Автор: Пользователь скрыл имя, 24 Февраля 2012 в 13:09, лекция
В наши дни информатизация коснулась всех сторон жизни общества и трудно назвать какую-нибудь сферу деятельности, где не ощущалось бы влияния информатизации. Информатика развивается благодаря другим наукам и сама способствует их постоянному развитию.
В науках о Земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС), причем слово «географические» обозначает не столько «пространственность» или «территориальность», а скорее комплексность и системность, заложенные в ГИС.
Основы геоинформатики. Лекция №1
План:
1. Лекция №1. Геоинформатика: общие вопросы
1.1. Информатизация общества
1.2. Понятие о геоинформатике и ее связь с другими науками, технологиями и производством
1.3. Геоматика
1.4. Что такое ГИС?
1.5. Структура ГИС
1.6. Составные части ГИС
1.7. Задачи и назначения ГИС
1.8. ГИС и телекоммуникационные сети
1.9. Геоинформационное картографирование
1.10. Оперативное картографирование
1.11. История развития ГИС
В наши дни информатизация коснулась всех сторон жизни общества и трудно назвать какую-нибудь сферу деятельности, где не ощущалось бы влияния информатизации. Информатика развивается благодаря другим наукам и сама способствует их постоянному развитию.
В науках о Земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС), причем слово «географические» обозначает не столько «пространственность» или «территориальность», а скорее комплексность и системность, заложенные в ГИС. Развитие ГИС дает современной географии шанс стать основой передовых технологий в науках о Земле, концептуальной базой, на которую сможет опереться геоинформационная индустрия, одним из стержневых направлений информатизации общества на всех уровнях, начиная с малых научных лабораторий и кончая органами государственного управления.
Первые ГИС были созданы в Канаде и США в середине 60-х годов., а сейчас в промышленно развитых странах существуют тысячи ГИС, используемых в экономике, политике, экологии, управлении ресурсами и охране природы, кадастре, науке и образовании и т.д. ГИС охватывает все пространственные уровни - глобальный, региональный, национальный, локальный, муниципальный - интегрируя самую разнообразную информацию о нашей планете: картографическую, данные дистанционного зондирования, статистику и переписи, кадастровые сведения, гидрометеорологические данные, материалы полевых экспедиционных наблюдений, результаты бурения и подводного зондирования и т.п. В создании ГИС участвуют междун7ародные ассоциации (ООН, ЮНЕП, ФАО и др.), крупнейшие государственные учреждения, министерства и ведомства, картографические, геологические и земельные службы, статистические управления, частные фирмы, научно-исследовательские институты и университеты. На разработку ГИС ассигнуются значительные финансовые средства, в деле участвуют целые отрасли промышленности, создается разветвленная геоинформационная инфраструктура, сопряженная с телекоммуникационными сетями.
Во многих странах созданы национальные и региональные органы, в задачи которых входит развитие ГИС и автоматизированного картографирования, формирование государственной политики в области геоинформатики, национального планирования, сбора и распространения информации, включая исследования правовых проблем, связанных с владением и передачей географической информации, с ее защитой и др. Федеральная программа России предусматривает создание цифровых и электронных карт масштабов 1:10 000 - 1:1 000 000 и банков данных для этих карт, разработку геоинформационных систем различного ранга и назначения (для органов государственного управления, для демаркации государственных границ, ряду региональных ГИС по Северу, Байкалу и др., муниципальных, территориальных и отраслевых ГИС и др.). В Москве сформирован первый Российский научно-производственный центр геоинформации (Росгеоинформ). Одновременно развернуты региональные и производственные центры еще в пяти городах страны: Санкт-Петербург, Екатеринбург, Новосибирск, Иркутск, Хабаровск.
При создании разветвленной ГИС-инфраструктуры к этим центрам предполагается привязать местные и отраслевые ГИС разной проблемной ориентации, а также центры сбора и обработки аэрокосмической информации. В сеть ГИС обязательно должны быть включены научные и научно-производственные банки и базы тематических данных, существующих в институтах Академии наук, вузах, отраслевых учреждениях и ведомствах.
Тематическое многообразие геоинформационных ресурсов разного пространственного охвата, масштаба, точности и разрешения, а кроме того - еще и разных форм графического представления, делают актуальной задачу обмена всей этой информацией посредством телекоммуникационных сетей. Лишь с их помощью может быть обеспечен доступ к научно-практическим и учебно-методическим информационным ресурсам, т.е. формирование единого информационного (в том числе и геоинформационного) пространства.
Термин «геоинформатика» состоит из трех корней: география, информатика и автоматика. В англоязычной литературе есть термины informatics, Computer Science,обозначающих группу дисциплин, исследующих различные аспекты применения и разработки ЭВМ, включая программирование, прикладную математику, операционные системы, проблемы искусственного интеллекта и др. (Geographic(al) information system - GIS (geoinformation system) широко употребляется в англоязычной литературе. В конце 80-х годов появился термин Geoinformatics.
Под геоинформатикой принято понимать научно-технический комплекс, объединяющий геоинформатику, технологию и прикладную деятельность, которые связаны с разработкой и реализацией ГИС. Данный комплекс формируется на стыке географии, информатики, теории информационных систем, картографии и других дисциплин с привлечением системного подхода и новейших достижений в области вычислительной техники.
Геоинформатика изучает принципы, технику и технологию получения, накопления, передачи, обработки и представления данных и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях.
Сегодня геоинформатика предстает в виде системы, охватывающей науку, технику и производство. Геоинформатика - научная дисциплина, изучающая природные и социально-экономические геосистемы (их структуру, связи, динамику, функционирование в пространстве и времени) посредством компьютерного моделирования на основе баз данных, и географических знаний. С другой стороны, геоинформатика - это технология (ГИС-технология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно -координированной информации, имеющая целью решения задач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами. Наконец, геоинформатика, как производство - это изготовление программных и аппаратных средств, включая создания баз данных, систем управления, стандартных, коммерческих ГИС различного целевого назначения и проблемной ориентации.
