какие функции выполняет гис

Выполняемые функции Достигаемые цели

ГЛАВА 2 Принципы работы геоинформационной системы

Основные функции ГИС

Геоинформационные системы можно классифицировать следующим образом:

— по величине пространства;

— по видам исследуемых объектов и процессов;

— в зависимости от предметной области и проблемной ориентации (мониторинг, управленческие задачи, инвентаризация, поддержка принятия решений и т.д.);

— по функциональным возможностям.

Ниже перечислены основные функции ГИС:

1. Ввод и редактирование данных;

2. Хранение данных и преобразование моделей пространственных данных;

3. Преобразование систем координат и проекций;

4. Растрово-векторные операции;

6. Операции аналитической геометрии (измерительные и вычислительные);

7. Пространственный анализ;

8. Пространственное моделирование (геомоделирование);

9. Построение цифровых моделей рельефа;

Функционирование геоинформационных систем базируется на основе методов машинной графики и вычислительной геометрии, САПР, СУБД, цифровой фотограмметрии, картографии и дистанционного зондирования.

Укрупнено функциональные возможности ГИС и цели, достигаемые с помощью этих функций, показаны на рис. 2.1.

Рассмотрим подробнее основные функции, которые выполняют современные ГИС.

Ввод информации

Как уже говорилось в пар. 1.5, Гл. 1, функции ввода пространственной информации в ГИС реализуются путём оцифровки обычных карт с помощью специальных средств ввода – дигитайзеров или считыванием изображений карт в растровом формате через сканирующие устройства. В дальнейшем эта растровая информация может оцифровываться (векторизоваться) автоматически с помощью специальных программ или путем обводки вручную электронного изображения объектов на карте мышью. Кроме того, как источники картографической информации широко используются материалы дистанционного зонирования: аэро- и космические фотоснимки, получаемые в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, радиотелеметрические данные, передаваемые с помощью глобальных

Геоинформационные системы

Выполняемые функции Достигаемые цели

Рис. 2.1. Структура функциональных возможностей ГИС

спутниковых систем позиционирования GPS (global positioning system – российская система ГЛОНАСС и американская NAVSTAR). Сегодня уже имеются GPS приёмники, способные работать с обеими системами.

Функции хранения информации в ГИС имеют самостоятельное значение. Прежде всего это связано с типами форматов для компактного хранения и быстрой визуализации пространственной информации (см. пар 1.4 и 1.5 Гл.1). ГИС должна поддерживать как минимум один из форматов, включая возможность экспорта-импорта пространственных данных через обменные форматы [17]. Универсальные системы поддерживают до десятка различных форматов хранения пространственной информации в разных географических (геодезических) координатах. Большим разнообразием отличаются также способы хранения и взаимосвязи пространственных данных: от простейших файловых структур до иерархических и объектно-ориентированных баз данных, объединяющих разномасштабные и разнотематические карты и планы. Тоже можно сказать и про атрибутивные базы данных. В геоинформационных системах с возможностями экспертных систем применяются также семантические цепи, фреймы и объектно-ориентированные системы [18,19]. Необходимым требованием к современным ГИС является работа в локальных и глобальных сетях с соответствующими возможностями хранения и обмена всеми видами информации.

Функции вывода информацииобеспечивают наглядность и оперативность представления картографического материала совместно с атрибутивными данными (в виде таблиц), деловой графикой, слайдами. Качество конечного материала исследований, проведенного с помощью ГИС, во многом зависит от технической стороны дела, а также методов картографического вывода и графического дизайна. Карта по-прежнему остается основной формой отображения результатов пространственного анализа и моделирования в ГИС, т.к. визуальное восприятие картографической информации, ее емкость и полнота зрительных образов для пользователя весьма эффективны.

Для создания карт больших размеров и высокого качества на «твердом носителе» используются графопостроители (плоттеры). Карты издают на бумаге или пластике с последующим ламинированием. В связи с развитием средств мультимедиа и Интенет-технологий большое распространение получили электронные карты и атласы, которые, конечно же, дешевле, чем полиграфическое издание. Интернет-технологии позволили также сделать «достоянием широкой публики» аеро- и космические снимки земной поверхности, картографические анимации, виртуальные рельефы.

