Лекция 2. Принципы функционирования ГИС.
1. Функциональные задачи, решаемые в ГИС
2. Системы сбора геопространственных данных
3. Системы представления картографических данных в ГИС
Функциональные задачи, решаемые в ГИС
ГИС общего назначения обычно выполняет следующие процедуры над данными: ввод и переработка, запись и хранение, запрос и управление, тематическая обработка и анализ, интерпретация и отображение.
Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо при небольшом объеме работ данные можно вводить с помощью дигитайзера. Отдельные данные поступают в ГИС уже в форматах, напрямую воспринимаемых ГИС-пакетами.
Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями системы. Например, геопространственная информация может представляться в разных масштабах (осевые линии улиц - в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе, поэтому ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными, востребуемыми для конкретной задачи.
|
|
В небольших проектах геоинформация может храниться в виде обычных файлов, при увеличении объема информации и числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД) и специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, в том числе и ГИС приложениях.
При наличии ГИС и соответствующих данных можно получать ответы на простые вопросы (Кто владелец данного земельного участка? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты? Где расположена промзона) и более сложные, требующие дополнительного анализа запросы (Где есть места для строительства нового дома? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). Запросы могут задаваться как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и посредством развитых аналитических средств. С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу «что будет, если...». Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них выделены такие значимые как: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией, Он помогает ответить на вопросы типа: Сколько домов находится в радиусе 100 м от этого водоема? Сколько жителей обслуживает поликлиника в заданном микрорайоне. Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о составе почв, близости и характеристики дорожной сети, растительности и землевладении со ставками земельного налога,
|
|
Для многих видов манипуляций и обработки пространственных данных конечным результатом является их представление в виде карты или графика. Карта - это эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи геопространственной информации. Раньше карты создавались только на твердой (бумажной) основе на несколько десятилетий. ГИС предоставляет новые инструменты, существенно расширяющие и развивающие искусство и науку отображения геоданных. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками и таблицами, фотографиями и другими средствами, например мультимедийными.
Геоинформационные системы и технологии тесно связаны с рядом других типов информационных систем. Основное отличие ГИС заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не существует единой общепринятой классификации информационных систем, приведенное ниже краткий анализпозволил отделить ГИС от других близких по назначению систем: автоматизированных картографических систем, систем автоматизированного проектирования САПР (САБ), систем управления базами данных (СУБД) и дистанционного зондирования.
Системы автоматизированного картографирования используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является и источником информации, и базой данных, и средством отображения. Большинство систем автоматизированного картографирования имеет по отношению к ГИС ограниченные возможности управления данными, пространственного анализа, манипулирования данными и визуализации.
Основное предназначение САПР - выполнение проектных работ с применением компьютерной техники. САПР позволяет создавать конструкторскую и технологическую документацию на отдельные изделия, здания и сооружения. САПР реализуется в виде комплекса прикладных программ, обеспечивающих проектирование, черчение, трехмерное моделирование плоских или объемных деталей. Некоторые системы САПР расширены до поддержки картографического представления данных, но, как правило, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять и производить анализ больших баз пространственных данных.
Дистанционное зондирование - это научно-техническое направление для проведения наблюдений земной поверхности с использованием съемных систем, установленных на борту летательных аппаратов. Собранные данные в результате фотограмметрической обработки и дешифрирования могут быть использованы для создания и обновления карт. Однако из-за отсутствия мощных средств управления и анализа графических данных системы ДЗ вряд ли можно отнести к современным ГИС.
|
|
Системы управления базами данных предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая и географические (пространственные) данные. СУБД направлены на решение подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка СУБД. Однако эти системы не имеют сходных с ГИС инструментов для графического анализа, визуализации и других видов интерпретации пространственных данных.
Способность ГИС проводить поиск в базах данных и осуществлять пространственные запросы помогает сократить время получения ответов на запросы клиентов; выявлять территории, подходящие для требуемых мероприятий; устанавливать взаимосвязи между различными объектами местности и явлениями природы и т. д. Например, риелторы могут использовать ГИС для поиска (домов на определенной территории, трехкомнатные и 10-метровые кухни) и выдачи более подробного описания для этих строений, введением дополнительных параметров, таких как получение списка всех домов, находящихся на заданном расстоянии от лесопаркового массива или места работы.
Таким образом одно из основных достоинств ГИС - предоставление возможностей на единой информационной платформе и при использовании разнородных геопространственных данных получения решения комплекса отдельных задач, назначение которых описаны в разделе 1.2 и представлены на схеме 1. Комплексность решения этих задач и есть следствие эффективности ГИС, вытекающей из ее интеллектуальной интегрированности, картографической и трехмерной визуализации, наличия удобного графического интерфейса.
Эти качества ГИС способствуют улучшению управления как любой организации в целом, так и ее отдельных подразделений на принципе объединения имеющихся у нее экологических, социальных и технологических ресурсов.
ГИС, как и другие информационные технологии, подтверждает известное утверждение о том, что лучшая информированность помогает принять лучшее решение. Однако ГИС - это не инструмент для выдачи окончательного решения, а только средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений, обеспечивающее ответы на запросы и функции анализа пространственных данных, представления результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде.
|
|
Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в виде электронного картографического изображения с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами, а также и в виде ЗО-моделей. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет абоненту сосредоточить свои усилия на поиске решения, не тратя значительного времени на сбор и осмысление доступных разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффективный.
Картам в ГИС отведено особое место. Процесс создания карт в ГИС более производителен и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Он начинается с создания базы данных. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (без деления на отдельные листы и регионы) и не связанными с конкретным масштабом. На основе таких баз данных можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) на любую территорию, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее выделением и отображением требуемыми символами. В любое время база данных может пополняться новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные можно корректировать по мере необходимости. При этом созданная картографическая база данных может использоваться в качестве основы другими отделами и подразделениями, а также при быстром копировании данных и их пересылке по локальным и глобальным сетям, в том числе ведомствами, расположенных в разных местах.