9) Возникновение баз данных.

Впервые понятие баз данных возникло в 60 годы. Данные в то время представлялись в виде простых последовательных файлов на магнитной ленте и зависели от программной обработки. Если менялась организация данных или тип запоминающего устройства, программисту приходилось заново переделывать программу. Существуют многочисленные версии одного и того же файла.

На базе СУБД строятся разнообразные информационные и ин­формационно-управляющие системы, используемые во всех отраслях человече­ской деятельности. При этом соответствующие БД могут содержать в принципе любые данные, однако и большинстве случаев это данные алфавитно-цифровые (т.е. текст) либо числовые.

Общепринятым является представление БД как взаимосвязанной совокупности таблиц. Каждая таблица состоит из строк (записей) и столбцов (полей). Каждая запись несет информацию о некотором объекте, каж­дое поле содержит значение некоторого свойства объекта. В простейшем случае вся БД состоит из одной таблицы.

Основные операции, которые можно выполнять над атрибутивными данны­ми, включают в себя поиск данных по различным запросам, упорядочение данных (например, по алфавиту), соединение взаимосвязанных данных из разных таблиц, вычисление суммарных значений, построение разнообразных отчетов. Кроме того, СУБД позволяет выполнять операции по созданию и модификации БД: добавле­ние и удаление записей, редактирование (т.е. изменение значений) полей записи, изменение структуры записей (добавление и удаление полей и т. п.).

Обычные (атрибутивные) СУБД оказываются почти бесполезными для работы с та­ким специфическим видом данных, как графические (пространственные) объекты.

Графический объект (далее просто объект) характеризуется привязкой к неко­торой системе координат (например, географических). Объект задается, как ми­нимум, одной парой координат (X, VI, определяющей точку его местоположения. Кроме того, объект может иметь определенную форму и размеры, которые можно задать набором координат характерных точек.

Координаты точек объектов можно считать табличными дан­ными и хранить в обычной БД. Однако такой подход не позволяет решать зада­чи, в которых важен именно пространственный характер объекта. Это, прежде всего, отображение объектов на зкране или принтере, пространственный поиск (т. е. ответ на вопросы типа -Какие объекты расположены в данной точке?-), визуальные редактирование объектов, а также разнообразные задачи пространс твенного анализа.

База данных, спроектированная таким образом, чтобы хранить информацию о графических объектах, называется геоинформационной базой данных .

Основой понимания структуры и возможностей баз данных служит архитек­тура СУБД, предусматривающая рассмотрение структуры данных одновременно с нескольких позиций (уровней),отождествляемых с различными представления­ми или моделями

Внешний уровень отражает индивидуальные предсывления данных отдельны­ми пользователями и может быть описан несколькими моделями БД, каждая из ко торых отражает абстрактное (логическое) представление определенной части БД одним из пользователей. Внутренний уровень близок к физическому представле­нию данных в памяти машины и описывает структуру файлов, в которых хранят­ся данные. Концептуальный уровень отражает общее представление пользователей в виде обобщенной модели реального мира или единого, абстрактного представ­ления всей информации БД в целом.

10) Важную роль в функционировании ГИС играет картографическая информации. Причем на начальном этапе развитии гео­информационных технологий источником исходной информации в ГИС являлись карты на бумажной основе, а выходным продуктом - электронная карта.

Карта - это генерализованная модель поверхности Земли или другого небес­ного тела, показывающая расположенные или спроецированные на них объекты в принятой системе условных знаков.

Назначение карт оказывает существенное влияние на выбор их масштаба, со­держания и способа оформления.

Наиболее часто встречающимися видами карт являются:

общегеографические карты - карты поверхности Земли, характеризующие ее внешний облик, слагающийся прежде всего из визуально различимых элементов ландшафта. Наиболее точными, подробными обще географиче­скими картами являются топографические карты;

о тематические карты - средство изображения географических явлении, кии \ как: плотноаь населения, климат, товарные потоки, использование земель и т. п.

Кроме этого, существуют и другие виды карт: астрономические, рельефные, на­учно технические, социально-экономические, морские и др.

«Цифровая модель местности (ЦММ) - модель земной поверхности или ёе эле­ментов {объектов и явлений}, их существенных признаков и взаимосвязей, подлежащих отображению на карте, представленная в цифровой форме в определенной системе координат»

«Цифровая карта (ЦК) - это цифровая модель местности, записанная на ма­шинном носителе в установленных структурах и кодах, сформированная с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекции, раз­графке, системе координат и высот по точности и содержанию соответствующая карте определенного масштаба»

Электронная карта (ЭК) - это векторная или растровая карта, сформированная на машинном носителе (например, на оптическом диске) с использованием програм­мных и технически средств в принятой проекции, системе координат и высот, услов­ных знаках, предназначенная для отображения, анализа и моделирования, а также ре­шении информационных и расчетных задач поданным о местности и обстановке.

