Складові геоінформаційних систем:

• апаратні засоби

• програмне забезпечення Програмне забезпечення ГІС містить функції і інструменти, необхідні для збереження, аналізу і візуалізації географічної (просторової) інформації.

• дані Дані можуть бути представлені у вигляді готових карт з необхідними тематичними шарами, або у вигляді знімків космічної і аерофотозйомки тощо.

У сфері екологічного управління сьогодні можна виділити кілька напрямів спеціалізації ГІС, які мають практичне застосування:

• ГІС для управління територіями (національний, регіональний, місце­вий та об'єктовий рівні);

• ГІС для ведення кадастрів природних ресурсів;

• моніторингові ГІС (національний, регіональний, місцевий та об'єк­товий рівні);

• ГІС для управління і моніторингу техногенних потенційно небезпеч­них об'єктів;

• диспетчерські ГІС;

• прикладні ГІС;

• довідково-інформаційні ГІС;

• ГІС для геопросторових банків да­них;

• ГІС для тематичних і спеціалізова­них банків даних;

• ГІС для корпоративних систем управління.

Основними етапами технологічного процесу ГІС є отримання даних, введен­ня і попередня обробка, керування дани­ми, маніпулювання та аналіз, генеруван­ня інформаційного продукту.

Етапи технологічного процесу ГІС:

Отримання даних — це іденти­фікація та збирання даних, необхідних для розв'язання поставлених завдань. Дані просторового характеру і пов'язані з ними табличні чи описові дані збирають­ся самим користувачем або можуть бути придбані на комерційній чи іншій ос­нові. Джерелами даних є картографічні матеріали, статистичні дані, аерокосміч­ні знімки, результати натурних вимірю­вань і зйомок, фондові й текстові ма­теріали.

Важливим елементом вхідної інфор­мації є карти, які використовуються для побудови картографічних моделей у ГІС. Спектр видів карт надзвичайно широкий: топографічні, тематичні, екологічні економічні, демографічні тощо. Іншим видом картографічної інформації, що є результатом застосування такого цінного технологічного інструменту вивчення Землі, як дистанційне зондування на­вколишнього середовища з космосу, є матеріали космічного моніторингу. Новий вид карт, являючи собою космічні знімки поверхні Землі з роздільною здатністю від 3,5 км до 5 м, надає унікальні можливості для користувачів ГІС.

Структура використання даних дистанційного зондування навколишнього природного середовища з космосу

Збирання даних

Обробка даних

Екологічне моделювання геосистем

Опорні дані

Реляційні бази даних

Фізико-хімічні моделі

Фізичні властивості геосистеми

Перетворення

даних

Дистанційне зондування

Бази векторних даних

Спектральні властивості об’єктів

Граничні умови

Обробка космознімків

Бази кадастрових даних

ХарактеристикиГ еометрія Просторові дані

Інші умови

Геометрія Результати

моделювання

моделювання

Тематичні карти

(індикатори довкілля)

Моделі,схеми, пропозиції для прийняття рішень

Введення і попередня обробка - це введення первинних даних у комп'ютер і перетворення їх формату (перетворення інформації з карт фо­тографій, друкованих записів на формат, придатний для внесення всієї цієї інформації у комп'ютерну базу даних) та ідентифікація розміщення об'єктів

Опис просторових даних у ГІС складається з двох частин: просторової координати та непросторової, або змістовної - атрибути. У ГІС є засоби, що забезпечують зберігання і маніпулювання непросторових даних разом із просторовими. Множину елементарних просторових об'єктів, з якими пра­цює ГІС, становлять точки (точкові об'єкти), лінії (лінійні об'єкти), контури (ареали, полігони), поверхні (рельєфи), комірки періодичних просторових мереж та пікселі (найменші елементи зображень аерокосмічних знімків).

У ГІС просторові дані представляються із застосуванням двох моделей: векторної та растрової.

Векторна модель містить інформацію проточки, лінії, контури та по­верхні, яка кодується і зберігається у вигляді набору координат X, У. Місцеположення точки (точкового об'єкта), наприклад джерела емісії за­бруднювальних речовин, описується парою координат X, У. Лінійні об'єкти, такі як річки, дороги або трубопроводи, зберігаються як набори координат Х У. Полігональні об'єкти, такі як земельні й лісові ділянки, зберігаються у вигляді замкненого набору X, У. Рельєфи, що є основою 3 D -поверхневих карт, подаються наборами координат X, У. Векторна модель зручна для опису дискретних об'єктів і неефективна для опису об'єктів із не­перервним характером зміни властивостей, таких як типи фунтів, види рослинності тощо.