Функции пространственного анализа являются одним из главных и определяющих показателей качества ГИС. К данным функциям относятся операции от простейших запросов до сложных экспертных оценок на основе пространственного моделирования. Подробное описание этих функций дано в следующем параграфе. Из всего многообразия функций логически можно выделить 3 подсистемы: сбор и обработка информации, моделирование и анализ информации, ее использование для принятия решений.

Структурная схема последовательности выполнения основных функций по обработке пространственной и атрибутивной информации универсальной ГИС представлена на рис. 1.1 в пар. 1.1 Гл 1. Создание универсальной геоинформационной системы, которая выполняла бы все эти функции в полном объеме, является громоздкой и в принципе не нужной задачей. Поэтому каждый пакет имеет свою специфику, выражаемую в развитости одной из перечисленных функций. Кроме того, в каждом конкретном случае решается противоречивая задача между полнотой выполняемых функций и операций и стоимостью программного продукта.

В соответствии с доминирующими функциями в настоящее время сложилась определенная терминология в названиях геоинформационных систем (см. табл. 2.1).

Имеется большое количество геоинформационных систем, в которых разработчики пытаются реализовать большинство этих функций в едином программном продукте. Такие ГИС получили название инструментальные. Они строятся, как правило, по модульному принципу в виде набора пакетов специализированных программ [5, 20, 21].

Источник

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

Основные функциональные возможности ГИС

Основные функциональные возможности ГИС

Функциональные возможности ГИС

— ввод данных в машинную среду путем импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью цифрования источников;

— преобразование данных, включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;

— хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;

— средства персональных настроек пользователей.

5. Основные подсистемы ГИС:

В общем случае геоинформационная система состоит из 5 укрупненных функциональных подсистем:

-сбора, ввода и обработки геопространственных данных;

-создание и ведение территориальных баз данных;

-восприятия и обработки геоинформации, пространственного моделирования и анализа;

-выработки пространственных решений, формирования, отображения и выдачи выходных документов;

-управления (администрирования) ГИС.

1. Подсистема сбора, ввода и обработки геопространственных данных –«Сбор и обработка данных»

Эта подсистема обеспечивает сканирование исходных штриховых (карты) и полутоновых (аэро- и космоснимки) материалов, растровую векторизацию, ввод результатов наземных съемок и цифровой фотограмметрической обработки материалов дистанционного зондирова-ния, формирование геоинформационных моделей местности, конвертирование в заданные форматы.

2.Подсистема создания и ведения территориальных баз данных –«Создание и ведение БД»

Подсистема обеспечивает проектирование, заполнение и обновление баз данных, хранение и защиту данных от искажения, порчи и несанкционированного доступа, поиска и выдачу информации по запросам пользователей, выполнение навигации по территории, осуществле-ние территориального мониторинга в части геоинформации.

3.Подсистемавосприятияиобработкигеоинформации,пространственногомоделированияианализа–«Моделирование и анализ»

Обеспечивает отбор информации, классификацию операционно-территориальных единиц, построение пространственно-временных моделей, обнаружение пространственных законо-мерностей территории, нахождение взаимосвязей объектов, объяснение явлений и про-цессов, прогнозирование и предсказание тенденций развития ситуации.

4.Подсистема выработки пространственных решений, формирования, отображения и выдачи выходных документов –«Использование геоинформации»

Эта подсистема обеспечивает выбор вариантов пространственных решений, удовлетворяю-щих поставленным условиям, визуализацию результатов запросов, моделирования и анализа, формирование и вывод картографических материалов в электронным виде и в «твердых копиях», подготовку и печать текстовых отчетов и форм, конвертацию выходных документов в обменные форматы данных.

