какие существуют подсистемы гис

Геоинформационные системы (ГИС)

ГИС используют для решения научных и прикладных задач инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, рацион

ГИС появились в 1960 гг при появлении технологий обработки информации в СУБД и визуализации графических данных в САПР, автоматизированного производства карт, управления сетями.

Назначение ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), такими как инвентаризация ресурсов, управление и планирование, поддержка принятия решений.

Этапы создания ГИС:

предпроектные исследования, в тч изучение требований пользователя и функциональные возможности используемого ПО,

технико-экономическое обоснование (ТЭО)

системное проектирование ГИС, включая стадию пилот-проекта, разработку ГИС;

тестирование ГИС на небольшом территориальном фрагменте или тестовом участке или создание опытного образца,

эксплуатация и обслуживание ГИС.

Источники данных для создания ГИС:

данные дистанционного зондирования (ДДЗ): в тч, получаемые с космических аппаратов и спутников материалы, Изображения получают и передают на Землю с носителей съемочной аппаратуры, размещенных на разных орбитах. Полученные снимки отличаются разным уровнем обзорности и детальности отображения объектов природной среды в нескольких диапазонах спектра (видимый и ближний инфракрасный, тепловой инфракрасный и радиодиапазон), что позволяет решать широкий спектр экологических задач. К методам дистанционного зондирования относятся также аэро- и наземные съемки, и другие неконтактные методы, например гидроакустические съемки рельефа морского дна. Материалы таких съемок обеспечивают получение как количественной, так и качественной информации о различных объектах природной среды;

результаты геодезических измерений на местности, выполняемые нивелирами, теодолитами, электронными тахеометрами, GPS приемниками и др;

данные государственных статистических служб по самым разным отраслям народного хозяйства, а также данные стационарных измерительных постов наблюдений (гидрологические и метеорологические данные, сведения о загрязнении окружающей среды и пр).

литературные данные (справочные издания, книги, монографии и статьи, содержащие разнообразные сведения по отдельным типам географических объектов). В ГИС редко используется только один вид данных, чаще всего это сочетание разнообразных данных на какую-либо территорию.

Эффективное использование ГИС для решения разнообразных пространственно-локализованных задач требует от пользователя достаточного объема знаний о геодезических системах координат, картографических проекциях и других элементах математической основы карт ГИС, знаний о методах получения по карте различной информации, математических и других методов использования этой информации для решения пространственно-локализованных задач ГИС.

Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Данные, собираемые в геоинформатике, выделяют в особый класс данных, называемых геоданными.

Геоданные описывают объекты через их положение в пространстве непосредственно (например, координатами) или косвенно (например, связями).

В целом следует выделить следующие технологии сбора данных в геоинформатике:

воздушная съемка, которая включает аэросъемку, съемку с мининосителей;

глобальная система позиционирования (GPS);

космическая съемка, которая является одним из важнейших источников данных для ГИС при проведении природоресурсных исследований, экологического мониторинга, оценки сельскохозяйственных и лесных угодий и т. д.;

карты или картографическая информация, которая является основой построения цифровых моделей ГИС;

данные, поступающие через всемирную сеть Internet;

наземная фотограмметрическая съемка служит источником информации для ГИС при анализе городских ситуаций, экологического мониторинга за деформацией и осадками;

цифровая фотограмметрическая съемка основана на использовании цифровых фотограмметрических камер, которые позволяют выводить информацию в цифровом виде непосредственно на компьютер;

видеосъемка, как источник данных для ГИС, используется в основном для целей мониторинга;

документы, включая архивные таблицы и каталоги координат, служат основным источником данных для ввода в ГИС так называемой предметной или тематической информации, к которой относятся экономические, статистические, социологические и другие виды данных;

геодезические методы (автоматизированные и не автоматизированные) используются для уточнения координатных данных,

источником данных для ГИС являются также результаты обработки в других ГИС;

фотографии, рисунки, чертежи, схемы, видеоизображения и звуки;

статистические таблицы и текстовые описания, технические данные;

почтовые адреса, телефонные книги и справочники;

геодезические, экологические и любые другие сведения.

ГИС используют для решения научных и прикладных задач инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, рационального использования природных ресурсов, мониторинга экологических ситуаций, принятия оперативных мер в условиях ЧС и тд.

