Основные понятия геоинформатики

Все шире для изучения объектов, процессов и явлений материального мира ис­пользуются подходы, основанные на понятии информации. Информация наряду с такими понятиями, как материя и энергия в физике или как множество в мате­матике, является первичным понятием и поэтому не имеет четкого формализо­ванного определения. Однако, исходя из практики и интуитивных представлений, информацию можно интерпретировать как совокупность содержательных сведе­ний, заключенных в том или ином изучаемом или исследуемом объекте, событии или явлении и проявляемых при наличии сообщения в виде отражения на другом объекте или событии.

Из принятого определения вытекают следующие свойства информации:

· информация характеризует объекты, события и явления любой природы естественного и абстрактного происхождения с точки зрения присутствия в них определенных свойств и качеств;

· информация не является объектом материального мира, однако проявляет­ся (определяется) в виде материализованных данных, а именно в виде сим­волов или сигналов;

· одни и те же свойства и сведения, характеризующие объекты или события, могут являться различными источниками информации в зависимости от потребителя или системы отражения информации.

Следует отметить, что из приведенного выше первого свойства, в частности, следует, что информация может содержаться как в объектах естественного (фи­зического) происхождения, так и абстрактного. Однако в автоматизированных си­стемах обработки геоинформации, как правило, источниками информации явля­ются материальные объекты и физические явления (процессы), поэтому именно такие источники информации будут в основном предметом дальнейшего изуче­ния. Остановимся на изложении ряда устоявшихся в теории информации понятий и определений.

Под источником информации будем понимать любые объекты, явления и про­цессы, которые подлежат изучению (исследованию), для чего о них собираются необходимые сведения. Таким образом, источником информации может быть любой объект, процесс или явление материального мира, подлежащие изучению. При этом следует иметь в виду, что под объектом в принятом выше определении может выступать не только какой-то отдельный конкретный физический предмет, но и система, состоящая из различных предметов или предметов и явлений, свя­занных определенным образом между собой. Например, если существует ряд пунк­тов, связанных между собой транспортной сетью, то для решения задачи выбора оптимального пути от одного пункта до другого необходимы сведения (информа­ция) о взаимном расположении пунктов, т. е. одним из источников информации в данном примере является система пунктов.

Как отмечалось выше, информация об объекте представляется в виде отраже­ния сведений о нем на другом объекте, который называют приемником (получа­телем) информации. Однако прежде чем информация достигнет получателя, она должна быть представлена в форме сигналов или символов, которые в данном слу­чае будем называть сообщением. Получение сообщения об исследуемом объекте или явлении непосредственно связано с таким процессом, как генерация (произ­водство) символов и сигналов, содержащих требуемую информацию. В дальней­шем производителя (генератора) сигналов или символов, содержащих информа­цию об исследуемом объекте, будем называть источником сообщений (ИС). Ис­точники сообщения можно подразделить на прямые и косвенные. Прямые источ­ники сообщений генерируют сигналы и символы непосредственно с исследуемого объекта, т. е. прямым источником сообщения является сам источник информа­ции. Например, если в результате дистанционного зондирования (ДЗ) интересу­ющей информацией является информация о наличии нефтяных пятен на водной поверхности, то именно они и являются источником информации и источником сообщения, а в качестве сообщения выступает последовательность распределений мощностей потоков лучистой энергии, отображенных от водной поверхности. В том случае, когда необходимые сведения об объекте (явлении) получаются не в результате их непосредственного съема с данного объекта, а по сообщениям, ге­нерируемым другими объектами или явлениями, то в этом случае эти другие объ­екты и являются источниками сообщений об исследуемом объекте, которые будем называть косвенными ИС.

Сообщения и ИС можно классифицировать на дискретные, непрерывные и смешанного типа. Дискретное сообщение представляет конечную и ограни­ченную последовательность отдельных символов или импульсов конечной дли­тельности. Примером дискретного сообщения может служить телеграмма, дан­ные телеметрии.

Непрерывное сообщение представляет сигнал, описываемый в виде непре­рывной функции. Так, распределение оптической плотности изображения на фотопленке является непрерывным сообщением. Естественно, что понятие не­прерывности для сообщения является относительным, как в общем и для любо­го реального физического процесса, и зависит как от разрешающей способности регистрирующей (измерительной) сигнал системы, так и от параметров самого сигнала.

Как отмечалось выше, каждое сообщение генерируется источником сообщения. Однако необходимо иметь в виду, что, во-первых, не каждый генерируемый сигнал ИС может сформироваться в сообщение, а во-вторых, не каждое сообщение может поступить или быть воспринято адресатом сообщения.

