Тема 21. Географічні інформаційні системи

Під географічною інформаційною системою (ГІС – CIS – Geographical Information System) розуміють сукупність реалізованих за допомогою ЕОМ та програмних засобів баз географо-картографічних даних, що призначені для проведення досліджень шляхом аналізу і моделювання даних в інтересах багатьох користувачів. Суть ГІС – це здатність пов’язувати з картографічними об’єктами, що прив’язані до конкретної географічної території, деяку описову (атрибутивну) інформацію. Тобто це, у першу чергу, алфавітно-цифрова (таблична), або графічна (графіки, малюнки, фотографії, карти) інформація. За допомогою ГІС вирішуються питання про видачу повної інформації про об’єкт на будь-якій (наприклад, екологічній) карті (де він знаходиться, його параметри, з якими об’єктами пов’язаний, з якими межує і т.і).

Стимулом для розвитку ГІС з’явились дослідження навколишнього середовища. Це призвело до розробки проблем геокодування, створення координатної системи, картографічної прив’язки даних, автоматизації введення даних, спеціальних мовних засобів. Збереження даних у ГІС потребує розробки і вибору формату та структури даних. Результати обробки інформації можуть бути представлені у вигляді таблиць, графіків, картографічної інформації. Це дозволяє зробити картографічні моделі території досліджень, виконати аналіз закономірних зв’язків у розподілі властивостей геологічного середовища.

Повнофункціональна географічна інформаційна система (Full GIS) забезпечує:

1. Можливості введення даних у комп’ютер, а саме:

• програмні засоби ручного шифрування карт (через дигітайзери);

• засоби растрового автоматичного введення (сканування або телевізійні пристрої введення графіки);

• забезпечення введення графіки з різним характером вхідного оригіналу (прозора плівка або непрозорі паперові оригінали);

• уведення даних із стереоприладів (аналітичні стереоплотери для введення стереопар ДС-3).

• програмні засоби відеоекранного редагування введених матеріалів (графічні або картографічні редактори);

• програмні засоби експорту та імпорту цифрових даних і конвертори у внутрішні формати програмних засобів конкретної ГІС для роботи з СУБД, системами автоматизованого проектування (САПР), системами електронних таблиць, системами обробки зображень, системами автоматизованого картографування.

2. Засоби двостороннього зв’язку між картографічними об’єктами та записами реляційних чи інших типів баз даних для розв’язування завдань користувача

3. Систему управління візуалізацією даних, їх пошуком, ув’язкою за принципами довільної вибірки довільних комбінацій даних, що існують у комп’ютері або є доступними для нього.

4. Комплекс комп’ютерного перетворення систем координат та трансформації картографічних проекцій.

5. Вимірювальні операції Визначення довжин відрізків прямих та кривих піній, обчислення плой), периметрів, визначення характеристик об’єктів, забезпечення географічних вимірювань на карті, підтримка масштабного скролінгу (непреривного збільшення/зменшення розміру зображення площинного об’єкту).

6. Полігональні операції, у тому числі накладення полігонів, визначення належності лінії або точки до полігону, знищення границь та об’єднання полігонів, індикація та видалення паразитних полігонів.

7. Підтримку топологічних взаємовідносин між об’єктами, перевірку геометричної коректності карти (замкнутість площинних об’єктів, взаємоув’язаність, прилягання).

8. Аналітичні та моделюючі операції, включаючи вибір та селекцію об’єктів по семантикам, пошук найближчого сусіда, вибір оптимального маршруту, обробку даних геодезичних зйомок, аналіз мереж, побудова буферних зон та множинні точок полігонів вздовж відрізків прямих та відносно кривих (із зважуванням або без нього)

9. Аналіз поверхні, включаючи обчислення кутів нахилу та експозицій схилів, інтерполяцію висот; визначення зон видимості/невидимості, генерацію горизонталей, тримірних нитяних та світлотіньових зображень, накладання планіметричних шарів на тривимірні зображення, генерацію профілів поперечних розтинів, обчислення об’ємів.

10. Виконання підготовки комп’ютерних варіантів карт та їх інформаційних шарів, створення власної символіки; створення додаткових елементів оформлення карти.

11. Картографічну графіку монохромного та кольорового відтворення карт з можливостями вибору та зміни палітри кольорових заливок, редагування те реалізації способів картографічного зображення (позначення, картограми, картодіаграми, ореоли розсіювання та Ін.), створення довільних графічних позначень, генерації елементів додаткового оснащення (внутрішні рамки, виходів лінії координат, лінійного та чисельного масштабів, зарамочного оформлення і т.ін.), розміщення та оформлення легенди карти, монтажу велико- або дрібномасштабних урізок та анотування карт текстовими або графічними елементами.

12. Вивід даних та документування результатів з використанням різноманітних пристроїв (відеотермінали, принтери, плотери, мікрофільми та факсимільні пристрої). Отримання високоякісних твердих копій.

Концепція бази даних припускає використання інтегрованих засобів збереження інформації, що дозволяють забезпечити централізоване управління даними та обслуговування ними багатьох користувачів Тому база даних повинна підтримуватись у середовищі ЕОМ єдиним програмним забезпеченням, яке називається системою управління базами даних (СУБД). СУБД разом із прикладними програмами вирішення відповідних завдань і даними називається банком даних.

