Географические информационные системы

Содержание

Введение………….………..………………………………………………………….…………2

Глава 1. Общая характеристика ГИС.……..……………………………………………...……3

1.1 Система управления ГИС…………………………………………………………….…….3

1.2 Особенности организации данных в ГИС………………...…………………………..……5

Глава 2. Компоненты и безопасность ГИС …………..……………………………..…………6

2.1 Базовые компоненты ГИС……………………………………………………………...…...6

2.2 Информационная безопасность в ГИС………………………………………………….….8

Заключение……………………………………………………………………………………...10

Список литературы………………………………………………………………………..……11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Географические информационные системы (ГИС) лежат в основе геоинформатики – новой современной научной  дисциплины, изучающей природные  и социально-экономические геосистемы различных иерархических уровней  посредством аналитической компьютерной обработки создаваемых баз данных и баз знаний. 
 
Геоинформатика, как и другие науки о Земле, направлена на изучение процессов и явлений, происходящих в геосистемах, но пользуется для этого своими средствами и методами.  
 
Как было сказано выше, основой геоинформатики является создание компьютерных ГИС, имитирующих процессы, происходящие в изучаемой геосистеме. Для этого необходимо прежде всего информация (как правило, фактический материал), которая группируется и систематизируется в базах данных и базах знаний. Информация может быть самой разнообразной – картографической, точечной, статической, описательной и т.п. В зависимости от поставленной цели, обработка ее может производиться либо с помощью существующих программных продуктов, либо с использованием оригинальных методик. Поэтому в теории геосистемного моделирования и разработки методов пространственного анализа в структуре геоинформатики придается важное значение.  
 
Существуете несколько определений ГИС. В целом они сводятся к следующему: географическая информационная система – это интерактивная информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, доступ, отображение пространственно-организованных данных и ориентированная на возможность принятия научно-обоснованных управленческих решений. 
 
Целью создания ГИС может быть инвентаризация, кадастровая оценка, прогнозирование, оптимизация, мониторинг, пространственный анализ и т.п. Наиболее сложной и ответственной задачей при создании ГИС является управление и принятие решений. Все этапы – от сбора, хранения, преобразования информации до моделирования и принятия решений в совокупности с программно-технологическими средствами объединяются под общим названием – геоинформационные технологии (ГИС-технологии). 
 
Таким образом, ГИС-технологии – это современный системный метод изучения окружающего географического пространства с целью оптимизации функционирования природно-антропогенных геосистем и обеспечения их устойчивого развития.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общая характеристика ГИС

 

1.1 Системы управления  ГИС

 
Современные геоинформационные системы (ГИС) представляют собой новый тип  интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих ранее  существовавших автоматизированных систем (АС), с другой – обладают спецификой в организации и обработке данных. Практически это определяет ГИС как многоцелевые, многоаспектные системы. 
 
На основе анализа целей и задач различных ГИС, функционирующих в настоящее время, более точным следует считать определение ГИС как геоинформационных систем, а не как географических информационных систем. Это обусловлено и тем, что процент чисто географических данных в таких системах незначителен, технологии обработки данных имеют мало общего с традиционной обработкой географических данных и, наконец, географические данные служат лишь базой решения большого числа прикладных задач, цели которых далеки от географии.  
 
ГИС – автоматизированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация. 
 
В ГИС осуществляется комплексная обработка информации – от ее сбора до хранения, обновления и представления, в связи с этим следует рассмотреть ГИС с различных позиций. 
 
Как системы управления ГИС предназначены для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению землями и ресурсами, городским хозяйством, по управлению транспортом и розничной торговлей, использованию океанов или других пространственных объектов. При этом для принятия решений в числе других всегда используют картографические данные. 
 
В отличие от автоматизированных систем управления в ГИС появляется множество новых технологий пространственного анализа данных. В силу этого ГИС служат мощным средством преобразования и синтеза разнообразных данных для задач управления. 
 