Подсистема обеспечивает создание, запуск в эксплуатацию и работоспособность ГИС, организацию процесса геоинформационной обработки данных, восстановление системы послеаварийных ситуаций, защиту системы от сбоев, ошибочных или несанкционированных действий персонала и конечных пользователей, обучение персонала и конечных пользователей, развитие функциональных возможностей системы, расширение области применения и круга решаемых задач.

Классификация ГИС.

По своей сущности ГИС делятся на две принципиально различные группы:

-Инструментальные ГИС–программные средства, используемые для выполнения геоинфор-мационной обработки данных (например ArcGIS, Panorama, Mapinfoи др.);

-Производственные ГИС–системы, осуществляющие получение и переработку геоинформа-ции(т.е. собственно информационные системы).

Инструментальные средства ГИС подразделяются на 2 вида:

-ГИС –оболочки-универсальные программные комплексы, обеспечивающие различные манипуляции с абстрактными геометрическими примитивами (точками, линиями, поверхно-стями, телами, ячейками, пикселами)

-ГИС –приложения-специализированные программные комплексы, ориентированные на решение прикладных задач из конкретной предметной области.

Производственные ГИС классифицируются по следующим признакам (основаниям):

-по проблемно-тематической ориентации;

-по территориальному охвату;

-по способу организации данных;

-по расширяемости функциональных возможностей.

По назначению выделяются следующие виды ГИС:

-инвентаризационные и мониторинговые;

-принятия пространственных решений;

По проблемно-тематической ориентации выделяются следующие виды ГИС:

-территориального управления (государственные, субъекта Федерации, муниципальные);

-кризисных (чрезвычайных) ситуаций;

-иной тематической ориентации.

По территориальному охватувыделяются следующие виды ГИС:

-глобальные (соответствуют масштабам карт 1:4500 000 и мельче);

-общенациональные (соответствуют масштабам 1: 2500 000 и мельче);

-региональные (соответствуют масштабам 1: 500 000 и мельче);

-локальные соответствуют масштабам 1: 50 000 и мельче);

-муниципальные (соответствуют масштабам 1: 50 000 и крупнее).

По способу организации данных выделяют следующие виды ГИС:

По расширяемости функциональных возможностей устанавливают следующие виды ГИС:

По базовым функциям ГИС-оболочки подразделяются на 5 типов:

-векторизаторы–для растрово-векторного преобразования данных(EasyTrace,MapEdit);

-вьюверы (визуализаторы)-для визуализации данных (ArcReader);

-настольные картографические системы – для составления карт(MapInfo);

-системы обработки изображений ДЗЗ (ERDAS);

-полнофункциональные ГИС (ArcGIS,GeoMedia).

Базы данных в ГИС, СУБД.

База данных— организованная совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой.

База пространственных данных– это набор пространственно определенных данных, выступающих как модели реальных объектов и явлений

Объекты и явления, моделируемые с помощью ГИС, имеют следующие представления: 1. объект; 2. графический примитив; 3. условный знак – для показа предмета (или объекта) на карте или другом графическом изображении.

Сходные объекты, информация о которых будет храниться в базе данных, определяются как типы объектов. Это любая группа сходных объектов, которые должны иметь одинаковую форму хранения и представления, например дороги, реки, высоты, растительность.

Тем самым обеспечивается основа для общей характеристики явлений.

Каждый тип объектов должен быть однозначно определен, так как это помогает выявить перекрывающиеся категории данных и вносит ясность в содержание базы данных.

Первый этап в создании базы данных – отбор объектов. Осуществляется в соответствии с задачами организации и целью разработки базы данных. Этот этап не менее важен, чем сама база данных, поскольку во многом определяет дальнейшую разработку. Следующий этап – поиск адекватных способов пространственного представления каждого типа объектов.

Для цифрового представления типов объектов в базе пространственных данных необходимо выбрать подходящие типы графических примитивов (точки, полилинии, полигоны).

Например, использовать множество точек для представления множества колодцев

Атрибут – признак объекта, выбранного для представления в ГИС, обычно не имеет пространственного характера.

Хотя некоторые могут иметь связь с пространственной природой изучаемого объекта, например площадь, периметр.

