Понятие о Геоинформационной системе (ГИС)
Г еоинформационная система (ГИС) – это программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной и атрибутивной информации по объектам территории. Одна из основных функций ГИС – создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений (Берлянт, 2001). Основой любой информационной системы служат данные. Данные в ГИС подразделяются на пространственные, семантические и метаданные.
Пространственные данные – данные, описывающие местоположение объекта в пространстве. Например, координаты угловых точек здания, представленные в местной или любой другой системе координат. Семантические (атрибутивные) данные – данные о свойствах объекта. Например, адрес, кадастровый номер, этажность и прочие характеристики здания.
Как работает ГИС?
Каждому пространственному объекту соответствует запись в базе данных с набором атрибутивной информации
ГИС хранит информацию в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения
Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач
Вопрос 2
Геоинформационная технология - это современная область знаний, которая все еще развивается быстрыми темпами. В литературе встречается огромное количество разнообразных определений ГИС:
самые простые: "ГИС - компьютерная система, способная хранить и использовать данные, описывающие территории на поверхности Земли";
достаточно ограниченные: "ГИС - пакет программ..."
всеобъемлющие: "ГИС - одновременно телескоп, микроскоп, компьютер и ксерокс регионального анализа и синтеза".
Следовательно, можно предположить, что действительное определение не столь важно, как основные идеи, на которых зиждется геоинформационная технология:
· будучи "географической ", она содержит данные и концепции, которые связаны с пространственными распределениями;
· будучи "информационной ", она выражает данные, идеи или методы, обычно помогающие в принятии решения;
· будучи "системой ", она предполагает последовательность входов, процессов и выходов;
· три упомянутых выше пункта дают возможность работать на основе современных "высоких технологий".
ГИС - географическая информационная система.
Географическая - подразумевает работу с пространственными объектами, положение которых описывается системой координат, т. е. для ГИС характерны методы присущи географической науке, которая изучает и представляет закономерности присущие природным и антропогенным объектам в пределах географической оболочки земли. Географическая оболочка земли включает: лито - ,гидро - , био - , атмосферы – пределы проникновения жизни.
Информационная - как такого определения не существует. Это совокупность данных и знаний, которые подлежат обработке и представлению. С точки зрения ГИС особым видом информации является знание, определенным образом упорядоченных данных и предписаний по их использованию.
Система - определенным образом упорядоченная совокупность компонентов, образующих функциональное целое. Целостность - универсальное свойство системы, функциональное - значит предназначено для чего-то. Назначение ГИС - работа с пространственной информацией.
Вопрос
ГИС системы разрабатываются с целью решения научных и прикладных задач по мониторингу экологических ситуаций, рациональному использованию природных ресурсов, а также для инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, для принятия оперативных мер в условиях чрезвычайных ситуаций др.
ВИДЫ ГИС
Классифицировать ГИС можно на профессионального (рабочие станции и сетевая эксплуатация системы) и настольного типа (персональные компьютеры). Кроме того, классифицировать ГИС можно исходя из архитектурных принципов построения. Все ГИС принадлежат к трем типам архитектурам:
· закрытым;
· специализированным;
· открытым.
Открытые системы не имеют возможностей расширения , у них отсутствуют встроенные языки, не предусмотрено написание приложений, они будут выполнять только то, что выполняют на момент их покупки. В большинстве случаев закрытые системы вообще невозможно изменить, поэтому они имеют низкие цены и короткий жизненный цикл.
Специализированные системы предлагаются вместе с библиотекой приложений и строятся из определенного набора этих приложений, необходимого пользователю. В таких системах хорошо то, что вначале они требуют небольших вложений, но если вам потребуются новые возможности, цена на пополнение такой системы может быть непредсказуемо большой.
Открытые системы обычно имеют от 70 до 90% встроенных функций и на 10-30% могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Термин "открытые" системы означает открытость для пользователя, легкость приспособления, расширения, изменения, адаптацию к новым форматам, изменившимся данным, связь между существующими приложениями. Покупка таких ГИС сопряжена с минимальным риском столкнуться с трудностями при развитии решаемых задач в будущем. Открытые системы обычно дороги первоначально, но имеют большой жизненный цикл.
Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам.
Программные обеспечения ГИС делятся на пять основных используемых классов .
Первый наиболее функционально полный класс программного обеспечения - это инструментальные ГИС. Они могут быть предназначены для самых разнообразных задач: для организации ввода информации (как картографической, так и атрибутивной), ее хранения (в том числе и распределенного, поддерживающего сетевую работу), отработки сложных информационных запросов, решения пространственных аналитических задач (коридоры, окружения, сетевые задачи и др.), построения производных карт и схем (оверлейные операции) и, наконец, для подготовки к выводу на твердый носитель оригинал-макетов картографической и схематической продукции. Как правило, инструментальные ГИС поддерживают работу, как с растровыми, так и с векторными изображениями, имеют встроенную базу данных для цифровой основы и атрибутивной информации или поддерживают для хранения атрибутивной информации одну из распространенных баз данных: Paradox, Access, Oracle и др. Наиболее развитые продукты имеют системы run time, позволяющие оптимизировать необходимые функциональные возможности под конкретную задачу и удешевить тиражирование созданных с их помощью справочных систем.
Второй важный класс - так называемые ГИС-вьюверы, то есть программные продукты, обеспечивающие пользование созданными с помощью инструментальных ГИС базами данных. Как правило, ГИС-вьюверы предоставляют пользователю (если предоставляют вообще) крайне ограниченные возможности пополнения баз данных. Во все ГИС-вьюверы включается инструментарий запросов к базам данных, которые выполняют операции позицирования и зуммирования картографических изображений. Естественно, вьюверы всегда входят составной частью в средние и крупные проекты, позволяя сэкономить затраты на создание части рабочих мест, не наделенных правами пополнения базы данных.
Третий класс - это справочные картографические системы (СКС). Они сочетают в себе хранение и большинство возможных видов визуализации пространственно распределенной информации, содержат механизмы запросов по картографической и атрибутивной информации, но при этом существенно ограничивают возможности пользователя по дополнению встроенных баз данных. Их обновление (актуализация) носит цикличный характер и производится обычно поставщиком СКС за дополнительную плату.
Четвертый класс программного обеспечения - средства пространственного моделирования. Их задача - моделировать пространственное распределение различных параметров (рельефа, зон экологического загрязнения, участков затопления при строительстве плотин и другие). Они опираются на средства работы с матричными данными и снабжаются развитыми средствами визуализации. Типичным является наличие инструментария, позволяющего проводить самые разнообразные вычисления над пространственными данными (сложение, умножение, вычисление производных и другие операции).
Пятый класс, на котором стоит заострить внимание - это специальные средства обработки и дешифрирования данных зондирований земли. Сюда относятся пакеты обработки изображений, снабженные в зависимости от цены различным математическим аппаратом, позволяющим проводить операции со сканированными или записанными в цифровой форме снимками поверхности земли. Это довольно широкий набор операций, начиная со всех видов коррекций (оптической, геометрической) через географическую привязку снимков вплоть до обработки стереопар с выдачей результата в виде актуализированного топоплана.
Кроме упомянутых классов существует еще разнообразные программные средства, манипулирующие с пространственной информацией. Это такие продукты, как средства обработки полевых геодезических наблюдений (пакеты, предусматривающие взаимодействие с GPS-приемниками, электронными тахометрами, нивелирами и другим автоматизированным геодезическим оборудованием), средства навигации и ПО для решения еще более узких предметных задач (изыскания, экология, гидрогеология и пр).
Естественно, возможны и другие принципы классификации программного обеспечения: по сферам применения, по стоимости, поддержке определенным типом (или типами) операционных систем, по вычислительным платформам (ПК, рабочие Unix-станции) и т д.
Стремительный рост количества потребителей ГИС-технологий за счет децентрализации расходования бюджетных средств и приобщения к ним все новых и новых предметных сфер их использования.