Как автоматизированные информационные системы ГИС объединяют ряд технологий или технологических процессов известных информационных систем типа автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированных справочно-информационных систем и др. Основу интеграции технологий ГИС составляют технологии САПР. Поскольку технологии САПР достаточно апробированы, это, с одной стороны, обеспечило качественно более высокий уровень развития ГИС, с другой – существенно упростило решение проблемы обмена данными и выбора систем технического обеспечения. Этим самым ГИС стали в один ряд с автоматизированными системами общего назначения типа САПР, АСНИ, АСИС. 
 
Как геосистемы ГИС включают технологии (прежде всего технологии сбора информации) таких систем, как географические информационные системы, системы картографической информации (СКИ), автоматизированные системы картографирования (АСК), автоматизированные фотограмметрические системы (АФС), земельные информационные системы (ЗИС), автоматизированные кадастровые системы (АКС) и т.п. 
 
Как системы, использующие базы данных, ГИС характеризуются широким набором данных, собираемых с помощью разных методов и технологий. При этом следует подчеркнуть, что они объединяют в себе как базы данных обычной (цифровой) информации, так и графические базы данных. В связи с большим значением экспертных задач, решаемых при помощи ГИС, возрастает роль экспертных систем, входящих в состав ГИС. 
 
Как системы моделирования ГИС используют максимальное количество методов и процессов моделирования, применяемых в других автоматизированных системах. 
 
Как системы получения проектных решений ГИС во многом применяют методы автоматизированного проектирования и решают ряд специальных проектных задач, которые в типовом автоматизированном проектировании не встречаются. 
 
Как системы представления информации ГИС являются развитием автоматизированных систем документационного обеспечения (АСДО) с использованием современных технологий мультимедиа. Это определяет большую наглядность выходных данных ГИС по сравнению с обычными географическими картами. Технологии вывода данных позволяют оперативно получать визуальное представление картографической информации с различными нагрузками, переходить от одного масштаба к другому, получать атрибутивные данные в табличной или графовой форме. 
 
Как интегрированные системы ГИС являют собой пример объединения различных методов и технологий в единый комплекс, созданный при интеграции технологий на базе технологий САПР и интеграции данных на основе географической информации. 
 
Как прикладные системы ГИС не имеют себе равных по широте применения, так как используются на транспорте, в навигации, геологии, географии, военном деле, топографии, экономике, экологии и т.д. Благодаря широким возможностям ГИС на их основе интенсивно развивается тематическое картографирование. 
 
Как системы массового пользования ГИС позволяют применять картографическую информацию на уровне деловой графики, что делает их доступными любому школьнику или бизнесмену, не только специалисту географу. Именно поэтому при принятии решений на основе ГИС-технологий не всегда создают карты, но всегда используют картографические данные. 
 
Как уже говорилось, в ГИС используются технологические достижения и решения, применимые в таких автоматизированных системах как АСНИ, САПР, АСИС, экспертных системах. Следовательно, моделирование в ГИС носит наиболее сложный характер по отношению к другим автоматизированным системам. Но с другой стороны, процессы моделирования в ГИС и в какой-либо из вышеприведенных АС весьма близки. 
 
АСУ полностью интегрирована в ГИС и может быть рассмотрена как подмножество этой системы. 
 
На уровне сбора информации технологии ГИС включают в себя отсутствующие в АСУ методы сбора пространственно-временных данных, технологии использования навигационных систем, технологии реального масштаба времени, и т.д. 
 
На уровне хранения и моделирования дополнительно к обработке социально-экономических данных (как и в АСУ) технологии ГИС включают в себя набор технологий пространственного анализа, применение цифровых моделей и видеобаз данных, а также комплексный подход к принятию решений. 
 
На уровне представления ГИС дополняет технологии АСУ применением интеллектуальной графики (представление картографических данных в виде карт, тематических карт или на уровне деловой графики), что делает ГИС более доступными и понятными по сравнению с АСУ для бизнесменов, работников управления, работников органов государственной власти и т.д. 
 
