1.2. Основы геоинформатики

Теоретические и прикладные аспекты применения ГИС изучает геоинформатика.

Геоинформатика - научно-техническое направление, объединяющее теорию цифрового моделирования предметной области с использованием пространственных данных, технологии создания и использования геоинформационных систем, производство геоинформационной продукции и оказание геоинформационных услуг.

Геоинформатика включает в себя науку, технологию, производство и образование. Геоинформатика изучает процессы сбора, хранения, обработки и отображения пространственных (географических) данных, а также проектирование, создание и эксплуатацию ГИС. Базовыми понятиями теории геоинформатики являются пространственный объект, пространственные данные, географические информационные системы, геоинформационные технологии.

Пространственный объект - цифровая модель материального или абстрактного объекта реального или виртуального мира с указанием его идентификатора, координатных и атрибутивных данных. Объект может быть неподвижным или движущимся, простым или сложным. В качестве объекта может рассматриваться явление, событие, процесс и ситуация. Моделируемый объект может относиться к территории, акватории, недрам и воздушному пространству Земли, околоземному космическому пространству, другим космическим телам и небесной сфере. В широком смысле под пространственным объектом в геоинформатике понимается как сам объект, так и адекватная ему цифровая модель.

Пространственные данные - данные о пространственных объектах и их наборах.

Географическая информационная система (ГИС) - информационная система¹, оперирующая пространственными данными.

Геоинформационная технология (ГИС-технология) - совокупность приемов, способов и методов применения программно-технических средств обработки и передачи информации, позволяющая реализовать функциональные возможности ГИС². Операции геоинформационных технологий поддерживаются программным, техническим, информационным, правовым, кадровым и организационным обеспечением.

Программное обеспечение геоинформационной системы - совокупность программ, в которых реализованы функциональные возможности геоинформационных систем и сопровождающей программной документации.

Техническое обеспечение геоинформационной системы - комплекс технических средств, используемых для реализации функциональных возможностей геоинформационных систем, включая устройства ввода, обработки, хранения и передачи данных.

Информационное обеспечение геоинформационной системы - совокупность знаний о предметной области информационных ресурсов, информационных услуг, классификаторов, правил цифрового описания, форматов данных и соответствующей документации, предоставляемых пользователю и (или) разработчику геоинформационных систем для решения задач ее создания, эксплуатации и использования.

К основным источникам пространственных данных в ГИС относят топографические и тематические карты, данные дистанционного зондирования Земли, данные систем спутникового позиционирования GPS и ГЛОНАСС; для крупномасштабных приложений используются геодезические данные, получаемые электронной аппаратурой и приборами для геодезических измерений, данные воздушного и наземного лазерного сканирования; дополнительно используются данные различных кадастров, данные органов государственной статистики и другие информационные ресурсы. В лесоустройстве при создании ГИС лесного фонда источниками пространственных данных служат материалы натурных работ – карточки таксации, отдешифрированные абрисы аэрофотоснимков (либо иные картографические источники – чертежи, выкопировки, космические снимки, фрагменты планшетов и пр.)

Правовое обеспечение геоинформационной системы - совокупность правовых норм, регламентирующих правовые отношения на всех стадиях жизненного цикла геоинформационной системы.

Организационное обеспечение геоинформационной системы - совокупность стратегий, регламентированных мер, научно-технической документации, нормативных документов, организационно-правовых норм, материальных и финансовых ресурсов и квалифицированных кадров, поддерживающих функционирование геоинформационной системы на всех стадиях ее жизненного цикла.

Становление ГИС-технологий связано с развитием компьютерной техники, программного обеспечения, исследованиями в области использования информационных технологий для описания и управления географическими объектами и явлениями. Первые ГИС ориентировались на утилитарные задачи (инвентаризация земельных участков, совершенствование системы налогообложения, земельный кадастр, ввод первичных документов, обновление баз данных).

Отличия первых ГИС от классических систем управления базами данных¹ (СУБД) включали:

• введение в число атрибутов объектов признака пространства (географических координат, единиц административной принадлежности, положения в ячейках регулярной сети);

• введение понятия пространственного объекта, описываемого позиционными и непозиционными атрибутами;

• появление двух альтернативных вариантов представления пространственных данных (векторного и растрового²);

• постановку и решение задач манипулирования пространственными данными.

Возможности СУБД, считавшихся в 60-е гг. наиболее совершенными средствами хранения и управления данными различного типа, не позволяли выполнять полноценную обработку и хранение пространственных данных. Описание пространственных данных и пространственных отношений между объектами (с применением отношений “слева-справа”, “далеко-близко”, “на восток”, “пересекаются”, “отстоят друг от друга на определенное расстояние” и пр.) было практически невозможно выполнить средствами СУБД.

Как наука геоинформатика продолжает формироваться. До сих пор отдельные теоретические аспекты остаются незавершенными и фрагментарными. Методический аппарат и методология геоинформатики считаются разработанными. Геоинформатика продолжает развиваться в окружении смежных наук и технологий. При этом происходит взаимодополняющее развитие методов и технологий, программных и аппаратных средств, средств коммуникации между программами. В результате взаимодействия появляются новые направления – ГИС и Интернет, ГИС и системы управления инженерными сетями, ГИС и GPS.

Наиболее близкими к геоинформатике направлениями считаются картография и дистанционное зондирование. Также алгоритмы и методы геоинформатики связаны с вычислительной геометрией, компьютерной графикой, системами автоматизированного проектирования, системами управления базами данных, общей информатикой, автоматизированными технологиями съемок местности.

Представления о самих ГИС и процессе ГИС-проектирования продолжают меняться по мере их развития и совершенствования. Так определение ГИС в разные периоды подразумевало как процесс создания баз данных (сбор, обработку информации, моделирование, управление), так и разработку ГИС-приложений, или только специальную программу для обработки пространственных данных. Составляющими ГИС, как системы рассматривались и люди – специалисты по сбору информации, программированию, использованию баз данных, и компьютерная техника и программное обеспечение и исходные данные.

Также отмечается изменение самой концепции ГИС: в 1980-е гг GIS – “географическая информационная система” (geographic information system); в 1990-е гг GIS –“геоинформатика” (geographic information science); в 2000-е гг GIS – “географические информационные услуги” (geographic information services).