Геоинформационные системы (гис)

Люди, занимающиеся бизнесом, иногда, к сожалению, слишком поздно осознают, что успех и процветание их дела, стойкость в конкурентной борьбе, планирование развития в большой степени связаны с обладанием разнообразной информацией и возможностью ее быстрого просмотра и анализа. Как показали специальные исследования, порядка 80-90% всей информации состоит из или включает в себя геоданные, то есть различные сведения о распределенных в пространстве или по территории объектах, явлениях и процессах. Работа с такими, имеющими координатную привязку, характеристиками и является сущностью одной из наиболее бурно развивающихся областей рынка программного компьютерного обеспечения - технологией географических информационных систем, или коротко ГИС.

Геоинформационные системы получает все большее распространение не только в традиционных областях применения, таких как управление природными ресурсами, сельское хозяйство, экология, кадастры, городское планирование, но также и в коммерческих структурах - от телекоммуникаций до розничной торговли.

ГИС используется в разных областях бизнеса: для анализа и отслеживания текущего состояния и тенденций изменения сегментов рынка; при планировании деловой активности; для оптимального по разным критериям выбора местоположения новых филиалов фирмы или банка, торговых точек, складов, производственных мощностей; с целью поддержки принятия решений; для выбора кратчайших или наиболее безопасных маршрутов перевозок и путей распределения продукции; в процессе анализа риска материальных вложений и урегулирования разногласий; для демографических исследований, определения привязанного к территории спроса на продукцию; при создании и географической привязке баз данных о земле-и домовладении.

Особенно успешно и выгодно использование ГИС технологии при массовых перевозках грузов и людей, при создании сетей оптимально размещенных торговых точек, анализе существующих и потенциальных рынков и районов сбыта продукции, в нефтяных, газовых и электрических компаниях, а также в коммерческих фирмах, занимающихся операциями с недвижимостью, для обоснования, расширения и поддержки банковских операций, в работе авиакомпаний и телекоммуникационных корпораций, ряде других сфер деловой активности. Конечным итогом подобной деятельности является наилучшее удовлетворение потребностей и запросов покупателей и клиентов, причем как в настоящем, так и в будущем и, как следствие, процветание Вашей фирмы и ее стабильно высокая конкурентоспособность.

ГИС - это инструментальное средство для управления бизнес информацией любого типа с точки зрения ее пространственного местоположения. Приложения этой технологии в сфере бизнеса разнообразны. Основные решаемые с ее помощью задачи можно сгруппировать по ответам на базовые вопросы: "Где?", "Кто (или Что)?" и "Как?". Вы сможете: проследить, где проживают ваши клиенты, кто они такие, каковы их потребности и финансовые возможности; определить расположение магазинов - ваших и ваших конкурентов; узнать, как точнее направить маркетинговую активность и как получить от нее наибольшую отдачу, как оптимизировать области продаж и смоделировать последствия принимаемых решений; подобрать объект для покупки и определить кратчайший маршрут проезда к нужному месту. Впрочем, эти вопросы общие, они присутствуют и в других областях применения ГИС, а не только в сфере бизнеса, поскольку большая часть информации, с которой мы имеем дело, в явном или в неявном виде привязана к определенному месту или конкретной территории.

На подобные вопросы ГИС отвечает с большей эффективностью и определенностью, чем любые другие информационные технологии, интегрируя широкий набор данных, хранящихся в электронных таблицах и других видах документов, в одном удобном и легком для понимания формате - карте.

С помощью ГИС Вы можете получить наиболее наглядное представление об этих данных. Сможете выделить наиболее интересные для Вас данные, меняя значки соответствующих символов, их цвет и их значения в таблицах баз данных.

Сможете создать и поместить на карту или рядом с ней поясняющие диаграммы, графики, таблицы, чертежи и снимки.

Сможете совместно отобразить разные типы данных в одном географическом пространстве, либо выделить из базы данных и отобразить на карте данные, связанные с конкретной тематической задачей.

И, наконец, отобразив нужные данные на карте или нескольких картах, провести их полноценный анализ. ГИС позволяет создавать и изменять карты "на лету", моментально переходить от объекта или слоя карты к соответствующей строке или таблице базы данных и из записи в базе данных к связанному с ней объекту на карте.

Эта технология связывает воедино:

• инструменты графического отображения,

• работу с электронными таблицами,

• работу с базами данных и хранилищами данных.

Функции пространственного анализа позволяют, например, с помощью ГИС решить, где следует открыть новый магазин или отделение банка, основываясь на новых демографических данных и планах развития города. Причем связь карты с данными динамическая. Созданные вами карты не привязаны к отдельному моменту времени. В любой момент Вы можете обновить информацию, привязанную к карте, и внесенные изменения автоматически отразятся на карте. И для этого не нужно специальной подготовки.