Таким образом, в ГИС принципиально решаются все задачи, выполняемые прежде в АСУ, но на более высоком уровне интеграции и объединения данных. Следовательно, ГИС можно рассматривать как новый современный вариант автоматизированных систем управления, использующих большее число данных и большее число методов анализа и принятия решений, причем в первую очередь использующих методы пространственного анализа. 

 

1.2 Особенности организации данных в ГИС

 
ГИС использует разнообразные данные об объектах, характеристиках земной поверхности, информацию о формах и  связях между объектами, различные  описательные сведения.  
 
Для того чтобы полностью отобразить геообъекты реального мира и все их свойства, понадобилась бы бесконечно большая база данных. Поэтому, используя приемы генерализации и абстракции, необходимо свести множество данных к конечному объему, легко поддающемуся анализу и управлению. Это достигается применением моделей, сохраняющих основные свойства объектов исследования и не содержащих второстепенных свойств. Поэтому первым этапом разработки ГИС или технологии ее применения является обоснование выбора моделей данных для создания информационной основы ГИС.  
 
Выбор метода организации данных в геоинформационной системе, и, в первую очередь, модели данных, т.е. способа цифрового описания пространственных объектов, определяет многие функциональные возможности создаваемой ГИС и применимость тех или иных технологий ввода. От модели зависит как пространственная точность представления визуальной части информации, так и возможность получения качественного картографического материала и организации контроля цифровых карт. От способа организации данных в ГИС очень сильно зависит производительность системы, например, при выполнении запроса к базе данных или рендеринге (визуализации) на экране монитора.  
 
Ошибки в выборе модели данных могут сказаться решающим образом на возможности реализации в ГИС необходимых функций и расширения их списка в будущем, эффективности выполнения проекта с экономической точки зрения. От выбора модели данных напрямую зависит ценность формируемых баз данных географической и атрибутивной информации. 

2. Компоненты и безопасность ГИС

2.1 Базовые компоненты ГИС

 
Любая ГИС включает в себя следующие  компоненты:

 
1. Аппаратная платформа (hardware);

 
2. Программное обеспечение (software);

 
3. Данные (data);

 
4. Персонал.

 
Аппаратная платформа в свою очередь  состоит из следующих частей:

 
1. Компьютеры (рабочие станции, ноутбуки, карманные ПК),

 
2. Средства хранения данных (винчестеры, компакт-диски, дискеты, флэш-память),

 
3. Устройства ввода информации (дигитайзеры, сканеры, цифровые камеры и фотоаппараты, клавиатуры, компьютерные мыши),

 
4. Устройства вывода информации (принтеры, плоттеры, проекторы, дисплеи).

 
«Сердцем» любой ГИС являются используемые для анализа данные. Устройства ввода  позволяют конвертировать существующую географическую информацию в тот  формат, который используется в данной ГИС. Географическая информация включает в себя бумажные карты, материалы  аэрофотосъемок и дистанционного зондирования, адреса, координаты объектов собранные  при помощи систем глобального позиционирования GPS (Global Position System), космических спутников  или цифровой географической информации, хранимой в других форматах.  
 
Если говорить о программном обеспечении ГИС, то следует отметить, что большинство программных пакетов обладают схожим набором характеристик, такими как, послойное картографирование, маркирование, кодирование геоинформации, нахождение объектов в заданной области, определение разных величин, но очень сильно различаются в цене и функциональности. Выбор программного обеспечения зависит от конкретных прикладных задач, решаемых пользователем.  
 
 
 
Программный продукт ARC/INFO – это одна из первых профессиональных ГИС, ориентированная на работу с пространственной информацией, хранимой в базе данных. В результате её внедрения произошел настоящий переворот в цифровой картографии и в способах работы с пространственной информацией. ARC/INFO состоит из базового комплекта программ и дополнительных модулей, которые могут приобретаться отдельно в дополнение к базовому комплекту. Базовый комплект программного обеспечения представляет собой полнофункциональную ГИС для работы в различных прикладных областях. Он поддерживает весь цикл работ по созданию и использованию ГИС от ввода данных и их редактирования до организации информационных запросов анализа пространственной информации и подготовки чистовой картографической продукции в виде твердых копий.  
 