Растрова модель є оптимальною для роботи з об'єктами, що мають безперервний характер зміни властивостей. Растрове зображення скла­дається з окремих елементарних комірок, кожна з яких характеризується певним значенням. Цей спосіб представлення даних широко використо­вується для аерокосмічних знімків.

У ГІС карти, подані в електронному вигляді, називаються цифровими. Процес перетворення просторової інформації з паперових карт на електрон­ний вигляд називається відцифруванням. Він автоматизується за допомогою сканерів і дигітайзерів. Цифрові карти масштабів 1:10000, 1:2000, 1:500 ви­користовуються для планів міст, промислових і видобувних підприємств; масштабів 1:1000000, 1:500000, 1:250000, 1:100000 - для зображення тери­торії держави і регіонів. Похідні масштаби карт застосовуються для розв'язання певних завдань на окремих ділянках територій.

Керування даними — це введення інформації після попередньої оброб­ки в базу даних, поновлення, вилучення даних та їх пошук. Залежно від типів і форматів даних, програмного забезпечення ГІС, а також її проблем­ної орієнтації можуть використовуватися різні способи організації зберіган­ня, розподілу та доступу до даних. В основі роботи ГІС лежить система управління базами даних. Сучасні СУБД ізолюють користувача від деталей організації баз даних, забезпечуючи йому максимально просте і зручне спілкування з ГІС.

Базою даних у ГІС називають сукупність просторових і семантичних (змістовних) даних, що організовані згідно із загальними принципами опису, зберігання і маніпулювання даними, незалежно від тематичного спрямування прикладних програм. Під системою управління базами даних розуміють комплекс програмних засобів, призначених для створення, ве­дення і використання баз даних. Використання СУБД є необхідною умовою забезпечення зберігання, структурування та керування великими обсягами інформації. У процесі керування даними ПС інтегрує просторові дані і іншими типами і джерелами даних, а також може використовувати СУБД інших організацій (міжвідомче співробітництво).

Географічна інформаційна система зберігає інформацію (цифрові кар­ти) про навколишнє середовище у відповідають набору тематичних шарів, об'єд­наних на основі географічною положення. Шари можна уявити як "проз-рачки", що накладаються одна на одну. Кожен шар містить різні об'єкти карти. Наприклад, один шар містить гідрографічну мережу, другий — сим­воли населених пунктів, третій — лісові масиви, четвертий мережу доріг або трубопроводів, п'ятий — джерела забруднення тощо. Користувач ГІС має можливість працювати з окремим шаром, або, накладаючи шари один на одного, створи і и комплексну карту і працювати з нею.

Бази даних ГІС містять екологічні показники, дані їх територіальної і часової прив'язки, джерела отримання їх та ін. Ці бази структурно складаються з блоків, що акумулюють інформацію, згруповану за певними напря­мами: геолого-геоморфологічний, ґрунтовний, гідрологічний, біологічний, кліматичний, економічний, соціальний тощо. Такі набори даних лають змо­гу виконувати інтсіральну оцінку стану навколишнього середовища і отри­мувати характеристику комплексного антропогенного впливу.

Маніпулювання та аналіз — це обробка змісту бази даних за допомо­гою аналітичних операцій. На ньому етапі відбувається безпосередня робо­та зі змістом бази даних для отримання нової інформації. Найпотужнішою складовою ГІС с модуль аналізу даних. Сучасні ГІС характеризуються широким спектром аналітичних і моделювальних функцій, які можна поділити на такі класи:

• операції з пере реструктуризації даних;

• зміна систем координат та трансформація проекцій;

• операції обчислювальної геометрії;

• оверлейні операції (створення композицій із кількох тематичних шарів даних);

• загальні аналітичні функції;

• графоаналітичні процедури;

• моделювальні процедури.