Области применения ГИС, как мы видим, достаточно разнообразны. ГИС помогут принять правильное решение менеджеру при решении, например, следующих задач:

• создание и анализ территорий сбыта,

• материально – техническое снабжение и распределение,

• выявление удобных участков для определенных работ,

• моделирование эксплуатационных условий,

• учет и анализ объектов недвижимости,

• формирование избирательных округов,

• проведение рекламных компаний,

• создание и анализ границ подразделений аварийных служб,

• планирование застройки территории,

• создание и анализ маршрутов доставки,

• обследование экологической обстановки,

• геологическая разведка,

• прокладка и обслуживание коммуникаций и т.д., где необходимы координатно - привязанные данные, т. е. те, которые могут быть отображены на картах местности.

Построение этих карт, их корректировка и, тем более, всевозможный анализ и моделирование достаточно трудоемкая задача и мало выполнима в реальных масштабах времени в бумажных технологиях. Существуют современные автоматизированные геоинформационные технологии, реализующие эти задачи в полной мере. Примерный вид экрана компьютера с ГИС (использован интерфейс ГИС MapInfo) представлен на рисунке 63.

Геоинформационные системы - многофункциональные средства анализа сведенных воедино табличных, текстовых и картографических бизнес-данных, демографической, статистической, земельной, муниципальной, адресной и другой информации.

Г еоинформационные системы (ГИС) объединяют в своем составе:

• программный продукт, реализующий геоинформационную технологию,

• базу данных, содержащую координатно- привязанные данные,

• инструменты по накоплению, сбору этих данных, анализу и моделированию результатов накопления.

Рисунок63. Пример вида экрана компьютера с ГИС (использован интерфейс ГИС MapInfo).

Географическая информационная система (ГИС) - это программно-технологическое средство накопления территориально-координированных (координатно привязанных) данных, их системного анализа, интерпретации в виде картографических изображений на средствах машинной графики и реализации информационных запросов пользователя посредствам обращений к "электронным картам" заданной территории.

На рисунке 64 представлены основные, выполняемые ГИС, функции.

Среди источников накопления данных в ГИС существуют следующие:

• картографические (на всех территориях традиционно существуют карты местности в различных системах координат),

• статистические (данные переписи населения, данные государственной и ведомственной статистики, выборочные анкетные обследования; данные геолого-геоморфологических, геофизических и геохимических систем сбора, гидроклиматические данные ...),

Рисунок 64. Функции ГИС.

• аэрокосмические материалы (для обновления карт местности каждые 10 лет на территорией осуществляется полет самолета с фотооборудованием, осуществляются также снимки из космоса для слежения за погодой, экологией…);

• специально проводимые полевые исследования и съемки (специалисты с оптикой и геодезическим оборудованием осуществляют специальные замеры на местности для построения планов и карт, например, для строительства здания),

• м атериалы дистанционного зондирования (в последнее время широко используются портативные приемники данных о координатах объектов с помощью глобальной системы навигации (позиционирования) GPS, дающие возможность получать плановые и высотные координаты с точностью от нескольких метров до нескольких миллиметров со спутников из космоса (рис.65).

Рисунок 65. Приемники и траектория движения спутников системы навигации GPS (США).

Цифрование – это ввод пространственных (графических) данных. Средствами цифрования пространственных данных для ввода их в ЭВМ, начиная с ранних стадий развития геоинформатики, были цифрователи двух основных видов:

1) полуавтоматические цифрователи (дигитайзеры см. рис.66) с ручным обводом и автоматической регистрацией координат на носитель данных (магнитную ленту, оптический диск и т.д.),

2) автоматические, фиксирующие элементы рисунка построчно при перемещении сканерного луча (сканеры, сканирующие устройства см.рис.66).

Рисунок 66. Средства ввода графической информации.

Современные технологии предполагают комбинацию этих приемов при вводе карт: сначала карта сканируется, а за тем запускается программа, которая автоматически пытается распознать пространственные объекты на ней – векторизует, а затем подключается человек и дорабатывает карту, векторизуя вручную на экране компьютера.

Рисунок 67. Растровая модель пространственных данных ГИС

В связи с этим графическая информация может храниться в компьютере в разных форматах: растровом (после сканирования), векторном (после векторизации).

Если увеличить эти карты на экране, то видно, что растровые изображения получаются из пикселов (при описании объектов в базе данных указываются индекс и уровень деления пикселов, из которых они состоят - рис.67). Векторные же из векторов (при описании объектов этой карты в базе данных указываются координаты X и Y начала и конца векторов - рис.68) .

Рисунок 68. Векторная модель пространственных данных ГИС.

Кроме всего прочего надо понимать, что изображение в ГИС получается в результате наложения нескольких карт (слоев) с однотипным перечнем объектов. Например, точки – это города, линии – реки или дороги, полигоны – это районы, области страны (рис. 28).