Термины "Цифрован карта» и -цифровая модель местности» появились в 1980-х гг. в связи с необходимостью цифровании рельефа для наведении управляемых баллистических и крылатых ра­кет на цель. При этом визуализации цифровой модели не требовалось. Она пред­назначалась только для получения координат цели на бортовой ЭВМ. Этот вид ЦК является типичным примером, когда ЦК существует, а ЭК - нет. Позднее для управления полетами и моделирования понадобилась визуализация ЦК на мониторе, что и соответствовало понятию ЭК. Но бывают случаи, когда ЭК существу­ет, а ЦК - нет. Примером подобных ЭК является видеокарта, которую мы каждый день видим при передаче по телевизору прогноза погоды.

11) искать в 10)))

12) Выделение геоинформационных систем в отдельную группу информационных систем ведет к проектированию новых технологий, основанных на обработке геоп­ространственных данных, и построению новых информационных систем, предна­значенных для оценки состояния территорий и геосистем:

В связи с этим в настоящее время чрезвычайный интерес вызывают средства анализа данных в ГИС, среди которых в первую очередь можно отнести: методы принятия решений, создания экспертных систем и баз знаний, системное моделиро­вание трехмерных сцен. Наиболее современным и эффективным способом анализа данных в ГИС является объектно-ориентированный подход. Использование такого подхода к анализу данных ГИС существенно расширяет круг решаемых прикладных задач. В дальнейшем системы, позволяющие выполнять отмеченный анализ, будем именовать как аналитические информационные системы АГИС.

Данный подход выдвигает целый ряд проблем,одной из которых является объ­ектно-топологическое представление семантических данных.

Необходимость рассмотрения вышеперечисленных вопросов привела к появле­нию в П 1С функционального блока анализа данных (БАД), в котором с использо­ванием методов статистики, сетевого моделирования поддержкой пространствен­ной топологии имеется возможность решать задачи моделирования жизненных циклов различных систем на некой территории, смещаясь от картографического подхода, ограниченного пространственно-топологическими отношениями между объектами, к системному

Традиционное понимание термина ««топологические отношения» позволя­ет манипулировать только статическими отношениями соседства, вложенности, примыкания к границе и др. Концепция БАД - динамическая концепция. Если до­статочно большое количество объектов на карте может перемещаться и менять форму - необходимо анализировать не только пространственное распределение некоторых характеристик, но и движение ресурсных потоков через объекты, ко­торые изображены на карте: транспортные, жидкостей и газа по трубам, электро­энергии по проводам и др.

Топологические пространственные отношения (ТПО) - это пространственные топологические отношения в рамках традиционных ГИС-технологий, отражаю­щие пространственные отношения близости и взаиморасположения в пространст­ве объектов или их частей (слева, справа, внутри, близко, далеко и т. д.).

Топологические пространственные ресурсные связи (ТПС) - это такие отно­шения, которые совместно с пространственными топологическими отношениями отражают ресурсные потоки протекаемые на территории, например, при пред­ставлении моделей сетевых коммуникаций, предназначенных для отображения различных физических и социальных процессов.

13) Для обоснованного принятия решения необходимо всестороннее изучение про­блемы, рассмотрения возможных последствий и различных факторов, которые могут повлиять на результат. Однако, реальный мир настолько многообразен и сложен, что все факторы,естественно, рассмотреть и учесть невозможно. Поэто­му на практике выделяются только такие факторы, которые и составляют основу решаемости проблемы. Исследования и отбор наиболее существенных факторов, окалывающих влияние на решение поставленной проблемы и будем в дальнейшем определять как процесс моделирования.

На основе перечисленных видов моделирования могут быть построен! модели более высокого уровня обобщения: иерархические, сетевые и реляционные модели, инфологические и дата логические, концептуальные и пр. Особая роль в геоинформатике принадлежит сочетанию математических и картографически моделей. Для элементарных математико-картографических моделей предлагаете следующая классификация:

а) модели структуры явлений;

б) модели взаимосвязей явлений;

в) модели динамики распространения (развития) явлений.

Анализ данных и моделирование составляют ядро ГИС-технологий. Некоторые авторы дифференцируют средства создания ГИС, выделяя среди них аналитиче­ские системы, ориентированные на обработку цифровых данных вне зависимости или учета их пространственного распространения, и картографические системы, предназначенные для непосредственного отображения реальности посредством картографического моделирования.

Существуют различные классификации элементарных операций моделирования:

1) операции переструктуризации (из вектора в растр и наоборот, сжатие и раз­вертка растровых данных);

2) трансформация проекций и координат;

3) вычислительная геометрия (расчет площадей, длин, координат центроидов по­лигонов, периметра и пр.);

4) оверлейные операции, сопровождающиеся наложением слоев с полигонами;

5) общеаналитические, граф-аналитические и моделирующие функции (расчет построения буферных зон, анализ сетей, цифровое моделирование рельефа).

14) Программное обеспечение ГИС. Существует некоторая путаница с термином ГИС. Этим словом обычно пользуются для обозначения следующих категорий:

- специализированное программное обеспечение;

- комплексные системы, включающие все виды обеспечения (методическое, программное, техническое и др.), присущие развитым информационным системам;

- геоинформационные базы данных различного назначения на носителях цифровой информации;

а иногда и аэро- и космические снимки, тематические карты и изображения, текстовые отчеты.