Значение атрибута – это истинное значение признака (измеренное или наблюдаемое), которое хранится в базе данных.

Почти всегда тип объекта маркируется и опознается по своим атрибутам. Например, дорога обычно имеет название и идентифицируется по ее классу – переулок, скоростная автострада. Значения атрибутов часто упорядочиваются в виде таблиц, строки которых соответствуют отдельным объектам, а столбцы – признакам. Таким образом, каждая клетка таблицы отражает значение определенного признака для определенного объекта.

Моделью базы данныхназывается концептуальное описание базы данных с определением типа объектов и его атрибутов.

Каждый тип объектов представлен особыми пространственными типами предметов. Когда база данных создана, модель является ее представлением, которое система может предоставить пользователю, возможны и другие представления, но это наиболее целесообразно, поскольку на нем основывалась концепция базы данных.

Модель не всегда непосредственно связана со способом хранения информации в базе данных

Пространственные предметы группируются в слои, именуемые также классами, перекрытиями, наложениями или темами.

Один слой может представлять один тип объектов или группу взаимосвязанных типов объектов.

Например, слой может включать только отрезки водотоков или же водотоки, озера, береговую линию и болота.

Возможны самые разные варианты системы слоев, как и модели данных.

Некоторые базы пространственных данных ГИС созданы путем объединения всех объектов в один слой

Классификация баз данных

По модели данных:

1. Иерархические или древовидные

По степени распределенности:

Иерархические базы данныхмогут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня.

Такие объекты находятся в отношении предка (объект, более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок.

Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами.

К основным понятиям сетевой моделибазы данных относятся: уровень, элемент (узел), связь.

Узел — это совокупность атрибутов данных, описывающих объект.

На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа.

В сетевой структуре каждый элемент может быть связан с любым другим.

Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию. Несмотря на то что эта модель решает некоторые проблемы, связанные с иерархической моделью, выполнение простых запросов остается достаточно сложным процессом

Реляционные (англ. Relation — отношение). Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя «табличным» представлением.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц.

Базовыми понятиями реляционных БД являются:

Сущность – это реальный или представляемый объект, информация о котором должна сохраняться и быть доступна.

Поле (столбец таблицы) – это показатель, который характеризует объект и принимает для конкретного экземпляра объекта числовое, текстовое или иное значение. Информационная система оперирует наборами объектов, спроектированными применительно к данной предметной области, используя при этом конкретные значения атрибутов (данных) тех или иных объектов.

Запись (строка таблицы) – элемент отношения. Если отношение представлено в виде таблицы, то кортеж — строка таблицы, кортеж соответствует объекту.

Связь представляет собой простые ассоциации между сущностями. Связь можно задавать между любыми атрибутами, которые имеют сопоставимые значения данных. Связь бывает трех типов: «один к одному», «один ко многим», «многие ко многим».

Объектно-ориентированная база данных (ООБД)– база данных в виде моделей объектов, включающих прикладные методы, которые управляются внешними событиями.

Базовыми понятиями ООБД являются:

Класс – коллекция однотипных объектов и явлений окружающего нас мира. Например, здание ТЦ «Республика» входит в класс объектов недвижимости; земельный участок с номером 52: 17: 13 45 09: 67 входит в класс земельных участков и т.д.

Свойства класса– характеристики, описывающие класс объектов в заданной структуре данных. Например, для земельного участка указывают площадь, право собственности, кто владелец участка и т.д.

Методы класса– операции, которые можно применить к объекту. Например, владелец может продать участок, сдать его в аренду и т.д., для каждого из видов деятельности будут характерны свои методы. По сути, это процедуры или функции, выполняемые применительно к данному объекту. Объект создается по шаблону класса, является экземпляром класса, после создания использует свойства и методы класса.

Системы

К основным задачам геоинформатики относятся сбор

пространственных данных, получение и представление геоинформации,

формирование новых знаний об окружающем нас пространстве.