Все многообразие ГИС по типу аппаратного обеспечения можно классифицировать на два класса :
Для эксплуатации на персональных компьютерах;
Для эксплуатации на рабочих станциях.
Персональные компьютеры
Программное обеспечение ГИС, созданное специально для персональных компьютеров - это, как правило, имеют учебный или справочно-информационный характер. Однако непосредственно персональный компьютер может использоваться как рядовая машина сети, на которой могут выполняться второстепенные задачи.
Базовые технические характеристики компьютеров в целом определяются основными структурными компонентами:
Микропроцессором, который управляет работой компьютера и выполняет все вычисления. В настоящее время наибольшее расспространение получили процессоры Pentium Intel, AMD, Cyrix. Быстродействие компьютера зависит от частоты используемого процессора - 166, 200 МГц;
· оперативной памятью, в которой располагаются программы, выполняемые компьютером в момент их работы, и используемые ими данные. От объема оперативной памяти сильно зависит быстродействие ГИС;
· контроллеры, которые управляют работой различных устройств компьютера (монитор, накопитель на магнитных и оптических дисках дисках и т.д.) и переферии (мышь, принтер, плоттер, сканер и т.д.).
На сегодняшний день можно рекомендовать следующую конфигурацию персонального компьютера для работы с ГИС - Pentium Intel 200 (процессор) / 64 MB (емкость оперативная память) / 2.5 GB (емкость жесткого диска) / 2MB (емкость видеопамяти) / 17"" SVGA (размер диагонали цветного монитора).
Рабочие станции
Рабочая станция - это гораздо мощный компьютер, отличительной особенность которого является возможность подключения большого количества менее мощных персональных компьютеров. Поскольку функционирование большинства ГИС связано с манипулированием графикой высокого качества, что требует огромных ресурсов по объему памяти и скорости работы, то рабочие станции в ГИС-технологиях получили наибольшее распространение. Базовые технические характеристики рабочих станций также определяются основными структурными компонентами: процессором, видеосистемой, системным интерфейсом.
Похожая информация.
С.С. Смирнов (Южный НИИ морского рыбного хозяйства и океанографии)
При создании геоинформационной системы (ГИС) неизбежной является проблема выбора программного обеспечения.
Известные программные продукты ведущих мировых компаний-разработчиков программного обеспечения ГИС при всех достоинствах обладают одним существенным недостатком высокой стоимостью, составляющей тысячи и десятки тысяч долларов. В настоящее время на рынке геоинформатики появляется все больше недорогих или бесплатных, но при этом качественных разработок.
Во многом это заслуга организации Open Geospatial Consortium (OGC, http://www.opengeospatial.org), объединяющей 339 компаний, государственных и научных учреждений. Основные цели, которые ставит перед собой OGC, разработка общедоступных стандартов, форматов данных и спецификаций, использующихся в геоинформационных технологиях, а также повсеместное внедрение этих технологий в различных отраслях.
Сервер геоинформационной базы данных
В том случае, если в создаваемой ГИС планируется задействовать не только набор файлов (например, Shape-файлы и растровые изображения), но и использовать информацию, хранящуюся в базе данных, то, скорее всего, не обойтись без сервера геоинформационной базы данных (geodatabase), который к тому же может обеспечить одновременную работу для группы пользователей в режиме «клиент-сервер».
В этом случае можно порекомендовать MySQL Server (http://www.mysql.com). MySQL не уступает по основным показателям таким признанным СУБД как Oracle и Microsoft SQL, при этом данная СУБД относится к разряду систем с открытым кодом и является бесплатной для некоммерческого использования, что, безусловно, выгодно отличает ее от вышеупомянутого дорогостоящего программного обеспечения. Начиная с версии 4.1 в MySQL была введена поддержка пространственных типов данных (Spatial extensions).