Майже усі сучасні системи основані на реляційній (relation – відношення) моделі управління базами даних. Назва „реляційна” пов’язана з тим, що кожний запис у такій базі даних містить інформацію, яка відноситься тільки до одного конкретного об’єкту. У реляційній СУБД усі дані, які обробляються, представлені у вигляді таблиць. Інформація про об’єкти певного типу представлені у табличному вигляді – у стовбцях таблиці зосереджені різні характеристики об’єктів – атрибути, а рядки призначені для опису значень усіх атрибутів окремого об’єкту Якщо у випадку, коли необхідно зробити вибір інформації з однієї або декілька таблиць, тобто зробити запит, користуючись функціями СУБД, результат буде також у вигляді таблиці. Крім того, можна зробити запит із використанням результатів іншого запиту. Таким чином, система управлінням базами даних надає можливість контролювати структуру опису даних, роботу з ними і організацію колективного користування цією інформацією. СУБД також суттєво збільшує можливості та полегшує каталогізацію і ведення великих об’ємів інформації, що зберігаються у багаточисельних таблицях. СУБД включає три основні функції:

• визначення (задання структури і опис) даних,

• обробка даних

• управління даними.

Усі ці функціональні можливості у повній мірі реалізовані у Microsoft Access.

Аналіз існуючих ГІС робить можливим виділити дасить просту, недорогу, але ефективну багатофункціональну систему – Maplnfo, розроблену американською фірмою Maplnfo Corporation У цій системі реалізована ідея багатовіконної обробки векторних, растрових та табличних даних з використанням операційної системи Windows фірми Microsoft (США). У порівнянні з іншими ГІС, описуванна система відрізняється:

- универсальністю своїх графічних можливостей та гнучкістю своїх програмних засобів, які можуть працювати паралельно;

- простотою та універсальністю інтерфейсу;

- наявністю простої (доступною непрофесіоналу) мови програмування;

- досить вдалою реалізацією багатьох функцій Full CIS.

У системі Maplnfo генеруються будь-які графічні об’єкти, забезпечується побудова складних зображень, їх оцифровка та перетворення, вивід не графопобудовувач або принтер, нарешті, формується база даних. Крім того, пакет має спеціальні модулі взаємодії ARC Info (ARC Link) для взаємодії з "Full GIS". У сукупності програмні засоби підтримки багатовіконного інтерфейсу, обробки векторної растрової інформації, її відображення дозволяють створювати цифрові електронні карти.

Настільна картографічна система, яка описується, може бути застосована для картографічної візуалізації, тому, що вона надає можливість різноманітних видів аналізу та оцінок картографічної інформації з точки зору звичайного користувача PC Система використовується для створення , маніпуляції та аналізу карт країн, територій, районів, міст і взагалі всього, що може розглядатися як карти або плани. Уведенна таким чином, карта може бути відображена різноманітними способами, у тому числі у вигляді високоякісної картографічної продукції.

Головною особливістю Maplnfo є можливість географічної прив’язки усіх картографічних матеріалів, що зберігаються у базі даних.

Maplnfo може створювати карти масштабів 1:1000 –1:1 000 000 та відображати їх з різним ступенем деталізації, виконувати пошук точок на карті за їх адресами або іменами об’єктів, виводити інформаці. на екран дисплея, редагувати, вилучати, уводити нові одиниці зберігання, створювати на базі стандартних типів даних інші типи з поширенням на них додаткових відомостей та ін.

Maplnfo також можна користуватись для створення різноманітних видів тематичних карт, де реєструються результати аналізу та обробки матеріалів, які зберігаються у базі даних. Тематична карта створюється з постановкою у відповідність окремим точкам, областям та іншим об’єктам деяких символів, величин, типів ліній, зразків заливки, штриховок і т.ін., що робить можливим по новому розфарбувати та підписати існуючу карту.

Контрольні запитання

1. Що таке географічні інформаційні системи?

2. Що забезпечує повнофункціональна ГІС?

3. Дайте характеристику ГІС Maplnfo.

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Адаменко О.М., Рудько Г.І. Екологічна геологія. – Київ: Манускрипт, 1997. – 348 с.

2. Адаменко О.М., Рудько Г.І., Консевич Л.М. Екологічне картування. – Івано-Франківськ: ІМЕ, 2003. – 580 с.

3. Білявський Г.О., Бутченко Л.І., Навроцький В.М. Основи екології: теорія та практикум. Навчальний посібник. – К.: Лібра, 2002. – 352 с.

4. Одум Ю. Основы экологии. – М.: Мир, 1975. – 740 с.

5. Приходько М.М., Приходько М.М. (молодший). Управління природними ресурсами і природоохоронною діяльністю. – Івано-Франківськ: Фоліант, 2004. – 847 с.

6. Приходько М.М., Приходько Н.Ф., Пісоцький В.П. та ін. Наукові основи басейнового управління природними ресурсами (на прикладі річки Гнила Липа). Монографія за редакцією М.М.Приходька. – Івано-Франківськ, 2006.– 270 с.