ARCVIEW GIS – система, которая предназначена для отображения, редактирования, пространственного анализа, поиска и управления геопространственными данными. Это программное средство, как и ARCINFO, разработано фирмой ESRI.  
 
Одна из привлекательных особенностей ARCVIEW GIS – включение в пакет программ подсказчиков (Мастеров). Эти подсказчики облегчают использование множества новых инструментов и полезны как для новичков, так и опытных пользователей. Добавлены инструменты для создания координатных сеток и рамок карты (управление интервалами, типами линий, типом рамок).  
 
Средства геообработки и анализа ARCVIEW позволяют проводить такие сложные пространственные операции с географическими данными как создание буферных зон вокруг картографических объектов, вырезка, слияние, пересечение, объединение тем и присвоение данных по местоположению 
 
К другим усовершенствованиям относятся расширение диапазона поддерживаемых дат промежутке от 5 млн. 800 тыс. лет до нашей эры до 5 млн. 800 тыс. лет нашей эры, что иногда требуется для геологических, археологических и т.п. приложений), возможность оцифровки карт на дигитайзере в потоковом режиме.  
 
AutoCAD Map 2000 – высокоточное программное обеспечение для создания цифровых карт и осуществления геоинформационного анализа, включающее все функциональные возможности базового продукта AutoCAD. Содержит все необходимые средства и эффективные функции для изготовления картографической основы и обработки географической информации. 
 
Поддерживает любые графические форматы, осуществляет экспорт данных во все популярные программы обработки географической информации. Обеспечивает мгновенное получение дополнительных данных для геоинформационного проекта через сеть. 
 
AutoCAD Map 2000 предоставляет разработчикам более 2 тысяч глобальных координатных систем (более 100 из них новые). AutoCAD Map 2000 дает наилучшие инструменты для быстрого и точного скалывания карт с бумажных носителей. Скалывание карт значительно ускоряет перевод бумажных карт в цифровую форму. Программное обеспечение включает мощные средства для формирования запросов, изменения свойств, пространственного анализа и отличное управление выводом на печать.  
 
Комплекс CREDO предназначен для обработки материалов изысканий, проектирования объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства, разведки, добычи и транспортировки нефти и газа, создания и ведения крупномасштабных цифровых планов городов и промышленных предприятий, подготовки данных для землеустройства, решения многих других инженерных задач. 

 
В дополнение к традиционным для  СУБД функциям, ГИС MapInfo Professional позволяет  собирать, хранить, отображать, редактировать  и обрабатывать картографические данные, хранящиеся в базе данных, с учетом пространственных отношений объектов. В одном сеансе работы одновременно могут использоваться данные разных форматов. Встроенный язык запросов SQL, благодаря географическому расширению, позволяет организовывать выборки  с учетом пространственных отношений  объектов, таких как удаленность, вложенность, перекрытия, пересечения, площади объектов и т.п. Запросы  к базе данных можно сохранять  в виде шаблонов для дальнейшего  использования. В MapInfo имеется возможность  поиска и нанесения объектов на карту  по координатам, адресу или системе  индексов. 
 
Для наглядного представления и картографического анализа пространственных данных в ГИС MapInfo используется тематическое картографирование. MapInfo предлагает следующие методы построения тематических карт: диапазоны значений, столбчатые и круговые диаграммы, градуированные символы, плотность точек, отдельные значения, непрерывная поверхность. Сочетание тематических слоев и методов буферизации, районирования, слияния и разбиения объектов, пространственной и атрибутивной классификации позволяет создавать синтетические многокомпонентные карты с иерархической структурой.  
 
ГИС MapInfo открывает большие возможности для разработчиков геоинформационного программного обеспечения. Использование современных методов взаимодействия между Windows приложениями позволяет интегрировать окно Карты MapInfo в программы, написанные на языках Delphi, Visual Basic, C++, PowerBuilder и др. Совместное использование MapInfo и среды разработки MapBasic дает возможность каждому создавать специфические приложения для решения конкретных прикладных задач. 
 
