построения 3D моделей, обработки растровых данных, средства подготовки графических документов в электронном и печатном виде, а также инструментальные средства для работы с базами данных.
Сотрудниками Томского государственного университета и НПО «Сибгеоинформатика» была разработана интегрированная ГИС широкого назначения ГрафИн. В настоящее время ГрафИн стремительно развивается, имеет свой круг пользователей, на ее основе разработаны многочислен-
130