Актуальность, связь с другими науками. Основные области практического применения

Актуальность ГИС:

1) являются важным инструментом познания окружающей деятельности и управления ею;

2) выводит географию, экологию и др.науки о земле на более высокий технологический уровень;

3) у географов, экологов возникает необходимость применения комп.технологий в своих исследованиях.

ГИС называют сочетания возможностей различных наук. В ГИСах отражаются методы как традиц. наук, так и методы очень современных актуальных наук (САП – система автоматизирован.проектирования и т.д.).

Связь с географией: география имеет давние традиции в изучении пространства, в рамках ее разработан метод пространств.анализа данных.

С картографией: исторически сложилось так, что ГИСы опираются на картографич.исследования: 1) топографич. и тематич.карты – главный источник пространственно-временной инфо в ГИС. В последние годы появляются нов.источники – данные дистанц.зондирования; 2) система географич.и прямоугольн.координат, различных картографических проекций, служат основой для привязки всей пространств.инфо в рамках ГИС; 3) карта – это не только основа для ГИС, но и наглядный материал при выводе инфо для пользователей; 4) картограф. анализ (разработан давно) – 1 из самых эффективных способов выявления геогр.закономерностей при формировании баз картографич.данных; 5) математико-картографич. и комп-картографич.моделирование позволяет преобразовать инфо из одного типа в др., позволяет анализировать, моделировать прир.явления; 6) система картографич.условных знаков; 7) с дистанц.исследованиями – изображения получаются с летательных аппаратов. В наст.вр. являются источником для получения актуальной оперативной инфо для ГИС. Отрабатываются методы привязки разл.рода инфо.; 8) методы дешифрирования аэрокосмич.инфо.; 9) фотограмметрия - изучает возможности обработки, привязки аэрофотоснимков с целью получения цифровых моделей рельефа и цифровых элементов ситуации; 10) землеустроительная съемка – обеспечивает методы о местоположении и границах объектов.

Геодезия – обеспечивает высокоточный контроль местоположения объектов ГИС.

Статистика – многие модели, которые используют ГИС являются статистич., поэтому в рамках ГИС задействован весь аппарат математич.статистики, с той лишь разницей, что в статистике используется выборка в 3000. Методы статистики используются для определения погрешностей в статистич.анализе. Информатика делится на: 1) Система автоматизироанного проектирования (САП) – поставляющая в рамках ГИС методы ввода визуализации данных; 2) Система управления базами данных (СУБД) – поставляет методы предоставления данных в цифровой форме, а также методы хранения и обновления данных; 3) методы искусств.ителлекта.

Математика – разл.методы и области, особенно геометрия и теория графов, использ.в рамках ГИС. Основные области практич.применения ГИС: 1) на базе прир.ресурсов (- анализ воздействия на ОС; - размещение опасных, вредных производств; - контроль за подземн. водами; - загр.подз.вод и вод объектов суши; - анализ обитания животных, изучение разновидностей и т.д.; - изучение заповедников); 2) на базе уличных сетей (муницип.ГИС) – (- поиск объектов по адресам; - сопоставление адресов; - расчет маршрутов оптим.движения транспорта в городах; - выбор местоположения объектов); 3) на базе земельных наделов (- создание и обследование кадастров; - проведение зонирования участков; - разработка схем районирования участков).

 

3. ГИС – как совокупность взаимосвязанных подсистем.

В зависимости от предназначения, в любой ГИС можно выделить функциональные и обеспечивающие подсистемы, которые способствуют развитию и эффективному использованию системы в целом и отдельных ее частей.

Функциональные подсистемы ГИС могут быть представлены в следующем составе: управления базами данных (СУБД); накопления и обработки; анализа; оперативного отображения данных. К обеспечивающим подсистемам относятся: информационное, математическое, лингвистическое и техническое обеспечение. Комплекс обеспечивающих подсистем информационного, математического, лингвистического и технического — должен поддерживать нормальное функционирование информационных потоков в ГИС, включающих сбор (получение), обработку и передачу картографических данных.

Подсистема информационного обеспечения является важнейшей. Без нее не может функционировать ГИС. Она включает всю совокупность информации, циркулирующей в ГИС, обеспечивает процесс ее сбора (получения), обработки и передачи, а также служит основой информационной связи с внешней средой.

Подсистема математического обеспечения включает все многообразие математических методов, моделей и алгоритмов обработки пространственных данных, а также комплектов типовых и стандартных программ и процедур, реализующих на ЭВМ решение задач для всех функциональных подсистем ГИС.

Подсистема технического обеспечения представляет собой комплекс технических средств сбора (получения), передачи, обработки, хранения и накопления, отображения и выдачи картографической информации.

Подсистема лингвистического обеспечения включает совокупность формализованных языковых средств и средств управления ГИС, обеспечивающих взаимодействие ее подсистем и оператора.

Информационное обеспечение современных геоинформационных систем состоит из следующих основных компонент:

• система основополагающих понятий и определений картографических данных;

• система классификации и кодирования картографических данных;

• система цифрового описания и хранения данных на машинных носителях;

• система нормативно — правовой и технологической документации (данных);

• массивы картографической и специальной информации.

Содержание ИО конкретной ГИС зависит от ее назначения и решаемых функциональных задач.

Информационные связи в ГИС реализуются в процессе сбора (получения), регистрации первичной информации, подготовки входных массивов, передачи данных, накопления, хранения и обработки информации, выдачи ее пользователям, выпуска выходных документов, используемых для выработки управляющих решений (рис. 1).