Рассмотрим подробнее категорию "специализированное программное обеспечение".

Основываясь на данных "Ассоциации развития рынка геоинформационных технологий и услуг" можно выделить несколько классов программного обеспечения, различающегося по своим функциональным возможностям и технологическим этапам обработки информации:

- инструментальные ГИС;

- ГИС-вьюверы;

- средства обработки данных дистанционного зондирования;

- векторизаторы растровых картографических изображений;

- средства пространственного моделирования;

- справочно-картографические системы.

Инструментальные ГИС

Это в наибольшем числе случаев самодостаточный пакет, включающий такой набор функционала, который покрывает все стадии технологической цепочки: ввод - обработка-анализ - вывод результатов.

Самые мощные представители этого класса именуются "full GIS" (полнофункциональная ГИС).

Наиболее известными представителями этого класса являются:

- линия пакетов ARC/INFO компании ESRI, США (ARC/INFO, PC ARC/INFO, ArcCAD);

- линия пакетов компании Intergraph, США;

- SMALLWORLD (SmallWorld System, Великобритания);

- MapInfo (MapInfo Corporation, США).

ГИС-вьюверы

Это недорогие (по сравнению с full GIS), облегченные пакеты, с ограниченной возможностью редактирования данных, предназначенные в основном для визуализации и выполнения запросов к базам данных (в том числе и графическим), подготовленным в среде инструментальных ГИС. Большинство из них позволяют оформить и вычертить карту.

Как правило, все разработчики полнофункциональных ГИС предлагают и ГИС-вьюверы: ArcView1 и 2 ( ESRI, США), WinCAT( Simens Nixdorf, Германия).

Средства обработки данных дистанционного зондирования

Материалы, получаемые в результате аэро- и космических съемок, требуют большой предварительной обработки, которая и производится с помощью продуктов этого класса.

Основные этапы обработки

- предварительный (геометрическая и яркостная коррекции, составление мозаики из нескольких снимков);

- тематический - классификация, построение цифровой модели рельефа (ЦМР), автоматическое выделение (распознавание, дешифрирование) объектов.

Для пользователя ГИС основная обработка - это проблемная, связанная в итоге с дешифрированием снимков.

Самые известные представители:

ERDAS Imagine, ER Mapper, серия продуктов Intergraph, TNT Mips.

Векторизаторы растровых картографических изображений

Этот класс продуктов связан с вводом картографических данных. Поскольку основная аналитическая работа в ГИС-пакетах реализуется на векторной модели данных, то существует обширная группа задач по обработке отсканированных растровых картографических изображений. Векторизаторы - это ГИС-аналоги популярнейшего семейства OCR (FineReader, CuneiForm).

В этом классе продуктов наблюдается бум у Российских разработчиков. Западные решения чрезмерно дороги и базируются исключительно на UNIX-машинах. Отечественные разработчики предлагают более 15 различных пакетов, функционирующих на разных платформах и по эффективности использования не уступающих зарубежным аналогам.

Среди них отметим:

- SpotLight, Vectory (Consistent Software, Россия);

- Easy Trace (Easy Trace Group, Россия );

- MapEdit (АО "Резидент", Россия); - AutoVEC(IBS, Россия).

Средства пространственного моделирования

Эти средства предназначены для решения задач моделирования пространственно-распределенных параметров.

К этим задачам следует отнести:

- обработку результатов полевых измерений;

- построение 3-мерной модели рельефа;

- построение моделей гидрографической сети и определение участков затопления;

- расчет переноса загрязнения и т.д.

Представители:

- линия продуктов фирмы Eagle Point, США;

- линия продуктов фирмы SOFTDESK, США.

Современное профессиональное программное обеспечение ГИС – это, как правило, технологическая платформа, в составе которой представлен целый набор компонентов: серверные решения для хранения данных и доступа к ним, клиентское программное обеспечение с аналитическими модулями, средства макропрограммирования для разработчиков, и проч. В качестве примера можно привести семейства программных продуктов лидеров рынка – компаний ESRI, MapInfo, Autodesk. Каждая из них имеет не менее десятка прикладных систем, ориентированных на разные аспекты решения задач, среди которых имеются в том числе и готовые алгоритмы для решения перечисленных в предыдущем абзаце примеров.

Современное профессиональное программное обеспечение ГИС – это, как правило, технологическая платформа, в составе которой представлен целый набор компонентов: серверные решения для хранения данных и доступа к ним, клиентское программное обеспечение с аналитическими модулями, средства макропрограммирования для разработчиков, и проч. В качестве примера можно привести семейства программных продуктов лидеров рынка – компаний ESRI, MapInfo, Autodesk. Каждая из них имеет не менее десятка прикладных систем, ориентированных на разные аспекты решения задач, среди которых имеются в том числе и готовые алгоритмы для решения перечисленных в предыдущем абзаце примеров.