Немного терминологии. Геоинформатика в англоязычном мире не имеет большого распространения. Значительно чаще используется «GIS technology» (ГИС-технологии). ГИС - географические информационные системы, или просто геоинформационные системы.
Сфера деятельности геоинформатики связана с каратографией и дистанционным зондированием, а также затрагивает фотограмметрию, топографию. Геоинформатика располагается в одном ряду с методами (математическими, картографическими, дистанционного зондирования и др.) и связывается с науками о земле геологией, почвоведением, лесоведением, географией, экономикой, биологией и т.д.
Взаимосвязи картографии и геоинформатики проявляются в следующих аспектах:
1. тематические и картографические карты - главный источник пространственно-временной информации.
2. системы географических и прямоугольных координат и картографическая разграфка служат основой для координатной привязки (географической локализации) 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-картографической и компьютерное - картографическое моделирование - главное средство преобразования информации в процессе принятия решений, управления проведения экспертиз, составление прогнозов развития геосистем и .т.п.
6. картографическое изображение - целесообразная форма представления информации потребителям.
Стремление к интеграции знаний столь велико, что привело к появлению новых направлений, одно из которых «геоматика». Термин этот объединяет геонауки, математику и информатику. Геоматику французский глоссраий трактует как «совокупность применений информатики для обработки географических данных, в частотности, картографии».
Часто ставится знак равенстве между геоматикой и геоинформатикой. Геоматика по определению - это научно-техническая дисциплина, имеющая целью решение задач реальной действительности на основе геоинформации, т.е. информации, связанной с геоматической (геоинформационной) системой. Геоматика включает такие дисциплины как математика, физика, информатика, картография, геодезия, фотограмметрия и дистанционное зондирование. Геоматика - это область научно-технической деятельности, которая на основе системного подхода интегрирует все средства сбора и управления пространственно-
Учебная программа по геоматике включает 4 основных раздела:
1. Сбор данных - полевые съемки, фотограмметрия, составление производных карт, координатная привязка данных, дистанционное зондирование, глобальные позиционные системы.
2. Обработка - вычисления, оценка, интерпретация, анализ, контроль качества, хранение данных
3. Управление - объединение данных, редактирование, моделирование, планирование, принятие решений, маркетинг, анализ качества, правовые основы, взаимодействие с клиентом (пользователем), стандарты передачи данных, авторские права
4. Распространение - создание карт, планов, диаграмм, отчетов, цифровых моделей, получение координированной социально-экономической информации, экранное отображение, дизайн, распределение данных и др.
Обязательным элементом определения ГИС следует считать указание на пространственность, операционно-функциональные возможности и прикладную ориентацию системы.
Современные геионформационные системы (ГИС) представляют собой новый тип интегрированных информационных систем. Современная ГИС – это автоматизированная система, имеющая большое количество графических и тематических баз данных, соединенная с модельными и расчетными функциями для манипулирования ими и преобразование их в пространственную картографическую информацию для принятия на ее основе разнообразных решений и осуществления контроля.
География является связующим звеном информации, получаемой из многочисленных источников. Прежде всего это различные типы карт: планы застроек, топографические и аналитические карты, карты растительности и экологии. Кроме того, данные могут поставляться с аэрофото – и космических снимков.
ГИС может использоваться для научных исследований, управления природными ресурсами и планирования развития. ГИС, например, позволяет вычислить время отклика на аварию, катастрофу или природном бедствии. В строгом смысле ГИС это компьютерная система, позволяющая компоновать, сохранять, манипулировать и отображать справочную географическую информацию, т.е. данные идентифицируются в соответствии со своим положением. Практики также рассматривают общий ГИС как включающий персонал и данные, которые вводятся в систему.
ГИС - это информационная система, которая построена, чтобы работать с данными соотнесенными с пространственными и географическими координатами. Другими словами, ГИС - это и система базы данных со специфичными возможностями для пространственно соотнесенных данных, и множество операций для анализа этих данных. (Star and Estes, 1990)
Система для захвата, запоминания, проверки, объединения, манипуляции, анализа и отображения данных, которые пространственно соотнесены к Земле. (Chorley, 1987)
Автоматизированная система для захвата, исправления, анализа и отображения пространственных данных (Clarke, 1990) . ГИС - это аппаратно-программная система и процедуры построенные для обеспечения сбора, управления, манипуляции, анализа, моделирования и отображения пространственно соотнесенных данных для решения сложных задач планирования и управления. (NCGIA lecture by David Cowen, 1989)
Интегрированный пакет для ввода, хранения, анализа и вывода пространственной информации .... анализ самое важное. (Gaile and Willmott, 1989)
ГИС - это одновременно телескоп, микроскоп, компьютер и ксерокс регионального анализа и синтеза пространственных данных. (Abler, 1988). ГИС может преобразовать цифровую информацию. Например, цифровые изображения со спутника, перепись или гидрологические табличные данные могут быть проанализированы и преобразованы в карту.
Карты могут быть оцифрованы, или вручную отслежены с компьютерной мышкой, чтобы собрать признаки координат. Электронные сканирующие устройства будут преобразовывать линии карты и точки в цифры. ГИС можно использовать, чтобы подчеркнуть пространственные отношения между объектами нанесенными на карту. В то время как картографические системы компьютерной помощи могут представлять дорогу просто как линию, ГИС может распознавать, что дорога - это граница между wetland и городским развитием, или связь между Главной улицей и тропинкой.