2.2 Структура и функции гис

 

В конце ХХ в. благодаря активной автоматизации и компьютеризации информатизация проникла во все сферы науки и практики – от школьного образования до высокой государственной политики.

На базе информационных технологий созданы географические информационные системы (ГИС) – особые аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие сбор, обработку, отображение и распространение пространственно координированных данных. Однако из основных функций ГИС – создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений.

Первая ГИС была разработана в Канаде на базе ЭВМ и пакетной системы обработки данных в начале 1960-х гг. Позже стало разрабатываться специальное программное обеспечение для решения различных геоинформационных задач. В середине 1980-х гг. были созданы программные продукты для систем автоматизированного проектирования (САПР), с помощью которых производилось автоматизированное составление карт. Появилась возможность создавать системы послойного типизированного представления чертежей и других изображений.

Появление интегрированных программных продуктов и информационных систем, позволяющих осуществлять интеграцию различных видов информации, ознаменовало в начале 1990-х гг. новый этап в развитии ГИС как автоматизированной интегрированной информационной системы.

В настоящее время в рамках ГИС исследуется не только географическая информация, но и все процессы и явления, которые происходят на земной поверхности. Современные ГИС являются интегрированными, поскольку совмещают в себе как данные, так и технологии.

В промышленно развитых странах существуют тысячи ГИС, используемых в экономике, политике, экологии, науки, образовании и т. д.

В создании ГИС участвуют многие международные организации (ООН, ЮНЕСКО и др.), правительственные учреждения, министерства, ведомства, частные фирмы, научно-исследовательские институты и университеты.

 Во многих странах образованы национальные и региональные органы, в задачи которых входит развитие ГИС, а также определение государственной политики в области геоинформатики.

В государственных программах России, много внимания уделяется созданию и развитию ГИС разного ранга и назначения для целей управления.

Принято различать следующие территориальные уровни ГИС и соответствующие им масштабы (табл. 2.1).

 

 

2.3 Территориальные уровни гис

 

Вид ГИС	Охват территории	Масштабы
Глобальные	5*108 км2	1:1 000 000–1:1 00 000 000
Национальные	104–107 км2	1:1 000 000–1:10 000 000
Региональные	103–105 км2	1:100 000–1:2 500 000
Муниципальные	103 км2	1:1 000 000–1:1 000 000 000
Локальные (заповедники, национальные парки и др.)	102–103 км2	1:1000–1:50 000

 

ГИС подразделяются и по проблемной ориентации (тематике). Созданы специализированные земельные информационные системы (ЗИС), кадастровые (КИС), экологические (ЭГИС), учебные, морские, и многие другие системы.

К обязательным признакам ГИС относятся:

  географическая пространственная привязка данных;

  генерирование новой информации на основе синтеза имеющихся данных;

  отражение пространственно-временных связей объектов;

  обеспечение принятия решений;

  возможность оперативного обновления баз данных за счет вновь поступающей информации.

Любая ГИС базируется:

  на аппаратных средствах – различных типах компьютеров;

  программном обеспечении – программных продуктах, обеспечивающих хранение, анализ, визуализацию пространственной информации и т. п.; 

  информационном обеспечении – данных о географическом положении, включая материалы дистанционного зондирования, кадастра и т. д.

Управление ГИС осуществляют пользователи, которые разрабатывают и поддерживают систему или просто решают поставленные задачи.

Структуру ГИС обычно представляют как набор информационных слоев. Слой – это совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одной теме или классу объектов в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев. Геоинформационная структура данных в ГИС представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Геоинформационная структура данных в ГИС

 

Основу любой ГИС составляет автоматизированная картографическая система – комплекс приборов и программных средств, обеспечивающих создание и использование карт, которая состоит из ряда подсистем, важнейшие из которых являются подсистемы ввода, обработки и вывода информации. Функциональные возможности ГИС многообразны, основные из них:

  ввод в компьютер цифровых данных;

  преобразование данных, трансформация картографических проекций, конвертирование данных в различные форматы;

  хранение и управление данными;

  картометрические операции и др.