ГИС классифицируются по следующим признакам:

1. По функциональным возможностям:

полнофункциональные ГИС общего назначения;

специализированные ГИС, ориентированные на решение конкретной задачи в какой либо предметной области;

информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования. Функциональные возможности ГИС определяются также архитектурным принципом их построения:

2.По пространственному (территориальному) охвату ГИС подразделяются на глобальные (планетарные), общенациональные, региональные, локальные (в том числе муниципальные).

Структура ГИС включает комплекс технических средств (КТС) и программное обеспечение (ПО), информационное обеспечение (ИО).

Рабочая станция используется для управления работой ГИС и выполнения процессов обработки данных, основанных на вычислительных и логических операциях.

Ввод данных реализуется с помощью разных технических средств и методов: непосредственно с клавиатуры, с помощью дигитайзера или сканера, через внешние компьютерные системы. Пространственные данные могут быть получены с электронных геодезических приборов, с помощью дигитайзера или сканера, либо с использованием фотограмметрических приборов.

Базовое ПО включает операционные системы (ОС), программные среды, сетевое программное обеспечение, системы управления базами данных, и модули управления средствами ввода и вывода данных, систему визуализации данных и модули для выполнения пространственного анализа.

Многослойная организация электронной карты, при наличии гибкого механизма управления слоями, позволяет объединить и отобразить гораздо большее количество информации, чем на обычной карте.

Информация, представленная в виде отдельных слоев, и их совместный анализ в разных комбинациях позволяет получать дополнительную информацию в виде производных слоев с их картографическим отображением (в виде изолинейных карт, совмещенных карт различных показателей и тд).

ГИС-технология объединяет разрозненные данные в единый вид, что упрощает принятие управленческих решений информационного обеспечения на различных уровнях планирования и получать, анализировать и принимать решения в науке, управлении хозяйствовании.

Рынок ГИС, отличающихся по функциональным возможностям, требованиям к КТС, ПО и ИО, довольно развит.

Источник

Подсистемы ГИС

К обязательным признакам ГИС относятся:

♦ географическая (пространственная) привязка данных;

♦ генерирование новой информации на основе синтеза имею­щихся данных;

♦ отражение пространственно-временных связей объектов;

♦ обеспечение принятия решений;

♦ возможность оперативного обновления баз данных за счет вновь поступающей информации.

Структуру ГИС обычно представляют как набор информаци­онных слоев (рис. 14.1). К примеру, базовый слой содержит данные о рельефе, затем следуют слои гидрографии, дорожной сети, на­селенных пунктов, почв, растительного покрова, распростране-

Таблица 14.1 Территориальные уровни ГИС

ГИС подразделяют и по проблемной ориентации (тематике). Созданы специализированные земельные информационные сис­темы (ЗИС), кадастровые (КИС), экологические (ЭГИС), учеб­ные, морские и многие иные системы. Одни из наиболее распрос­траненных в географии — ГИС ресурсного типа. Они создаются на основе обширных и разнообразных по тематике информационных массивов и предназначены для инвентаризации, оценки, охраны и рационального использования ресурсов, прогноза результатов их эксплуатации.

Рис. 14.1.Принцип расположения информационных слоев в географичес­кой информационной системе.

Рис. 14.2.Экран «Тематические карты» ГИС-Черное море.

ния загрязняющих веществ и т.д. Условно эти слои можно рассмат­ривать в виде «этажерки», на каждой полочке которой хранится карта или цифровая информация по определенной теме.

В процессе решения поставленных задач слои анализируют по отдельности или совместно в разных комбинациях, выполняют их взаимное наложение (оверлей) и районирование, рассчитывают корреляции и т.п. Скажем, по данным о рельефе можно построить производный слой углов наклона местности, по данным о дорож­ной сети и населенных пунктах — рассчитать степень обеспечен­ности территории дорожной сетью и сформировать новый слой.