Базовые понятия «данные», «информация» и «знания» имеют много общего,

связаны между собой, но однако различаются по своей сути и требуют

Слово «данные» произошло от латинского слова «datum», дословно

переводимое как «факт».

В геоинформатике под данными понимается совокупность фактов,

представленных в каком-либо формализованном виде в количественном или

качественном выражении – результаты наблюдений, измерений, описаний

объектов окружающего пространства.

В информатике под информацией понимаются сведения об окружающем

мире, протекающем в нем процессах и др., которые воспринимают живые

организмы, управляющие машины и информационные системы в процессе

жизнедеятельности и работы.

В физике информация – одно из свойств предметов, явлений и процессов

действительности, информационных систем, заключающееся в способности

воспринимать внутреннее состояние и воздействия окружающей среды,

передавать данные и сообщения другим объектам, предметам и явлениям.

В геоинформатике под знанием понимается отражение семантических

аспектов географической реальности в мозгу человека или в технической

В геоинформатике используются как знания предметные (общедоступные),

так и индивидуальные (эмпирические), отражающие наше представление об

Связь понятий «данные», «информация» и «знания»:

• данные представляются как «сырье», которое путем обработки можно

превратить в информацию – т.е. данные можно рассматривать как

основу для получения информации.

• данные соответствуют дискретным зарегистрированным фактам

относительно объектов окружающего мира и на этой основе мы

получаем информацию о реальном мире.

• информация – это смысл, который человек вкладывает в данные на

основе установленных соглашений (т.е. знаний).

• данные можно рассматривать как атрибут информации, обозначающий

факты и понятия, которые представлены в условной форме, удобной

для передачи, интерпретации и обработки человеком или техническим

• информация – это воспринятые и понятые данные!

• знания могут быть получены в результате интерпретации информации

Человек на основе полученных данных формирует информацию о реальном

мире и на ее основе вырабатывает новые знания об этом мире.

В геоинформатике используются подвиды рассмотренных понятий:

• геопространственные данные – особый вид данных, полученных в

результате наблюдений и измерений пространственных свойств

объектов, явлений, процессов и событий окружающего

• геоинформация – особый вид информации, направленный на описание

пространственных аспектов окружающего геопространства;

• геопространственные знания – особые знания об окружающем нас

геопространстве в части его пространственных свойств.

В соответствии с рассмотренными базовыми понятиями в области

информатики происходила и эволюция программных систем (Рисунок 21).

ЗНАНИЯ, ИНФОРМАЦИЯ, ДАННЫЕ

Экспертная система – система искусственного интеллекта, использующая

знания из сравнительно узкой предметной области для решения

возникающих в ней задач, причем так, как это делал бы эксперт-человек, т.е.

путем диалога с заинтересованным лицом, поставляющим необходимую

информацию (т.е. воспринятые и понятые данные) по конкретному вопросу.

Экспертная система строится на знаниях экспертов и базируется на 4

2. правила вывода (процедурные знания);

3. управляющие структуры;

4. метазнания (результат самообучения).

Состав экспертной системы:

• машина логического вывода;

• модуль объяснения и общения с пользователями;

• модуль формирования метазнаний.

Основные понятия в области экспертных систем:

Эксперт – специалист предметной области высокого класса, который

обеспечивает определение, модификацию и дополнение знаний;

База знаний – совокупность формализованных знаний о предметной

области, представленных в форме правил логического вывода;

Машина логического вывода – программный комплекс, осуществляющий

логические «рассуждения» над данными на основе имеющихся знаний.

Модуль формирования метазнаний – программный комплекс,

оценивающий вновь поступившие знания на противоречивость относительно

имеющихся правил вывода;

Модуль объяснения и общения с пользователями – программный

комплекс, объясняющий полученный логический вывод путем перечисления

шагов и использованных правил вывода на каждом шаге;

База данных – совокупность фактов, характеризующих предметную область

Пример экспертной системы

Канадская картографическая экспертная система для отображения на

морских картах воздушных (беспроводных) линий связи, обеспечивающая

1. В таблице условных знаков – 5 страниц;

2. В пояснениях к условным знакам – 56 страниц;

3. Правила вывода изложены на 900 страницах текста.

