Структура ГИС и ее основные функции

В самом общем виде структура ГИС может быть представлена следующим образом: диалоговая система пользователя программно-технический комплекс, базы данных, блок моделей, блок оценки и принятия решений. Построение ГИС выполняется по блочному (модельному) принципу. Это дает возможность расширять систему за счет добавления новых блоков (программ) или работать только с определенной частью (модулем) ГИС.

Многоцелевые ГИС могут быть использованы для решения различных задач. Выполнение решаемых задач связано с осуществлением определенных функций. Так, наряду с другими, ГИС выполняет следующие основные функции: подготовку и ведение банков данных; информационно -правочные; имитационного моделирования; экспертного моделирования; автоматизированного картографирования.

ГИС может рассматриваться как информационная основа (база данных) для изучения природных особенностей региона и как инструмент исследования динамики или прогноза явлений и процессов (система моделей).

Кроме этого, ГИС может использоваться как информационно-справочная система, по определенному запросу выполняющая поиск и выборку данных. Следующий момент работы ГИС связан с разработкой математических моделей или системы экспертных оценок с целью анализа динамики геосистем.

Для решения каждой из перечисленных задач необходима разработка алгоритмического и программного обеспечения, а также создание диалоговых человеко-машинных систем, поддерживающих работу пользователя и представление результатов моделирования в традиционном картографическом виде.

Программно-технический комплекс. В настоящий момент ГИС комплектуются как графические станции, использующие разнообразные средства ввода-вывода графической информации. Для организации региональных ГИС требуется ЭВМ с достаточно большим объемом оперативной памяти и значительным быстродействием, работающая как в интерактивном, так и в пакетном режиме. С этой целью могут быть использованы как большие ЭВМ (для обработки космической информации), так и персональные компьютеры.

Устройства ввода графической информации подразделяются на автоматические (сканеры) и полуавтоматические (цифрователи). Для построения картографических изображений используются: графопостроители, матричные принтеры, цветные струйные печатающие устройства. В состав графической системы входит также цветной графический дисплей, который обеспечивает диалоговый режим пользователя.

Информационный блок (базы данных). Информационные массивы в ГИС объединяются в базы данных, доступ к которым обеспечивается СУБД. Основное назначение баз данных заключается в обслуживании информационных потребностей пользователя, а также поддержке системы моделей ГИС. В БД хранится не только фактологическая информация на определенный момент времени, но также начальные условия и коэффициенты уравнений модели, используемых в режиме имитационного моделирования.

Для поиска и выборки данных используются различные команды запросов пользователя. Использование или комбинирование различных команд дает возможность представлять результаты запроса в различном виде: табличном, графическом, картографическом. В зависимости от запроса, фактическая информация может быть дополнена статистически параметрами: средним значением, дисперсией и т.д.

Блок моделей. Данный блок включает программное обеспечение, предназначенное для различных операций по обработке данных. Поскольку ГИС строится как многоцелевая и многофункциональная информационно-моделирующая система, то в ее состав включаются пакеты прикладных программ, а также банк стандартизованных моделей.

Центральное место в ГИС занимает система автоматизированного картографирования. При организации ГИС могут быть использованы уже готовые модели или программные блоки, отвечающие требованиям решаемых задач. Стандартизация частных моделей, моделирующих отдельные свойства ландшафта или его компонентов (почва, растительность, миграция веществ в ландшафте) упрощает процедуру информационного обеспечения моделей, а главное, дает возможность использовать имеющийся опыт в области моделирования конкретных процессов в ландшафте при решении новых задач.

Важное место в ГИС отводится блоку экспертного моделирования и экспертных оценок. В данной части ГИС ведущая роль отводится эксперту, специалисту в конкретной предметной области. Работа данного подблока ГИС состоит в автоматизации традиционных методов анализа и синтеза геокологической информации, выполняемых экспертом на основе набора эмпирических правил.

Система управления диалогом пользователя. Функционирование ГИС как целостной системы обеспечивается системой управления диалогом пользователя. Данный блок осуществляет взаимосвязь между отдельными подсистемами ГИС, организуя диалоговое взаимодействие пользователя с системой. В зависимости от решаемой задачи выполняется автоматическая настройка ГИС на ее решение. Для этого из банка моделей выбирается необходимая модель, из информационного блока все необходимые данные.

Диалоговый режим ГИС рассчитан на пользователей различной степени подготовленности: прикладных программистов, аналитиков и исследователей и случайных пользователей. Для каждого типа пользователя выбирается свой уровень ведения диалога.