На рис. 14.2 представлен экран, показывающий в качестве при­мера тематику разделов ГИС—Черное море — международной си­стемы, созданной для принятия решений по охране ресурсов Чер­номорского бассейна. На экране видны кнопки («иконки»), при нажатии которых открываются соответствующие наборы темати­ческих карт: география, геология, химическая океанография и заг­рязнение вод, метеорология, физическая океанография, биоло­гия, рыбные ресурсы. Нажатие любой кнопки на экране вызывает соответствующий тематический раздел. Затем с помощью меню в этом разделе выбирают нужные карты и анализируют их порознь или совместно, сопоставляют друг с другом, вычисляют количе­ственные параметры влюбой точке акватории. Можно получать данные и для какого-либо одного заданного пункта по всем слоям сразу. Кроме того, есть возможность строить производные слои, например вычислять температурные градиенты или составлять кор­реляционные карты. На рис. 14.3 проиллюстрирован расчет сколь-

Рис. 14.3. Картографирование пространственных корреляций с помощью ГИС.

а и б — исходные карты солености и температуры поверхностных вод Черно­го моря; в — карта изокоррелят.

зящего показателя связи по двум картам Черного моря: солености и температуры поверхностного слоя — для одного и того же срока (март). В результате построена карта изокоррелят (принцип ее со­ставления рассмотрен в разд. 13.3). На карте видны поля положи­тельных корреляций в западной и северо-западной частях аквато­рии и значительные отрицательные корреляции в восточной части. При создании ГИС главное внимание всегда уделяют выбору географической основы и базовой карты, которая служит карка­сом для последующей привязки, совмещения и координирования всех данных, поступающих в ГИС, для взаимного согласования информационных слоев и последующего анализа с применением оверлея. В зависимости от тематики и проблемной ориентации ГИС в качестве базовых могут быть избраны:

♦ карты административно-территориального деления;

♦ топографические и общегеографические карты;

♦ кадастровые карты и планы;

Глава XIV. Картография и геоинформатика

♦ фотокарты и фотопортреты местности;

♦ карты природного районирования и схемы природных кон­туров;

♦ карты использования земель.

Возможны икомбинации указанных основ, например ландшаф­тных карт с топографическими или фотокарт с картами использова­ния земель и т.п. В каждом конкретном случае выбор идополнитель­ная подготовка базовой карты (например, ее разгрузка или нанесе­ние дополнительной информации) составляют центральную задачу этапа географо-картографического обоснования ГИС.

Сердцевину всякой ГИСсоставляет автоматизированная кар­тографическая система (АКС) — комплекс приборов и программ­ных средств, обеспечивающих создание и использование карт. АКС состоит из ряда подсистем, важнейшими из которых являются подсистемы ввода, обработки и вывода информации (рис. 14.4).

Подсистема ввода информации — это устройства для преобра­зования пространственной информации в цифровую форму и вво­да ее в память компьютера или в базу данных. Для цифрования применяют цифрователи (дигитайзеры) и сканеры. С помощью цифрователей на исходной карте прослеживают и обводят конту­ры и другие обозначения, а в память компьютера при этом посту­пают текущие координаты этих контуров и линий в цифровой форме. Сам процесс прослеживания оператор выполняет вручную, с чем связаны большая трудоемкость работ и возникновение погрешно­стей при обводе линий. Сканеры же осуществляют автоматическое

Рис. 14.4.Структура ГИС.

считывание информации последовательно по всему полю карты, строка за строкой. Сама карта размещается на планшете или на барабане. Сканирование выполняется быстро и точно, но прихо­дится дополнительно разделять (распознавать) оцифрованные эле­менты: реки, дороги, другие контуры и т.п. Качественные и коли­чественные характеристики цифруемых объектов, а также статис­тические данные вводят с клавиатуры компьютера. Вся цифровая информация поступает в базы данных.

Базы данных — упорядоченные массивы данных по какой-либо теме (темам), представленные в цифровой форме, например базы данных о рельефе, населенных пунктах, базы геологической или экологической информации. Формирование баз данных, доступ и работу с ними обеспечивает система управления базами данных (СУБД), которая позволяет быстро находить требуемую информа­цию и проводить ее дальнейшую обработку. Если базы данных раз­мещены на нескольких компьютерах (например, в разных учрежде­ниях или даже в разных городах и странах), то их называют распреде­ленными базами данных. Это удобно, так как каждая организация формирует свой массив, следит за ним и поддерживает на уровне современности. Совокупности баз данных и средств управления ими образуют банки данных. Распределенные базы и банки данных соеди­няют компьютерными сетями, и доступ к ним (запросы, поиск, чтение, обновление) осуществляется под единым управлением.

