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.
ГИС может быстро генерировать карту с линиями, которые показывают количество дождевых осадков. Карта может быть продумана как контурная ливневая карта. Многие сложные методы могут оценивать характеристики поверхностей из ограниченного числа точек измерений. 2-х мерная контурная карта, созданная из моделирования поверхности точек измерений количества осадков, может быть положена на и проанализирована с любой другой картой в ГИС покрытии той же области.
ГИС может распознать и проанализировать пространственные отношения между нанесенными на карту феноменами. Условия соседства (что находится рядом с чем), содержание (что окружено чем), и близость (как близко что-то находится к чему-то иному) может быть определено ГИС.
Еще некоторые определения ГИС:
ГИС - это такая система, в состав которой входят компоненты для сбора, передачи, хранения, обработки и выдачи информации о территории.
ГИС - это динамически организованное множество данных (динамическая база данных или банк данных), соединенное с множеством моделей, реализованных на ЭВМ для расчетных, графических и картографических преобразований этих данных в пространственную информацию в целях удовлетворения специфических потребностей определенных пользователей в пределах структуры точно определенных концепций и технологий.
ГИС - это пространственно определенная система для сбора, хранения, поиска и манипулирования данными, средство анализа и управления пространственно определенными данными.
ГИС - информационная система, которая может обеспечить ввод, манипулирование и анализ географически определенных данных для поддержки принятия решений. ГИС это особый случай информационных систем, где база данных состоит из наблюдений за пространственно определенными явлениями, процессами или событиями, которые могут быть определены как точки, линии и контуры.
ГИС - система, проектируемая для сбора, хранения, манипулирования, поиска и отображения географически определенных данных, система которая манипулирует и управляет данными, хранящимися в виде тематических слоев, географически определенных относительно карты - основы. ГИС - это комплекс аппаратно-программных средств и деятельности человека по хранению, манипулированию и отображению географических (пространственно соотнесенных) данных. ГИС включает базу данных, аппаратуру, специализированное мат обеспечение и пакеты программ, предназначенных для расширения базы данных, для манипулирования данными, их визуализации в виде карт или таблиц и, в конечном итоге, для принятия решений о том или ином варианте хозяйственной деятельности.
ГИС - это интерактивные системы, способные реализовать сбор, систематизацию, управление, анализ, отображение и распространение данных и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях.
На нынешнем уровне развития роль геоинформатики не исчерпывается сбором, обработкой и хранением информации. ГИС стала основным инструментом моделирования природных и, хозяйственных, социальных процессов и ситуаций, прослеживания их связей, взаимодействий, прогнозирование дальнейшего развития в пространстве и во времени, а главное - средство обеспечения (поддержки) принятия решений управленческого характера.
ГИС-моделирование опирается на базы данных и базы знаний. Первые интегрируют цифровые картографические, аэрокосмические, статистические и другие данные, отражающие пространственные положения, состояния и отношения объектов, а вторые - содержат совокупности логических правил, сведений и концепций, необходимых для выполнения моделирования и принятия решений. Таким образом, геоинформатика охватывает науку, технику и производство.
С точки зрения научно- познавательного подхода геоинформатика - это 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. ГИС - средство моделирования и познания геосистем.
С точки зрения технологического подхода геоинформатика - это технология (ГИС-технология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-
С точки зрения производственного подхода геоинформатика - это производство, имеющее целью изготовление аппаратных средств и программных продуктов, включая создания баз данных, систем управления.
Геоинформатика, как наука исследует те же объекты, что география и другие науки о Земле, картография, дистанционное зондирование, используя для этого свои особые методы и средства. Главным из них являются компьютерное моделирование и геоинформационное картографирование.
В структуре ГИС выделяются территориальный (позиционный) и отраслевой (тематический) блоки, называемые также соответственно метрическими и тематическими составляющими или идентификационной и классификационной, позиционной (геометрической или тополого - геометрической) и содержательной (таблично- атрибутивной), которые аналогичны метрическим характеристикам географической основы карт и их специальной или тематической нагрузке. Системе управления базами данных можно поставить в соответствие систему условных знаков на карте и т.д.
Карта - это один из наиболее важных источников массовых данных для формирования позиционной и содержательной части баз данных ГИС в виде цифровых карт-основ, образующих единую основу для позиционирования объектов, и набора тематических слоев данных., совокупность которых образует общую информационную основу ГИС. Послойное представление пространственных объектов прямые аналоги с поэлементным разделением тематического и обще географического содержания карт.
Многие процедуры обработки и анализа данных в ГИС основаны на методическом аппарате, ране разработанном в картографии. К ним принадлежат трансформации картографических проекций и другие операции на эллипсоиде, опирающиеся на математическую картографию, вычислительную математику (расчет площадей, периметров и т.д.)
В большинстве ГИС в качестве одного из основных элементов выступает блок визуализации данных, где важную роль играют графические и картографические построения. Высококачественная картографическая графика, имеющая мультипликационные и анимационные возможности, а также традиционные средства картографического изображения, стало неотъемлемой частью программного обеспечения ГИС.
Методический аппарат геоинформационных технологий прямо связан с различными областями прикладной математики (вычислительной геометрии, аналитической и дифференциальной геометрии), с машинной графикой, распознаванием образов, анализом сцен, цифровой фильтрацией и автоматической классификацией в блоке обработки цифровых изображений растровых ГИС, геодезии и топографии.
