Лекция 1. Теоретические основы географических и земельно- информационных систем

План:

1. Основные понятия

2. Функции ГИС

3. Классификация ГИС

4. Эволюция ГИС

5. Сферы применения ГИС

Основные понятия

Геоинформационные системы (ГИС) - это система сбора, обработки, графического представления и анали­за пространственно-распределенных данных. Практически в лю­бой сфере деятельности мы встречаемся с информацией такого рода, представленной в виде карт, планов, схем, диаграмм и пр. Это может быть план здания, карта экологического мониторинга территории, атлас земельного кадастра или карта природных ре­сурсов и т.д. ГИС дает возможность накапливать и анализировать подобную информацию, оперативно находить нужные све­дения и отображать их в удобном для использования виде.

Геоинформационные системы – цифровая модель реального пространственного объекта местности в векторной, растровой и других формах.

ГИС это система аппаратно-программных средств и алгоритмических процедур, созданная для цифровой поддержки, пополнения, управления, манипулирования, анализа, математико-картографического моделирования и образного отображе­ния географически координированных данных.

Отличие ГИС от иных информационных систем проявля­ется в следующем:

- обеспечивает взаимосвязь между любыми количествен­ными и качественными характеристиками географических объ­ектов и явлений, представленных в базе данных в виде точек, линий, площадей и равномерных сеток;

- содержит алгоритмы анализа пространственно координи­рованных данных.

Геоинформатика - это современная научная дисциплина, которая изучает природные и социально-экономические геосис­темы различных иерархических уровней посредством компью­терного моделирования на основе баз данных и баз знаний.

Подобно другим дисциплинам, которые вбирают в себя основы не­скольких наук, геоинформатика формируется на стыке геогра­фии, информатики, теории информационных систем, картогра­фии и других дисциплин с привлечением системного подхода и новейших достижений в области вычислительной техники

Связь ГИС с научными дисциплинами и технологиями:

1. География

2. Картография

3. Дистанционное зондирование

4. Топография и фотограмметрия

5. Информатика

6. Математика и статистика

Сегодня геоинформатика предстает в виде системы, охва­тывающей науку, технику и производство. Геоинформатика -это не только научная дисциплина, но и технология (ГИС-технология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной информа­ции, целью которой является решение задач инвентаризации, оптимизации и управления геосистемами. Как производство геоинформатика включает в себя изготовление программных и аппаратных средств, создание баз данных, систем управления, стандартных и коммерческих ГИС различного целевого назна­чения и проблемной ориентации.

Взаимосвязи картографии и геоинформатики проявляются в следующих аспектах:

1 тематические и картографические карты - главный ис­точник пространственно - временной информации;

2 системы географических и прямоугольных координат служат основой для координатной привязки всей информации, поступающей и хранящейся в ГИС;

3 карты - основное средство географической интерпрета­ции и организации данных дистанционного зондирования и дру­гой используемой в ГИС информации (статистической, аналити­ческой и т.п.);

4 картографический анализ - один из наиболее эффектив­ных способов выявления географических закономерностей, свя­зей, зависимостей при формировании баз знаний, входящих в ГИС;

5 математико-картографическое и компьютерно-картогра­фическое моделирование - главное средство преобразования информации в процессе принятия решений, управления прове­дения экспертиз, составление прогнозов развития геосистем;

6 картографическое изображение - целесообразная форма представления информации потребителям.

Информационная система ~ это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур - главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов.

Например, личная библиотека, в которой может ориенти­роваться только ее владелец, информационной системой не яв­ляется. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря этому, поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляют со­бой стандартные процедуры, близкие к алгоритмам.

Работа информационных систем заключается в обслужива­нии двух встречных потоков информации: ввода новой инфор­мации и выдачи текущей информации по запросам.

Поскольку главная задача информационной системы - об­служивание клиентов, система должна быть устроена так, чтобы ответ на любой запрос выдавался быстро и был достаточно пол­ным.

Земельно-информационная система – географическая информационная система земельно-ресурсной и земельно-кадастровой специализации.

Отличие ЗИС от других информационных систем обусловлено особенностями их объекта – земли.

Функции ГИС

1 Сбор геоданных (или просто данных): приобретение го­товых электронных карт; конвертация из других форматов; не­посредственная оцифровка с твердой основы; сканирование с твердой основы с последующей векторизацией; векторизация авиационных и космических снимков; непосредственный ввод координат географического объекта.

2 Хранение данных. Существует две основных модели хранения геоданных: векторная, которая хранит географические объекты на карте в виде точек, линий и полигонов и растровая, сохраняющая географический объект в виде множества ячеек, которые покрывают всю область его расположения.