Подсистема обработки информации состоит из самого компь­ютера, системы управления и программного обеспечения. Созда­ны сотни разнообразных специализированных программ (пакетов программ), которые позволяют выбирать нужную проекцию, при­емы генерализации и способы изображения, строить карты, со­вмещать их друг с другом, визуализировать и выводить на печать. Программные комплексы способны выполнять и более сложные работы: проводить анализ территории, дешифрировать снимки и классифицировать картографируемые объекты, моделировать про­цессы, сопоставлять, оценивать альтернативные варианты и вы­бирать оптимальный путь решения. А современные «интеллекту­альные» программы моделируют даже некоторые процессы чело­веческого мышления.

Большая часть подсистем обработки информации работают в диалоговом (интерактивном) режиме, в ходе которого идет не­посредственный двусторонний обмен информацией между картог­рафом и компьютером.

Глава XIV. Картография и геоинформатика

Геоинформатика— наука,технология,производство 267

Подсистема вывода (выдачи) информации — комплекс устройств для визуализации обработанной информации в картографической форме. Это экраны (дисплеи), печатающие устройства (принте­ры) различной конструкции, чертежные автоматы (плоттеры)

и др. С их помощью быстро выводят результаты картографирова­ния и варианты решений в той форме, которая удобна пользова­телю. Это могут быть не только карты, но и тексты, графики, трех­мерные модели, таблицы, однако если речь идет о пространствен­ной информации, то чаще всего она дается в картографической форме, наиболее привычной и легко обозримой.

Все подсистемы, входящие в автоматические картографичес­кие системы, входят также и в ГИС. В состав картографической ГИС производственного назначения включают еще и подсистему издания карт, которая позволяет изготовлять печатные формы и печатать тиражи карт. Если тираж небольшой, что обычно при выполнении научных исследований, то используют настольные картографические издательские системы.

ГИС, ориентированные на работу с аэрокосмической инфор­мацией, включают специализированную подсистему обработки изображений.В этом случае программное обеспечение позволяет выполнять различные операции со снимками: проводить их кор­рекцию, преобразование, улучшение, автоматическое распозна­вание и дешифрирование, классификацию и др.

Особую подсистему в высокоразвитых ГИС может составлять база знаний, т.е. совокупность формализованных знаний, логичес­ких правил и программных средств для решения задач определен­ного типа (например, для проведения границ или районирования территории). Базы знаний помогают диагностировать состояние геосистем, предлагать варианты решения проблемных ситуаций, давать прогноз развития. Можно считать, что в базах знаний реа­лизуются некоторые принципы функционирования искусственного интеллекта.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Геоинформационная система

Геоинформационные системы (также ГИС — географическая информационная система) — системы, предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Другими словами, это инструменты, позволяющие пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.

Каталог ГИС-систем и проектов доступен на TAdviser

Содержание

По территориальному охвату различают глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS).

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS) Шаблон:Nobr; среди них особое наименование, как особо широко распространённые, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Задачи ГИС

Возможности ГИС

ГИС включают в себя возможности СУБД, редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне. ГИС позволяют решать широкий спектр задач — будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи.

Классификация ГИС

По территориальному охвату:

По уровню управления:

По предметной области:

Если помимо функциональных возможностей ГИС в системе присутствуют возможности цифровой обработки изображений, то такие системы называются интегрированными ГИС (ИГИС). Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов, обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС оперируют пространственно-временными данными.

Области применения ГИС

Сельское хозяйство

Перевозки и логистика

Перемещение людей и вещей часто сопряжено с огромными логистическими трудностями. Представьте себе больницу, которая хочет предоставить своим пациентам в определенное время лучший и самый быстрый маршрут до дома, или орган местного самоуправления, который хочет организовать оптимальные маршруты автобусов и скоростных трамваев, или производителя, который хочет как можно эффективнее и экономичнее доставлять свои продукты, или нефтяную компанию, которая планирует прокладку трубопроводов. В каждом из этих случаев для принятия бизнес-решений на основе полной информации необходим анализ данных о местополождении.