Современные информационные технологии рассматривают технологические процессы как комплекс последовательных преобразований первичной и промежуточной информации в результатную с их контролем и фиксацией на машинных носителях с помощью технических средств. В процессе таких преобразований информация изменяет свои количественные и качественные показатели в зависимости от потребителя результатной информации.

 

4. Первые ГИС относ. к 60 г. 20 века. В Канаде и Швеции стали разрабатываться ГИС для обработки пространств.данных. Канадская ГИС (1963-1971 г.г.) – 1 ГИС национ.уровня. При ее создании была отработана технология перевода карт бумажной основы в цифровую форму. В рамках этой ГИС была оцифрована вся территория Канады. При разработки Канадской ГИС в основу были положены работы с пространств.данными. Шведская ГИС была реализована на базе инфо-поисковой системы земельн.напраления. В рамках данной ГИС был создан банк цифровых данных определенной тематики. Эти 2 ГИС, одна работающая с пространств.данными, др. с атрибутивными, послужили основой современной ГИС. По данным журнала «картографика» в сер.70-х г. в Канаде насчитывалось примерно 12 ГИС. В дальнейшем к созд.ГИС подключали ученых-географов, которые внесли признак пространства ГИС, это следующий этап в развитии ГИС.

5. Родоначальником Москов.ун-та в конце 70-х г. была создана автоматизированная картографическая система (АКС), позволяющая подготавливать исходные данные для АКС (отцифровка, пространств.привязка). В АКС существует подсистема управления данными, которая позволяет вызывать данные, просматривать, редактировать. Система позволяет производить математико-статистич.анализ данных, позволяет конструировать картографич.знаки. Первоначально была реализована на базе больших ЭВМ, затем на персональных комп. «МАК». Институт географии РАН разработал технологию и программу обеспечения перевода картографич.инфо в цифров.вид. Разработали 2 програмных продукта: «Geo Draw», «Geo Graf». Система, созданная на базе использования лесных ресурсов, позволяет обрабатывать данные аэрофотосъемки, привязывать их в нужную систему координат, выделять разл.составы пород лесных ресурсов, отслеживать динамику лесов, выдават все это в картографич.форме. Главное направление геодезии и картографии в конце 80-х г. стало разработка методов и программ перехода на цифровые технологии, создание цифровых карт масштаба 2,5 млн. на всю территорию страны. Министерство геологии не стали создавать свои программные продукты. А сориентировались на лидеров в этой области (компания ESRI). Ученые Харьковского ун-та отработали создание цифровых моделей рельефа и построение производных карт от цифровых моделей (профиль, угол наклона, экспозиция). Литовский научно-исследовательский институт создал инфо-вычислительную систему (ЭВМ) ведения учета земель и земельн.кадастра. В систему входили данные по землеустройству, почвам, геодезии, статистич.и бухгалтерск.отчетность, данные по климатич.показателям. Ученые Дальневосточного института РАН заложили основы ГИС природопользования, которая в перспективе должна ориентироваться на данные дистанц.зондирования. Создание центров в ряде Дальневосточных городов (Хабаровск. Петропавловск-Камчатский, Владивосток и т.д.). Цель: изучение и предсказание неблагоприятных географических процессов на территории. В наст.вр. накоплен огромный материал, который невозможно проанализировать без ГИС. В практике научных исследований используются ряд ГИС по функциональным возможностям. Полуфункциональные ГИС (Arc Gis, позволяющие выполнять все с данными), настольные ГИС (Arc View, Map Info).

6. К концу 70-х г. ГИС из набора цифровых данных стали превращаться, использовать систему координат в банке картогр.инфо с формами анализа и моделирования. Сложились 2 основные модели представления данных ГИС: растровые и векторные. Отрабатывалась технология наложения слое, появилась возможность манипулировать пространств.данными на цифровом уровне. Недостатки: использовались большие ЭВМ; неразвитость ввода графич.изображений; непереносимость программного обеспечения; дорогостоящее оборудование и программное обеспечение. Для начала 80-х г. характерно взаимодействие средств ГИС с цифровыми методами картографирования. Изначально ГИС развивались как инфо-поисковые системы и только впоследствии ГИС вышли из решения узких задач, связанных с земельными угодьями и стали использ.в ряде наук о Земле. К этому же периоду относится быстрый рост ГИС в США. Большая роль в формировании ГИС принадлежит международному географическому союзу. Проводись конференции по проблемам ГИС, был создан 3-хтомник, в котором в 1 томе было описано 85 ГИС, существовавшие в мире, во 2 и 3 томах – описание около 500 программных продуктов, работающих с программными данными. В 1976 г. состоялся 23 Московский геогр.конгресс полностью посвященный ГИС. К середине 80-х г. по данным журнала «Картографика» насчитывалось уже 500 ГИС. В середине 80-х г. вся информац.индустрия была поставлена на персональный комп (ПК). В это время адаптация существ.программ под условия ПК. Благодаря появлению ПК стала уменьшаться стоимость ГИС, программ, больше сфер стали использовать ГИС и геоинфо.технологии в своих исследованиях. Появляется 2 новых вида данных: дистанц.зондирование и GPS. В 90-е г. под эгидой ЮНЕСКО создано ряд программ, например Grid, в которой на всю территорию земн.шара создавалась картогр.основа миллионного масштаба (Ведущие державы в эконом.плане). В наст.вр. накоплен огромный материал, который невозможно проанализировать без ГИС. В практике научных исследований используются ряд ГИС по функциональным возможностям. Полуфункциональные ГИС (Arc Gis, позволяющие выполнять все с данными), настольные ГИС (Arc View, Map Info).