Одним из важных и широко используемых понятий является геоинформация. Под геоинформацией понимается пространственно распределенная информация об объектах или явлениях материального и нематериального вида. Примерами гео­информации может быть плотность населения по территориальным образованиям, толщина залегания полезных ископаемых в точках бурения, измерение метеоусловий на станциях слежения и т. д., распределение голосов избирателей в регионе и т. д.

Введем ряд других важных понятий, которыми будем пользоваться в дальней­шем изложении.

Геоданные (пространственные, геопространственные данные) - данные об объ­ектах и явлениях окружающей среды, требующие представления в координатно- временной форме.

Объект - совокупность предметов, понятий, свойств или других элементов не­которого множества. Пространственные данные об объектах различаются по ха­рактеру локализации. Различают объекты с дискретным, линейным и площадным характером локализации.

Геопространственными данными могут быть охарактеризованы все реальные объекты и явления местности, для которых важны положение, форма, размеры, взаиморасположение относительно других объектов и явлений и, следовательно, заданы системы отсчета и позиционирования в пространстве.

Важнейшей составляющей геоданных является система отсчета (координат - но-временная привязка). Сама система отсчета геоданных является динамической системой, так как она, будучи связанной с Землей или звездами, движется вместе с ними во Вселенной. Может быть несколько систем отсчета, поэтому одной из за­дач является переход из одной системы отсчета в другую.

Геоинформатика - область науки, техники и технологии, изучающая структуру, общие свойства и закономерности геодан­ных, а также методы и процессы проектирования, создания, эксплуатации и ис­пользования пространственных информационных систем.

Значение научных и технических проблем геоинформатики для народного хо­зяйства состоит в обеспечении информацией, контроле и поддержке принятия уп­равленческих решений в сферах планирования и проектирования, исследований в науках о Земле и смежных с ними социально-экономических науках, в развитии образования и культуры, сохранении экологического равновесия, предупреждении чрезвычайных ситуаций, обеспечении обороноспособности страны.

Область исследования геоинформатики:

1. Теоретические и экспериментальные исследования в области развития науч­ных и методических основ геоинформатики.

2. Технические средства и технологии сбора, регистрации, хранения, передачи и обработки геоинформации с использованием вычислительной техники.

3. Геоинформационные системы (ГИС) разного назначения, типа (справочные, аналитические, экспертные и др.), пространственного охвата и тематического содержания.

4. Базы и банки пространственной информации по разным предметным облас­тям, а также системы управления базами данных.

5. Базы знаний по разным предметным областям.

6. Математические методы, математическое, информационное, лингвистическое и программное обеспечение для ГИС.

7. Геомоделирование, системный анализ многоуровневой и разнородной геоин­формации.

8. Геоинформационное картографирование и другие виды компьютерных гео­изображений новых видов и типов, включая трехмерные видеоданные, анима­ционные, мультимедийные, виртуальные и другие электронные продукты.

9. Геоинформационные инфраструктуры, методы и технологии хранения и ис­пользования геоинформации на основе распределенных баз данных и знаний.

10. Телекоммуникационные системы сбора, анализа, обработки и распространения пространственно-временной геоинформации.

11. Взаимодействие геоинформатики, геодезии, картографии, дистанционного зондирования и др. наук о земле.

В дисциплину «геоинформатика» входят изложение теории по проблемам геоин­форматики, включающее описание концептуальных, математических и информаци­онных моделей физических полей Земли и местности, их алгоритмическое и цифро­вое представление, принципов получения информации о физических полях Земли, ее строении и объектах, непосредственно расположенных как на земной поверхнос­ти, так и под ней, в виде формализованных пространственно-распределенных (геоп­ространственных) данных, а также методов и средств создания интегрированных информационных систем и технологий для сбора, коммуникации, обработки и ин­терпретации геопространственных данных, изображений и многомерных сигналов.

При подготовке специалистов в области геоинформатики необходимо исполь­зовать принципы многопредметности, межпредметности, интеграции, диффе­ренциации. Это вызвано необходимостью освоения знаний, связанных со сбором информации, математическими методами ее обработки и принципами создания баз данных и информационных систем и предшествующих изучению основ гео­информатики, таких как геодезия, картография, фотограмметрия, дешифрирова­ние данных дистанционного зондирования, географии и др. наук о земле.

Таким образом, в курс геоинформатики предполагается вкючение методов и научных основ, излагаемых в других дисциплинах. Поэтому для получения зна­ний по геоинформатике необходимо также изучение теоретических основ инфор­матики, геодезии, картографии, дистанционного зондирования, систем компью­терной графики, баз данных и др.