Минимальные набор критериев, позволяющих идентифицировать каждую конкретную геоинформационную систему, образует систему координат трехмерного пространства, осями которого являются: территориальный охват и связанный с ним функционально масштаб (или пространственное разрешение), проблемная область информационного моделирования и проблемная ориентация.
При всем многообразии операций, целей, областей информационного моделирования, проблемной ориентации и иных атрибутов, характерных для создаваемых и действующих ГИС, можно выделить в них несколько блоков, называемых также модулями или подсистемами, выполняющими четко определенные функции. Функции ГИС вытекают из 4-х типов решаемых ее задач:
сбор;
обработка;
моделирование и анализ;
их использование в процессе принятия решений. (рис.1.1)
Рис.1.1 Функции геоинформационной системы
Иногда приводится схема структуры ГИС, состоящей из четырех компонент (подсистем): управление, обработка, анализ и использование данных. (Рис.1.2)
Рис.1.2 Компоненты географической информационной системы
Приведенные схемы соответствуют современным крупномасштабным многофункциональным и универсальным ГИС, хотя в конкретной реализации могут отличаться отсутствием отдельных блоков. В историческом аспекте нарастание функциональных возможностей ГИС происходило по линии «от инвентаризации через анализ и моделирование к управлению».
Что касается классификаций ГИС, то здесь существует несколько направлений. Например, ГИС можно классифицировать с точки зрения проблемной ориентации: 1) инженерные; 2) имущественные (ГИС для учета недвижимости), предназначенные для обработки кадастровых данных; 3) ГИС для тематического и статистического картографирования, имеющие целью управления природными ресурсами, составление карт по переписям и планирование окружающей среды; 4) библиографические, содержащие каталогизированную информацию о множествах географических документов; 5) географические файлы с данными о функциональных и административных границах; 6) системы обработки изображений спутниковых данных. Однако, часто требуются другие классификации, учитывающие структуру и архитектуру ГИС. Можно классифицировать по следующим признакам: 1) характер проблемно-процессорной модели; 2) структура модели базы данных; 3) особенность модели интерфейса.
В некоторых работах на верхнем уровне классификации все информационные системы делятся на пространственные и непространственные. ГИС относится к пространственным, делясь на тематические (например, социально-экономические) и земельные (кадастровые, лесные, инвентаризационные и др.). Можно делить по территориальному охвату (общенациональные и региональные ГИС), по целям (многоцелевые, специализированные, в том числе информационно-справочные, инвентаризационные, для нужд планирования, управления); по тематической ориентации (общегеографические, отраслевые, в том числе водных ресурсов, использования земель, лесопользования, туризма и др.)
Развитие геоинформатики привело к выделению отдельных профессий: ГИС-менеджер (общее и системное управление ГИС, ее информационным обеспечением), разработчик (системный аналитик, обеспечивающий перевод потребностей заказчика в термины информационной модели, программист и проектировщик, последние - это посредники между аналитиками и программистами) и пользователи.
Базы данных являются обязательными компонентами ГИС, всегда имеющими два их типа – графические и тематические. В графических базах данных хранится то, что принято называть топографической основой, тематические содержат нагрузку карт и дополнительные данные, которые относятся к пространственным, но не могут быть прямо нанесены на карту.
Кроме того, любая ГИС имеет систему визуализации данных, выводящую на экран имеющуюся информацию в виде карт, таблиц, схем и т.п. и систему управления данными, при помощи которой происходит их поиск, сортировка, удаление, добавление, исправление и анализ (рис.1.3).
Рис.1.3. Обязательные компоненты ГИС
Системы ввода и вывода информации также являются обязательными компонентами ГИС.
Система ввода – это программный или аппаратно-программный блок, отвечающий за получения данных. Например, дигитайзеры, на котором осуществляется оцифровка карт, сканер, считывающий изображение в виде растра, электронные геодезические приборы. Информация может быть введена с клавиатуры, получена по сети. Ее источником может быть аэрофото и космические снимки, вводимые и обрабатываемые на специализированных рабочих станциях или персональных станциях приема спутниковых данных.
Система ввода:
1. Клавиатура
2. Внешние компьютерные системы (включая Интернет)
3. Сканер
4. Дигитайзер
5. Электронные геодезические приборы
6. Космические и аэрофотоснимки
Система вывода ГИС предназначена для представления результатов информации в удобном для пользователя виде. При помощи плоттера можно получить очень качественные карты. Используются также принтеры. Результаты могут быть представлены на видеофильмах, хранится на диске.
Начало развития ГИС относится к концу 60-х годов, но только в последние 8-10 лет эта технология получила бурное распространение. Основной причиной этого скачка является развитие вычислительной техники. Колоссальные объемы текстовой и графической информации, модельные расчеты, качественная графика, которой оперирует ГИС, требует значительных машинных ресурсов.
Восемь лет назад для приобретения небольших ГИС требовалось 500 тыс. –1 млн. долларов. Сегодня в связи со значительным снижением цен на вычислительную технику и расширением числа производителей и потребителей ГИС, системы стали доступными для огромной аудитории.
На создании ГИС специализируются как крупные фирмы Intergraph, Sysscan, Esri, (добавить современные) так и сравнительно небольшие группы разработчиков.
В настоящее время ГИС реализуются и на рабочих станциях и на персональных компьютерах.
ГИС служит для решения следующих задач:
Принятие решений управленческого уровня
Научно-объективное перспективное и оперативное планирование развития города и его отдельных территорий.
Оптимальное проектирование объектов промышленного и гражданского назначения на территории города.