Области применения ГИС

ГИС включает в себя возможности систем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяетсяв картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях.

Деградация среды обитания

ГИС с успехом используется для создания карт основных параметров окружающей среды. В дальнейшем, при получении новых данных, эти карты используются для выявления масштабов и темпов деградации флоры и фауны. При вводе данных дистанционных, в частности спутниковых, и обычных полевых наблюдений с их помощью можно осуществлять мониторинг местных и широкомасштабных антропогенных воздействий. Данные об антропогенных нагрузках целесообразно наложить на карты зонирования территории с выделенными областями, представляющими особый интерес с природоохранной точки зрения, например парками, заповедниками и заказниками. Оценку состояния и темпов деградации природной среды можно проводить и по выделенным на всех слоях карты тестовым участкам (Лычак, Бобра,2005).

С помощью ГИС удобно моделировать влияние и распространение загрязнения от точечных и неточечных (пространственных) источников на местности, в атмосфере и по гидрологической сети. Результаты модельных расчетов можно наложить на природные карты, например карты растительности, или же на карты жилых массивов в данном районе. В результате можно оперативно оценить ближайшие и будущие последствия таких экстремальных ситуаций, как разлив нефти и других вредных веществ, а также влияние постоянно действующих точечных и площадных загрязнителей (Трифонова, Мищенко, Краснощеков, 2005).Охраняемые территории

Еще одна распространенная сфера применения ГИС – сбор и управление данными по охраняемым территориям, таким как заказники, заповедники и национальные парки. В пределах охраняемых районов можно проводить полноценный пространственный мониторинг растительных сообществ ценных и редких видов животных, определять влияние антропогенных вмешательств, таких как туризм, прокладка дорог или ЛЭП, планировать и доводить до реализации природоохранные мероприятия. Возможно выполнение и многопользовательских задач, таких как регулирование выпаса скота и прогнозирование продуктивности земельных угодий. Такие задачи ГИС решает на научной основе, то есть выбираются решения, обеспечивающие минимальный уровень воздействия на дикую природу, сохранение на требуемом уровне чистоты воздуха, водных объектов и почв, особенно в часто посещаемых туристами районах (Дьяченко, 2005г.).

Региональные и местные руководящие структуры широко применяют возможности ГИС для получения оптимальных решений проблем, связанных с распределением и контролируемым использованием земельных ресурсов, улаживанием конфликтных ситуаций между владельцем и арендаторами земель. Полезным и зачастую необходимым бывает сравнение текущих границ участков землепользования с зонированием земель и перспективными планами их использования. ГИС обеспечивает также возможность сопоставления границ землепользования с требованиями дикой природы. Например, в ряде случаев бывает необходимым зарезервировать коридоры миграции диких животных через освоенные территории между заповедниками или национальными парками. 9 Постоянный сбор и обновление данных о границах землепользования может оказать большую помощь при разработке природоохранных, в том числе административных и законодательных мер, отслеживать их исполнение, своевременно вносить изменения и дополнения в имеющиеся законы и постановления на основе базовых научных экологических принципов и концепций (Ципилева, 2004).

Восстановление среды обитания

ГИС является эффективным средством для изучения среды обитания в целом, отдельных видов растительного и животного мира в пространственном и временном аспектах. Если установлены конкретные параметры окружающей среды, необходимые, например, для существования какого-либо вида животных, включая наличие пастбищ и мест для размножения, соответствующие типы и запасы кормовых ресурсов, источники воды, требования к чистоте природной среды, то ГИС поможет быстро подыскать районы с подходящей комбинацией параметров, в пределах которых условия существования или восстановления численности данного вида будут близки к оптимальным. На стадии адаптации переселенного вида к новой местности ГИС эффективна для мониторинга ближайших и отдаленных последствий предпринятых мероприятий, оценки их успешности, выявления проблем и поиска путей по их преодолению (Трифонова, Мищенко, Краснощеков, 2005).