Р исунок 69. Послойная организация карты в ГИС.

Хранение данных в ГИС осуществляется в реляционных (иногда иерархических или сетевых) базах данных, в последнее время появились ГИС с объектно-ориентированными базами данных.

Пространственные данные попадают в базу данных после цифрования, т.е. преобразования (с помощью описанных выше устройств) аналоговых графических и картографических документов (оригиналов) в форму цифровых записей, соответствующих векторным представлениям пространственных объектов. Пространственные данные - это. идентификатор объекта и описание его положение в пространстве. Другие же характеристики (возраст, адрес, социальное положение гражданина; высота, количество квартир, материал стен жилого здания) попадают в систему после обычного ввода с клавиатуры оператором (в базу данных записывается идентификатор объекта и значение характеристики).

Под данными в среде ГИС понимается все то, что известно об объектах реального мира: результаты наблюдений и измерений этих объектов.

Один элемент данных содержит 3 главные компоненты:

• географические сведения, описывающие его положение в пространстве относительно других данных (модели данных могут быть 2 и 3-х мерные из-за этой компоненты);

• атрибутивные сведения, которые описывают сущность, характеристики, переменные, значения и другие его квалификации;

• временные сведения, описывающие момент или период времени, которому соответствуют значения вышеописанных сведений элемента данных (добавляет 4 измерение в модели данных, позволяет строить модели управление объектов по отклонению, анализировать процессы на территории).

Другими словами можно сказать, что формализованное представление пространственных объектов в ГИС предполагает указание их позиционной и содержательной определенности, которые связаны между собой определенным образом.

Поиск в ГИС осуществляется на основе комбинации двух элементарных запросов к карте или к характеристике, и ответ пользователь получает либо на карте, либо в виде списка характеристик (см. рис.70).

Рисунок 70. Поиск информации в ГИС.

Анализ данных составляет ядро геоинформационных технологий. Все остальные операции, которые с некоторой точки зрения могут представляться сервисными, обеспечивают возможность выполнения системой ее основных аналитических и моделирующих функций.

Можно выделить следующие группы аналитических операций:

1. Операции переструктуризации данных. Например, преобразования данных из векторного в растровое представление и обратно.

2. Трансформация проекций и изменение систем координат. Например, пересчет координат пространственных объектов (ротации, сдвига, масштабирования осей и т.п.), трансформация (для устранения случайных или систематических погрешностей местоуказания) в систему опорных точек с точно известными координатами с применением эластичных (линейных, аффинных) преобразований, трансформация картографических проекций как наиболее сложная подгруппа операций.

3. Операции вычислительной геометрии. Программные средства ГИС предоставляют пользователю возможности выполнения некоторых картометрических операций:

• расчет площадей,

• длин ломаных линий,

• координат центров полигонов,

• построение полигонов,

• поиск ближайшего соседа,

• определение принадлежности точки внутренней области выпуклого или невыпуклого полигона (или линейного объекта),

• описание геометрических и топологических отношений точечных, линейных и полигонных объектов двух разноименных слоев в целом при их наложении и т.д.

4. Оверлейные операции – это наложение разноименных и разнотипных слоев данных. Суть этого достаточно мощного средства анализа множества разноименных и разнотипных по характеру локализации объектов состоит в наложении двух разноименных слоев с генерацией производных объектов, возникающих при их геометрическом наложении и наследованием их семантики (атрибутов).

5. Общие аналитические, графоаналитические и моделирующие функции.

В последнее время в подсистеме анализа данных появился блок телекоммуникаций в основном благодаря развитию сети INTERNET.

Главным критерием выбора ГИС является соотношение цены и возможностей ГИС, то есть покупатель,

• во-первых, должен четко сформулировать свои требования к приобретаемому программному средству с учетом той роли, которую будет играть ГИС в проекте, и тех функций, которые она должна будет выполнять, а также с учетом имеющихся у него технических средств и персонала, иными словами, непосредственно выбору программного средства должен предшествовать анализ требуемых функциональных возможностей по каждому из модулей системы и по набору решаемых задач;

• во-вторых, покупатель должен иметь полное представление о своих финансовых возможностях, так как ГИС не является дешевым программных средством, его цена варьируется от одной тысячи долларов до десяти тысяч и выше (цена зависит от комплексности представленного продукта и разнообразия его функциональных возможностей).

При выборе из числа функционально схожих систем следует отдавать предпочтение средствам, получившим достаточное распространение в отечественных организациях, опыт которых может быть использован при выполнении аналогичных геоинформационных проектов. В этом случае, следует принимать во внимание возможность обучения и подготовки персонала в организациях, освоивших данный программный продукт, наличие деловых контактов с распространителями систем, легкость обмена данными в форматах хорошо освоенной и широко распространенной системы.