Энергетика

В разведке запасов энергоносителей для определения экономической целесообразности добычи в той или иной местности используются спутниковые фотографии, геологические карты поверхности земли и дистанционное зондирование пластов. Энергетические компании используют огромный объем географических данных, поскольку промышленные сенсоры сейчас устанавливаются везде: лазерные сенсоры на самолетах, датчики на поверхности земли при бурении скважин, мониторы трубопроводов и т. д. Картографирование и пространственный анализ дают необходимые знания для принятия решений с соблюдением требований регуляторов о выборе площадок и локализации ресурсов.

Розничная торговля

В связи с тем, что потребители все шире используют смартфоны и носимые устройства, традиционные продавцы могут использовать геопространственную технологию для получения более полной картины поведения покупателей в прошлом и настоящем. Потому что геопространственные данные не сводятся к определению местоположения, а охватывают связанные с этим положением данные, такие как демографические характеристики покупателей или информацию о том, где в магазине люди проводят больше всего времени. Все эти данные можно использовать при выборе места для магазина, определении набора товаров и их размещении и т. д.

Оборона и разведка

Геопространственная технология изменила военные и разведывательные операции в любой части мира, где размещены воинские контингенты. Командование, аналитики и другие специалисты нуждаются в точных данных ГИС для решения своих задач. ГИС помогает оценивать ситуацию (создает полное визуальное представление тактической информации), проводить операции на суше (показывает условия местности, высоты, маршруты, растительный покров, объекты и населенные пункты), в воздухе (передает данные о погоде и видимости пилотам; направляет войска и снабжение, дает целеуказание) и на море (показывает течения, высоту волн, приливы и погоду).

Федеральное правительство

Своевременная и точная геопространственная разведка имеет важнейшее значение для принятия решений федеральными агентствами, которые отвечают за охрану и безопасность, инфраструктуру, управление ресурсами и качество жизни. ГИС позволяет организовать охрану и безопасность с операционной поддержкой, координировать оборону, реагирование на природные катастрофы, действия правоохранительных органов, органов национальной безопасности и экстренных служб. Что касается инфраструктуры, то ГИС помогает управлять ресурсами и активами, предназначенными для автомагистралей, портов, общественного транспорта и аэропортов. Федеральные агентства также используют ГИС для лучшего понимания актуальных и исторических данных, необходимых для управления сельским и лесным хозяйством, горнодобывающей промышленностью, водными и другими природными ресурсами.

Местные органы власти

Местные органы ежедневно принимают решения, напрямую затрагивающие жителей и приезжих. Начиная с ремонта дорог и коммунальных услуг и заканчивая оценкой стоимости земли и развитием территорий — везде картографические приложения применяются для анализа и интерпретации данных ГИС. Кроме того, население и ландшафт городов и поселков может сильно измениться за сравнительно короткое время. Чтобы адаптироваться к этим изменениям и обеспечить людям тот уровень обслуживания, которого они ожидают, местные органы власти широко применяют современную технологию ГИС для наблюдения за дорожным движением и дорожными условиями, качеством окружающей среды, распространением заболеваний, распределением предприятий коммунального хозяйства (например, электро- и водоснабжения и канализации), для управления парками и другими общественными участками земли, а также для выдачи разрешений на создание кемпингов, на охоту, рыбалку и т. д.

Структура ГИС

ГИС-система включает в себя пять ключевых составляющих:

История ГИС

Пионерский период (поздние 1950е — ранние 1970е гг.)

Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

Период государственных инициатив (нач. 1970е — нач. 1980е гг.)

Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям:

Период коммерческого развития (ранние 1980е — настоящее время)

Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

Пользовательский период (поздние 1980е — настоящее время)

Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

Структура ГИС

Вопросы на которые может ответить ГИС

ГИС в России

Наибольшее распространение в России имеют программные продукты ArcGIS и ArcView компании ESRI, семейство продуктов GeoMedia корпорации Intergraph и MapInfo Professional компании Pitney Bowes MapInfo.Шаблон:Источник?

Используются также другие программные продукты отечественной и зарубежной разработки: Bentley’s MicroStation, IndorGIS, STAR-APIC, Zulu, ДубльГИС и пр.

Рынок ГИС России

Программные продукты ГИС

Источник