Научные исследования и техническая поддержка

Функциональные интегральные возможности ГИС в наиболее явном виде проявляются и благоприятствуют успешному проведению совместных междисциплинарных исследований. Они обеспечивают объединение и наложение друг на друга любых типов данных, лишь бы их можно было отобразить на карте. К подобным исследованиям относятся, например, такие: анализ взаимосвязей между здоровьем населения и разнообразными (природными, демографическими, экономическими) факторами; количественная оценка влияния параметров окружающей среды на состояние локальных и региональных экосистем и их составляющих; определение доходов землевладельцев в зависимости от преобладающих типов почв, климатических условий, удаленности от городов и др.; выявление численности и плотности ареалов распространения редких и исчезающих видов растений в зависимости от высоты местности, угла наклона и экспозиции склонов (Смардак, 2005).

Сборники данных и публикации

ГИС значительно упрощает процедуру публикации любых видов картографической продукции. С помощью встроенного языка программного обеспечения (например, ARC/INFO ARC Macro Language (AML)) можно написать программы автоматического создания любых типов печатных карт, графиков, диаграмм и таблиц. Кроме того, простые программные продукты (типа ArcView GIS) позволяют просматривать и напрямую оперировать с данными, содержащимися в базе данных ГИС любому, даже малоопытному, пользователю. При помощи таких простых и легкодоступных программ любой пользователь имеет возможность считывать и распечатывать карты (записанные, например, на CD-ROM в формате ГИС ARC/INFO) (Дьяченко, 2005г.).

Поскольку создание бумажных карт с помощью ГИС значительно упрощается и удешевляется, появляется возможность получения большого количества разнообразных природных карт, что расширяет возможности и широту охвата программ и курсов экологического образования. Ввиду простоты копирования и производства картографической продукции ее может использовать практически любой ученый, преподаватель или студент. Более того, стандартизация формата и компоновки базовых карт служит основой для сбора и демонстрации данных, получаемых учащимися и студентами, обмена данными между учебными заведениями и создания единой базы по регионам и в национальном масштабе. Можно подготовить специальные карты для землевладельцев с целью ознакомления их с планируемыми природоохранными мероприятиями, схемами буферных зон и экологических коридоров, которые создаются в данном районе и могут затронуть их земельные участки (Лычак, Бобра,2005).

Иерархия связи систем координат и проекций Мониторинг

По мере расширения и углубления природоохранных мероприятий одной из основных сфер применения ГИС становится слежение за последствиями предпринимаемых действий на локальном и региональном уровнях. Источниками обновляемой информации могут быть результаты наземных съемок или дистанционных наблюдений с воздушного транспорта и из космоса. Использование ГИС эффективно и для мониторинга условий жизнедеятельности местных и привнесенных видов, выявления причинно-следственных цепочек и взаимосвязей, оценки благоприятных и неблагоприятных последствий предпринимаемых природоохранных мероприятий на экосистему в целом и отдельные ее компоненты, принятия оперативных решений по их корректировке в зависимости от меняющихся внешних условий (Трифонова, Мищенко, Краснощеков, 2005).

Основные функциональные возможности ГИС

Функциональные возможности ГИС

— ввод данных в машинную среду путем импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью цифрования источников;

— преобразование данных, включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;

— хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;

— средства персональных настроек пользователей.

5. Основные подсистемы ГИС:

В общем случае геоинформационная система состоит из 5 укрупненных функциональных подсистем:

-сбора, ввода и обработки геопространственных данных;

-создание и ведение территориальных баз данных;

-восприятия и обработки геоинформации, пространственного моделирования и анализа;

-выработки пространственных решений, формирования, отображения и выдачи выходных документов;

-управления (администрирования) ГИС.

1. Подсистема сбора, ввода и обработки геопространственных данных –«Сбор и обработка данных»

Эта подсистема обеспечивает сканирование исходных штриховых (карты) и полутоновых (аэро- и космоснимки) материалов, растровую векторизацию, ввод результатов наземных съемок и цифровой фотограмметрической обработки материалов дистанционного зондирова-ния, формирование геоинформационных моделей местности, конвертирование в заданные форматы.