Географічна інформаційна система володіє розвиненою системою за­питів, яка надає можливість користувачу отримувати відповіді на різні запи­тання. Крім того. ГІС скорочує час на отримання запитань, допомагає вста­новити зв'язки між різними параметрами (наприклад, грунтами, кліматом і врожайністю сільськогосподарських культур), обсягами промислового ви­робництва на певній території і ступенем забруднення атмосфери, водних об'єктів, грунтів тощо.

На верхньому рівні класифікації всі інформаційні системи розподіляються на просторові і непросторові. ГІС, відповідно, відносяться до просторових, діляться на тематичні ( наприклад, соціально-економічні) і земельні (кадастрові, лісові, інвентаризаційні та інші). Існує розподіл за територіальним охопленням (загальнонаціональні і регіональні ГІС); за метою (багатоцільові, спеціалізовані, в тому числі інформаційно-довідкові, інвентаризаційні, для нужд планування, управління); за тематичною орієнтацією (загальногеографічні, галузеві, в тому числі водних ресурсів, використання земель, лісокористування, туризму, рекреацій тощо). (Додаток 6).

Одним із основних джерел даних для ГІС є матеріали дистанційного зондування. Вони об’єднують всі типи даних, які отримують з носіїв космічного (пілотовані орбітальні станції, кораблі багаторазового використання типу ”ШАТТЛ”, автономні супутникові знімальні системи і т.п.) та авіаційного базування (літаки, гелікоптери та мікроавіаційні радіокеровані апарати) і складають значну частину дистанційних даних як антонім контактних (перш за все наземних) видів зйомок, способів отримання даних вимірювальними системами в умовах фізичного контакту з об’єктами зйомки. До неконтактних (дистанційних) методів зйомки окрім аерокосмічних відносяться різноманітні вимірювальні системи морського (надводного) и наземного базування, включаючи, наприклад, фототеодолітну зйомку, сейсмо- , електро-, магніторозвідку та інші методи геофізичного зондування надр, гідроакустичні зйомки рельєфу морського дна з допомогою гідролокаторів бокового огляду, інші способи, засновані на реєстрації власного чи відбитого сигналу хвильової природи.

Геоінформаційні системи є важливим інструментом збору та планування географічних об’єктів. Світові ГІС можна досить чітко розбити на три основні категорії:

• Потужні повнофункціональні ГІС на основі робочих станцій на UNIX-

системах та RISC-процесорах.

• ГІС середньої потужності ( чи ГІС з редукованими можливостями)

класу MAPINFO на PC-платформі.

• Програми, які побудовані за принципом ГІС та мають малі потреби в

ресурсах ЭОМ.

Останнім часом в середовищі ГІС широко використовуються портативні приймачі даних про координати об’єктів з глобальної системи навігації (позиціонування) GPS, які дають можливість отримувати планові і висотні координати з точністю від кількох метрів до кількох міліметрів, що у поєднанні з портативними персональними ЭОМ та спеціалізованим програмним забезпеченням обробки даних з системи GPS дозволяє використовувати їх для польових зйомок в умовах необхідності їх надоперативного виконання.

Характеристика напрямків розвитку географічних інформаційних систем:

Перший напрямок розвитку ГІС. Гіс-технології об'єднані з даними дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) з космосу, з літаків і будь-яких інших літальних апаратів. Десятки орбітальних систем передають високоточні космічні знімки будь-якої території нашої планети. Сформовані архіви і банки даних цифрових знімків на величезну територію земної кулі. Вони відносно доступні для споживача (оперативний пошук, замовлення й одержання по системі Інтернет), що дає можливість проведення зйомок будь-якої території за бажанням споживача, з наступною обробкою й аналізом фотографій із космосу за допомогою різних програмних засобів, інтегрованих з ГІС-пакетами і ГІС-системами.

Другий напрямок розвитку ГІС - спільне і широке використання даних високоточного глобального розташування того чи іншого об'єкта отриманих за допомогою систем GPS (США) чи ГЛОССНАС (Росія). Ці системи, особливо GPS, уже зараз широко використовуються в морській навігації, повітроплаванні, геодезії, військовій справі й інших галузях людської діяльності.

Третій напрямок розвитку ГІС пов'язаний із розвитком системи телекомунікацій, у першу чергу міжнародної мережі Інтернет і масовим використання глобальних міжнародних інформаційних ресурсів.