Функции ГИС представлены на рис. 2.2.

 

 

Рис. 2.2. Функции ГИС 

     В ГИС все объекты представлены пространственными объектами, которые подразделяются на четыре типа: точки, линии, области и поверхности. Вместе они могут представлять большинство природных и социальных феноменов, которые мы встречаем каждый день. В рамках ГИС объекты реального мира явно представляются тремя типами объектов из указанных. Точки, линии и области могут представляться соответствующими символами, поверхности же представляются чаще всего либо высотами точек, либо контурами рельефа или другими компьютерными средствами.

     Точечные объекты – это такие объекты, каждый из которых расположен только в одной точке пространства, например, деревья, отметки высот и мн. др. О таких объектах говорят, что они дискретные, в том смысле, что каждый из них может занимать в любой момент времени только определенную точку пространства. В целях моделирования считают, что у таких объектов нет пространственной протяженности, длины или ширины, но каждый из них может быть обозначен координатами своего местоположения. Говорят, что точки имеют нулевое количество пространственных измерений. В действительности, конечно, все точечные объекты имеют некоторую пространственную протяженность, пусть самую малую, иначе мы просто не смогли бы их увидеть.

     Линейные объекты представляются как одномерные в нашем координатном пространстве. Такими «одномерными» объектами могут быть дороги, реки, границы, любые другие объекты, которые существенно длинны и узки.

     Полигоны или площадные объекты представляются как двумерные в координатном пространстве, т. е. у них есть длина и ширина. Ими могут быть озера, поля, здания и т. д.

     Карты предназначены для того, чтобы представлять не только объекты на ее поверхности, но и форму Земли. Глобус – традиционный способ отображения формы Земли. Картографы разработали набор методов, называемых картографическими проекциями, которые предназначены для изображения с приемлемой точностью сферической Земли на плоском носителе. Каждый из этих методов, как первоначально представлялось, создает так называемое семейство проекций. Сегодня процесс проецирования сферической поверхности на плоский носитель выполняется с использованием методов геометрии и тригонометрии, которые воспроизводят физический процесс проецирования света через глобус.

     Наиболее широко распространенной в ГИС системой проекций и координат является универсальная поперечная Меркатора. Она используется в большинстве работ с дистанционным зондированием, подготовке топографических карт, построении баз данных природных ресурсов, так как она обеспечивает точные измерения в метрической системе, принятой в большинстве стран и научным сообществом в целом. В ней основной единицей измерения длины является метр.

     Однако для описания картографической информации недостаточно только метрических параметров-координат. Поэтому для указания тематических и временных характеристик применяется атрибутивная информация.

     Атрибут – это элементарное данное, описывающее свойство какого-либо элемента модели (объектами понятия). Атрибутами могут быть символы (названия), числа (отражающие статистические характеристики), графические признаки (цвет, рисунок, графическая структура контура и т. п.). Ими также удобно отражать временные параметры. Обычно атрибуты группируют в виде специальных таблиц, что весьма удобно для организации взаимосвязанного координатного и атрибутивного описаний. Это обусловлено тем, что именно в таблице могут храниться как координаты объектов (координатные данные), так и описательные характеристики-атрибуты. С помощью атрибутов можно упорядочивать и типизировать данные, проводить анализ баз данных с использованием различных алгоритмов. Таблицы производят строгое ранжирование параметров, определяющих различные признаки объектов, поскольку каждому объекту соответствует строка в таблице, а каждому тематическому признаку отводится свой столбец.

     Точность вычисления в ГИС может быть очень высока, т. е. значительно превосходить точность самих данных. Поэтому важное значение должно быть уделено получению первоначальных, исходных данных - именно они прежде всего требуют достоверности, полноты.