2.Подсистема создания и ведения территориальных баз данных –«Создание и ведение БД»

Подсистема обеспечивает проектирование, заполнение и обновление баз данных, хранение и защиту данных от искажения, порчи и несанкционированного доступа, поиска и выдачу информации по запросам пользователей, выполнение навигации по территории, осуществле-ние территориального мониторинга в части геоинформации.

3.Подсистемавосприятияиобработкигеоинформации,пространственногомоделированияианализа–«Моделирование и анализ»

Обеспечивает отбор информации, классификацию операционно-территориальных единиц, построение пространственно-временных моделей, обнаружение пространственных законо-мерностей территории, нахождение взаимосвязей объектов, объяснение явлений и про-цессов, прогнозирование и предсказание тенденций развития ситуации.

4.Подсистема выработки пространственных решений, формирования, отображения и выдачи выходных документов –«Использование геоинформации»

Эта подсистема обеспечивает выбор вариантов пространственных решений, удовлетворяю-щих поставленным условиям, визуализацию результатов запросов, моделирования и анализа, формирование и вывод картографических материалов в электронным виде и в «твердых копиях», подготовку и печать текстовых отчетов и форм, конвертацию выходных документов в обменные форматы данных.

Подсистема обеспечивает создание, запуск в эксплуатацию и работоспособность ГИС, организацию процесса геоинформационной обработки данных, восстановление системы послеаварийных ситуаций, защиту системы от сбоев, ошибочных или несанкционированных действий персонала и конечных пользователей, обучение персонала и конечных пользователей, развитие функциональных возможностей системы, расширение области применения и круга решаемых задач.

Классификация ГИС.

По своей сущности ГИС делятся на две принципиально различные группы:

-Инструментальные ГИС–программные средства, используемые для выполнения геоинфор-мационной обработки данных (например ArcGIS, Panorama, Mapinfoи др.);

-Производственные ГИС–системы, осуществляющие получение и переработку геоинформа-ции(т.е. собственно информационные системы).

Инструментальные средства ГИС подразделяются на 2 вида:

-ГИС –оболочки-универсальные программные комплексы, обеспечивающие различные манипуляции с абстрактными геометрическими примитивами (точками, линиями, поверхно-стями, телами, ячейками, пикселами)

-ГИС –приложения-специализированные программные комплексы, ориентированные на решение прикладных задач из конкретной предметной области.

Производственные ГИС классифицируются по следующим признакам (основаниям):

-по проблемно-тематической ориентации;

-по территориальному охвату;

-по способу организации данных;

-по расширяемости функциональных возможностей.

По назначению выделяются следующие виды ГИС:

-инвентаризационные и мониторинговые;

-принятия пространственных решений;

По проблемно-тематической ориентации выделяются следующие виды ГИС:

-территориального управления (государственные, субъекта Федерации, муниципальные);

-кризисных (чрезвычайных) ситуаций;

-иной тематической ориентации.

По территориальному охватувыделяются следующие виды ГИС:

-глобальные (соответствуют масштабам карт 1:4500 000 и мельче);

-общенациональные (соответствуют масштабам 1: 2500 000 и мельче);

-региональные (соответствуют масштабам 1: 500 000 и мельче);

-локальные соответствуют масштабам 1: 50 000 и мельче);

-муниципальные (соответствуют масштабам 1: 50 000 и крупнее).

По способу организации данных выделяют следующие виды ГИС:

По расширяемости функциональных возможностей устанавливают следующие виды ГИС:

По базовым функциям ГИС-оболочки подразделяются на 5 типов:

-векторизаторы–для растрово-векторного преобразования данных(EasyTrace,MapEdit);

-вьюверы (визуализаторы)-для визуализации данных (ArcReader);

-настольные картографические системы – для составления карт(MapInfo);

-системы обработки изображений ДЗЗ (ERDAS);

-полнофункциональные ГИС (ArcGIS,GeoMedia).

Источник