1.3 Задачи гис. Функции гис. Классификация гис

Задачами ГИС являются формирование знаний о Земле, отдельных территориях, местности, своевременное доведение необходимых и достаточных пространственных данных до многочисленных пользователей с целью наибольшей эффективности их работы [10].

На практике круг задач, решаемых средствами ГИС, ограничивается реальными техническими и материальными возможностями аппаратного и программного обеспечения, а также потребностями заказчика. Например, в отдельных случаях ГИС может использоваться лишь для создания наглядных электронных карт. В других случаях ГИС может служить инструментом сбора и анализа данных, созданных иными средствами. Геоинформационные базы данных также могут служить основой для дальнейшей работы в иных программных средах.

Основными задачами практического использования ГИС в разных сферах (науке, производстве, образовании, бизнесе) являются: инвентаризация, управление, преобразование и представление информации о пространственных объектах. Техническими этапами работ при этом являются формирование баз данных, решение задач пространственного анализа, выполнение картометрических измерений, создание тематических карт, контроль положения объектов на местности, оценка расположения изучаемых объектов относительно элементов ландшафта, поддержание в актуальном состоянии баз пространственных данных и др.

В основе создания и применения ГИС лежит системный подход¹. Инструментом системного подхода в ГИС является моделирование². Организация структур данных в ГИС связана с преобразованием исходных данных до компьютерного вида. От того, насколько организация структуры данных учитывает географическую реальность, происходящие в ней процессы и существующие соотношения зависит степень точности и верности моделирования этих явлений и процессов.

Основные отличия ГИС от других информационных систем и технологий:

1. ГИС объединяет (интегрирует) ряд программ и технологий с целью управления сложными пространственными объектами.

ГИС предназначены для создания, хранения и обработки пространственных данных. Технологии ГИС могут включать анализ космических и аэрофотоснимков, создание цифровых карт, построение статистических моделей, визуализацию, ввод, обработку и хранение атрибутивных данных. При этом отдельные возможности перечисленных технологий могут сужаться (например, проектирование, статистический анализ), а новые появляться (пространственный анализ). ГИС не всегда служат оптимальным средством создания и обработки пространственных данных³. Роль ГИС важна при представлении, управлении и анализе пространственных данных.

2. Принципиальным отличием ГИС от других информационных систем является наличие математической основы.

Математическая основа в ГИС позволяет выполнять хранение, обработку и анализ пространственных данных на основе координат. В ГИС возможен перевод в другие системы координат и проекций. В базах данных ГИС основой для хранения и извлечения информации служат географические ссылки.

3. Данные о пространственных объектах в ГИС отличаются от данных иных информационных систем информацией о положении, топологических связях и признаках отдельных объектов¹.

В базах данных ГИС поддерживаются связи между пространственной и атрибутивной информацией, возможна поддержка связей между объектами карты.

4. Возможность совместного анализа картографической и тематической информации является главным признаком, отличающим геоинформационные системы от баз данных, электронных карт, систем автоматического проектирования, экспертных систем.

На рис. показан классический набор функций ГИС, разделенный на блоки. Данная схема предложена основоположником геоинформатики Роджером Томлинсоном.

Рис. Функции географической информационной системы

Минимальный набор функций ГИС (технологическая основа ГИС) включает функции автоматизированного картографирования, пространственного анализа, управления данными¹.

Функции автоматизированного картографирования должны обеспечивать работу с картографическими данными ГИС с целью их отбора, обновления и преобразования для производства высококачественных карт и рисунков (векторно-растровые преобразования, преобразования координатной системы, картографических проекций и масштабов, "склейка" отдельных листов карт, картометрические измерения, размещение текстовых надписей и внемасштабных картографических знаков, формирование макета печати).

Функции управления данными должны обеспечивать работу с атрибутивными (неграфическими) данными ГИС с целью их отбора, обновления и преобразования для производства стандартных и рабочих отчетов (пользовательские запросы, генерация пользовательских документов, статистические вычисления, логические операции, поддержание информационной безопасности, создание стандартных форм запросов и представления их результатов).

Функции пространственного анализа должны обеспечивать совместное использование и обработку картографических и атрибутивных данных в интересах создания производных картографических данных (анализ близости объектов, наложение полигонов, вычисление буферных зон и др.)

Кроме этого существуют специальные функции ГИС, реализованные в отдельных программных продуктах, либо теоретически возможные – растровые операции, автоматизированное дешифрирование цифровых космических снимков, обработка GPS-данных, построение и анализ поверхностей.

В общем виде ГИС состоят из подсистем:

• сбора, подготовки и ввода данных;

• хранения, обновления и управления данными;

• обработки, моделирования и анализа данных;

• контроля, визуализации и вывода данных.

Подсистема сбора, подготовки и ввода данных предназначена для формирования баз географических и атрибутивных данных; определения источников, типов данных для ГИС. Важнейшим компонентом подсистемы является программное обеспечение получения данных из разных источников (карт, аэро- и космических снимков, компьютерных сетей, данных оцифровки и ввода с клавиатуры). К устройствам ввода относятся сканеры, дигитайзеры, клавиатура, мышь.

Подсистема хранения, обновления и управления данными необходима для организации хранения данных, их администрирования¹, обеспечения процедур их редактирования и обновления, обслуживания запросов на информационный поиск. Хранение данных в ГИС осуществляется в базах данных, составляющих ГИС и связанных между собой (пространственные, атрибутивные базы). Для управления данными используются средства СУБД (SQL-запросы, фильтры, языки программирования). Управление данными включает поиск данных в памяти; установление размерности отдельных исследуемых областей; проведение логических операций над конкретными данными применительно к территориальным единицам исследуемой области; статистические расчеты; специальные математические расчеты в соответствии с требованиями пользователя.

Задачи подсистемы обработки, моделирования и анализа данных - организация обработки данных, обеспечение процедур их преобразования, математического моделирования и сопряженного анализа. Поиск и анализ данных в ГИС реализуется средствами внутренних языков (SQL, DDE²), механизмов запросов, выборок, фильтров, слежения между базами данных

Основная задача подсистемы контроля, визуализации и вывода данных - генерация и оформление результатов работы системы в виде карт, графических изображений, таблиц, текстов на твердых или магнитных носителях.

Классификация ГИС может выполняться по следующим направлениям (ОСТ, ОГ, новый гост):

по назначению (проблемной ориентации) – в зависимости от целевого применения и характера решаемых задач: многоцелевые, информационно-справочные, учебные, издательские, инвентаризационные, аналитические, мониторинговые, исследовательские, принятия решений, иного назначения;

по предметной области¹ (проблемно-тематической ориентации) – в зависимости от области применения: земельные, муниципальные, лесные, инженерных коммуникаций и городского хозяйства, предотвращения и локализации чрезвычайных ситуаций, экологические и природопользовательские, социально-экономические, земельно-кадастровые, геологические, навигационные, транспортные, торгово-маркетинговые, археологические и пр.;

по территориальному охвату²: глобальные, субконтинентальные, национальные, межнациональные, региональные, субрегиональные и локальные ГИС. В Российской Федерации принято подразделять создаваемые ГИС по уровню управления на федеральные ГИС (ФГИС), региональные (РГИС), муниципальные (МГИС) и локальные (ЛГИС);

по способу организации географических данных: векторные, растровые, векторно-растровые, трехмерные;

по функциональности (в зависимости от составляющих ГИС блоков): полнофункциональные, специализированные, средства разработки ГИС-приложений.