3. Запросы. Существует два основных запроса: идентифи­кация отдельных объектов (определение точного местоположе­ния существующего объекта): где находится и какие атрибуты ему присвоены; идентификация объектов по условию (определе­ние местоположения объекта, который удовлетворяет опреде­лённому условию).

4. Анализ данных. Основные виды анализа геоданных: бу­феризация (какие участки расположены на таком-то расстояние от такого-то объекта и другие запросы такого типа); наложение (объединяются объекты двух слоев для создания нового слоя, содержащего атрибуты обоих слоев, например, наложение поч­вы и растительности); сеть (рассматривается, как соединены ли­нейные объекты и каким образом можно по ним передвигаться);

5. Отображение (осуществляется в виде карт графиков идиаграмм);

6. Вывод информации.

Способы классификации ГИС

Геоинформационные системы могут быть классифициро­ваны по следующим признакам:

- назначению (в зависимости от целевого использования и характера решаемых задач, например: мониторинговые, инвен­таризационные, исследовательские, учебные ГИС и др.);

- проблемно-тематической ориентации (в зависимости от области применения, например: экологические, природопользовательские, социально-экономические, земельно-кадастровые, геологические, чрезвычайных ситуаций, навигационные и др.);

- территориальному охвату (в зависимости от масштаба базы данных, например: глобальные, общенациональные, регио­нальные, локальные, муниципальные);

- способу организации географических данных (в зависи­мости от форматов ввода, хранения, обработки и представления картографической информации).

-

Эволюция ГИС

История ГИС берет своё начало с конца пятидесятых годов прошлого столетия. Основные достижения в ГИС были получе­ны в США, Канаде и Швеции. Россия и бывший СССР не участ­вовали в мировом процессе создания и развития геоинформаци­онных технологий до середины 1980-х годов. В истории разви­тия геоинформационных систем выделяют четыре периода:

1) Новаторский период (поздние 1950-е - ранние 1970-е гг.). Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

2) Период государственных инициатив (начало 1970-х -начало 1980-х гг.). Развитие крупных геоинформационных про­ектов поддерживаемых государством, формирование государст­венных институтов в области ГИС, снижение роли и влияния от­дельных исследователей и небольших групп. Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям: автоматизированные системы навигации; системы вывоза городских отходов и мусора; движение транс­портных средств в чрезвычайных ситуациях и т.д.

3) Период коммерческого развития (ранние 1980-е - на­стоящее время). Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значитель­ного числа непрофессиональных пользователей.

4) Пользовательский период (поздние 1980-е - настоящее время). Повышенная конкуренция среди коммерческих произво­дителей геоинформационных технологий услуг дает преимуще­ства пользователям ГИС, доступность и "открытость" про­граммных средств позволяет использовать и даже модифициро вать программы, появление пользовательских "клубов", теле­конференций, территориально разобщенных, но связанных еди­ной тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформацион­ной инфраструктуры.

Сферы применения ГИС

Мониторинг и охрана природной среды. Комплексный кон­троль загрязнений, оценка ущерба от природных и антропоген­ных бедствий, планирование эвакуационных и восстановитель­ных мероприятий.

Поиск и добыча минеральных ресурсов. От разведки до эксплуатации месторождений и рекультивационных мероприя­тий.

Транспортные, инженерные и коммуникационные сети. Планирование, прокладка и эксплуатация, анализ и оптимизация загрузки.

Городское хозяйство и региональное управление. Практи­чески весь комплекс вопросов - от работы городских служб и ведения кадастров (систем учёта земельных и других видов ре­сурсов) до перспективного планирования.

Службы безопасности, правопорядка и спасения. Опера­тивный контроль, диспетчеризация и маршрутизация, анализ и прогноз ситуации.

Военное дело. От ведения разведки, анализа местности, планирования и управления боевыми и учебными операциями до учёта военного хозяйства.

Сфера бизнеса. Анализ пространственного распределения клиентов, партнёров и конкурентов, оптимизация работы служ­бы доставки, взаимодействие с органами государственного управления и землепользования, учёт демографических данных. Системы выборов. Оценка пространственного распределе­ния рейтинга, определение наиболее важных участков для аги­тации с учётом действий конкурентов.

ГИС даёт высокоэффективный результат также и в сле­дующих отраслях: местное и государственное управление, неф­тегазовую отрасль, банковское и страховое дело, телекоммуни­кации, операции с недвижимостью, сельское хозяйство, лесное и водное хозяйство, геодезия, навигация.

То, что необходимость в ГИС очень велика, показывают общемировые продажи программного обеспечения для создания геоинформационных систем, сумма которых в 1997 году превы­сила 1 млрд. долларов, а с учётом сопутствующих программных и аппаратных средств достигла почти 10 миллиардов.