Известные программные продукты ведущих мировых компаний-разработчиков программного обеспечения ГИС при всех достоинствах обладают одним существенным недостатком высокой стоимостью, составляющей тысячи и десятки тысяч долларов. 

2.2 Информационная безопасность в ГИС

 
Комплексная система защиты информации должна строиться с учетом четырех  уровней любой информационной системы (ИС), в т.ч. и геоинформационной  системы:

 
Уровень прикладного программного обеспечения (ПО), отвечающий за взаимодействие с пользователем. Примером элементов  ИС, работающих на этом уровне, можно  назвать текстовый редактор WinWord, редактор электронных таблиц Excel, почтовая программа Outlook, броузер Internet Explorer и  т.д.

 
Уровень системы управления базами данных (СУБД), отвечающий за хранение и обработку данных информационной системы. Примером элементов ИС, работающих на этом уровне, можно назвать СУБД Oracle, MS SQL Server, Sybase и даже MS Access.

 
Уровень операционной системы (ОС), отвечающий за обслуживание СУБД и прикладного  программного обеспечения. Примером элементов  ИС, работающих на этом уровне, можно  назвать ОС Microsoft Windows NT, Sun Solaris, Novell Netware.

 
Уровень сети, отвечающий за взаимодействие узлов информационной системы. Примером элементов ИС, работающих на этом уровне, можно назвать протоколы TCP/IP, IPS/SPX и SMB/NetBIOS.

 
Система защиты должна эффективно функционировать  на всех этих уровнях. Иначе злоумышленник  сможет реализовать ту или иную атаку  на ресурсы ГИС. Например, для получения  несанкционированного доступа к  информации о координатах карт в  базе данных ГИС злоумышленники могут  попытаться реализовать одну из следующих  возможностей:

 
Прочитать записи БД из MS Query, который  позволяет получать доступ к записям  многих СУБД при помощи механизма ODBC или SQL-запросов (уровень прикладного  ПО).

 
Прочитать нужные данные средствами самой  СУБД (уровень СУБД).

 
Прочитать файлы базы данных непосредственно  на уровне операционной системы.

 
Отправить по сети пакеты со сформированными  запросами на получение необходимых  данных от СУБД или перехватить эти  данные в процессе их передаче по каналам  связи (уровень сети).

 
Для того, чтобы нельзя было реализовать  ту или иную атаку, необходимо своевременно обнаружить и устранить уязвимости информационной системы. Причем на всех 4 уровнях. Помочь в этом могут средства анализа защищенности (security assessment systems) или сканеры безопасности (security scanners). Эти средства могут обнаружить и  устранить тысячи уязвимостей на десятках и сотнях узлов, в т.ч. и  удаленных на значительные расстояния.  
 
Совокупность применения различных средств защиты на всех уровнях ГИС позволит построить эффективную и надежную систему обеспечения информационной безопасности геоинформационной системы. Такая система будет стоять на страже интересов и пользователей, и сотрудников компании-провайдера ГИС-услуг. Она позволит снизить, а во многих случаях и полностью предотвратить, возможный ущерб от атак на компоненты и ресурсы системы обработки картографической информации.

 

 

 

 

Заключение

 
Подводя итог, следует констатировать, что ГИС в настоящее время  представляют собой современный  тип интегрированной информационной системы, применяемой в разных направлениях. Она отвечает требованиям глобальной информатизацией общества. ГИС является системой способствующей решению управленческих и экономических задач на основе средств и методов информатизации, т.е. способствующей процессу информатизации общества в интересах прогресса. 
 
ГИС как система и ее методология совершенствуются и развиваются, ее развитие осуществляется в следующих направлениях: 
 
- развитие теории и практики информационных систем; 
 
- изучение и обобщение опыта работы с пространственными данными; 
 
- исследование и разработка концепций создания системы пространственно-временных моделей; 
 
- совершенствование технологии автоматизированного изготовления электронных и цифровых карт; 
 
- разработки технологий визуальной обработки данных; 
 
- разработки методов поддержки принятия решений на основе интегрированной пространственной информации; 
 
- интеллектуализации ГИС.