Блок оценки и принятия решений. Результаты работы ГИС анализируются в блоке оценки и принятия решений. Следует отметить, что система управления диалогом пользователя неразрывно связана с блоком оценки и принятия решений посредством формирования набора сценариев, выборов методов отображения (табличного, картографического) получаемых результатов.

Блок оценки, как и диалоговая система, рассчитан на различные режимы работы ГИС. Наиболее простой - это использование ГИС как информационно-справочной системы, более сложный, касается разработки автоматизированной методики анализа результатов имитационного моделирования.

Выбор сценариев напрямую связан с оценкой геоэкологических ситуаций и во многом опирается на знание эксперта о наиболее типичных или вероятных условиях поведения изучаемого природного объекта под воздействием возмущающих факторов.

В современных системах контроля и управления качеством окружающей среды важное место занимает оперативность получения результатов машинного прогнозирования. ЛПР требуется в сжатые сроки просмотреть различные сценарии моделирования, проанализировать полученные результаты и предложить наиболее оптимальные управленческие решения, опирающиеся на результаты работы моделей ГИС.

Любая ГИС работает с 2 основными типами информации:

1.Метрические (пространственные, географические, координатные) данные.

2. Семантические (тематические, атрибутивные) данные

Семантический в пер. с греческого «обозначающий».

Таким образом, в можно сказать, что основа любой ГИС это «метрика» и «семантика».

Метрические данные это данные, указывающие на локализацию объекта в пространстве.

Семантические данные представляются в виде описательной информации об определенных пространственных объектах и их временных параметрах. Это могут быть данные любого типа - числовые, логические или текстовые (числовые - число, логические «да»-«нет», текстовые – текст произвольный или из заданного набора терминов (словаря).

О представлении информации в базах данных мы на следующей лекции поговорим).

Однородные семантические (атрибутивные) данные в ГИС формируют слой данных (другие термины – оверлей (over lay), покрытие, тема). В MapInfo каждому слою (и используется именно термин «слой» соответствует файл «таблицы» .tab.

От слов over lay, говорят, что ГИС имеют оверлейную, или послойную структуру данных.

Комбинируя слои и их последовательность (верхние, нижние) мы можем получать различные тематические карты.

Многослойная организация карты позволяет упростить анализ картографической информации, делать тематические или пространственные выборки, проводить анализ и.т.д. В результате анализа слоев, отображающих “сырые” данные об объектах строятся новые слои в соответствии с задачей исследования.

а –пространственная, б – тематическая выборки данных.

Данные об объекте в ГИС могут быть представлены в двух видах – в табличном – обычная таблица, как и в “обычных” базах данных, в которой информация об объекте представлена в текстовой и цифровой форме (т.е. это не специфическая ГИС функции).

Либо в виде “картинки”. В этом виде – в виде “картинки” данные о пространственных объектах представляются в ГИС при помощи двух основных моделей (двух способов представления) векторной, и растровой моделей.

Растровая модель основывается на представлении исследуемой территории с помощью сетки одинаковых ячеек, образующих регулярную сеть. При этом каждой ячейке соответствует одинаковый по размерам, но разный по характеристикам (цвет, интенсивность) участок поверхности. Растровая модель использует те же форматы данных, что и различные графические программы - .jpg, .tif, .bmp и.т.д.

Векторная модель строится на основе комбинации элементарных графических примитивов – точек, отрезков прямых и дуг, занимаюших лишь часть пространства, а остальной место картинки занимает фон.

И в том и в другом случае положение либо ячейки растровой модели, либо характерных точек примитива векторной модели базируется на задании ее координат. Причем каждая точка имеет два набора координат. Один набор – это географические координаты, о которых мы говорили в прошлый раз, т.е. это

1. Эллипсоид (Datum) (WGS-84, CK-42, EU-72 и др.)

2. Собственно координаты φ, λ, h; либо номер зоны, E, N, h

Второй набор – это координаты той же точки на “картинке”, очевидно, что их может быть только две x,y, а остальная информация о географических координатах должна каким-то образом учитываться при использовании картинки в ГИС.

Контрольные вопросы:

1.Основные этапы информационной технологии данных?

2.Определение взаимозависимостей геосистем?

3.Геодезический контроль в ГИС?

Литература

1. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. Ленинград 1984 г

2. Cоколов В. Е., Базилевич Н. И. Теоретические основы и опыт экологического мониторинга. Москва - 1983 г.

3. Геосистемный мониторинг. Строение и функционирование геосистем.М.1986г