Программный сервер СУБД MySQL функционирует в среде Windows, управление процессом осуществляется с помощью команд, вводимых с консоли (рис. 1). Администрирование СУБД становится более удобным при использовании программного обеспечения с графическим интерфейсом (рис. 2), которое можно бесплатно скачать с сайта MySQL.
К серверам геоинформационных баз данных также относится СУБД
PostgreSQL
(http://www.postgresql.org). Как и MySQL, эта СУБД поддерживает пространственные типы данных (расширение PostGIS) и является бесплатной.
Программное обеспечение ГИС
Переходя к рассмотрению программного обеспечения для ГИС-клиентов, взаимодействующих с вышеупомянутыми СУБД, можно предложить две новые и весьма перспективные программы: Viewport
и KOSMO
, которые в настоящее время доступны для скачивания с сайтов разработчиков со статусом «Бета-версия» и «Release candidate» соответственно. Официальный выход первой версии этих программ планируется в ближайшие 2 3 мес. мультики
Viewport (разработчик Texel corporation, http://www.viewportimaging.com/) многофункциональное программное обеспечение для работы с пространственными данными, поддерживающее 37 форматов файлов (ESRI Shape, MapInfo Vector File, ARC/INFO ASCII Grid, USGS DEM, EOSAT Fast Format, ERDAS Imagine, GIF, JPEG, TIFF и др.) и 9 источников данных (ArcSDE, Informix Datablade, MySQL, PostgreSQL, Oracle Spatial, ODBC RDBMS, Web Mapping Service и др.).
Простой и удобный интерфейс, выбор картографической проекции, возможность создания SQL-запросов с последующим отображением их результатов на карте, масса изменяемых параметров графических объектов (изменяемая прозрачность, много видов штриховки/заливки, указание толщины и типа линии и пр.), экспорт в различные форматы все это делает программу весьма привлекательной для использования.
 Рис. 3. Экранная копия Viewport |
Стоимость одной лицензии 99,95 дол., однако возможно, что для некоммерческих (non-profit) учреждений лицензии будут предоставляться бесплатно. В настоящее время с сайта разработчика можно скачать бесплатную, но обладающую рядом ограничений, бета-версию программы.
KOSMO (разработчик SAIG, http://www.saig.es/en) представляет собой полноценную ГИС, предоставляемую совершенно бесплатно. Данная программа является результатом объединения собственных разработок компании SAIG и ряда проектов с «открытым кодом» (JUMP, JTS, GeoTools и др.).
KOSMO позволяет подключаться к геоинформационным базам данных (Oracle Spatial, MySQL, PostgreSQL-PostGIS), располагает большим набором инструментов для работы с векторными данными, поддерживает наиболее распространенные форматы растровых данных (TIFF, GeoTIFF, ECW, MrSid и др.), имеет хороший редактор стилей и конструктор запросов, обладает способностью расширения функциональности за счет подключения дополнительных модулей, и все это лишь небольшая часть возможностей программы.
 Рис. 4. Экранная копия KOSMO |
Кроме того, возможен выбор языка интерфейса. Помимо английского, испанского и португальского языков, скоро будет доступен и русский, поскольку автор данной статьи в настоящее время работает над переводом интерфейса программы на русский язык.
ГИС KOSMO разработана в среде Java, поэтому рекомендуется скачивать дистрибутив, в который уже включены модули JRE и JAI.
В ситуации, когда не требуется разрабатывать сложную ГИС, а необходимо только отобразить имеющиеся картографические данные, можно порекомендовать бесплатные ГИС-вьюеры: Christine GIS Viewer (
Рассмотрим некоторые вопросы этапа кодирования программного обеспечения.
Программа (program, routine) – последовательность команд и данных к ним, которые предназначены для управления конкретными компонентами системы обработки данных в целях реализации определенного алгоритма.
Программное обеспечение (ПО, software) – совокупность программ системы и программных документов, необходимых при эксплуатации этих программ. Различают системное и прикладное программное обеспечение.
Системное ПО (system software) включает программы, необходимые для согласования работы всего вычислительного комплекса при решении различных задач, а также при разработке новых программ.
Прикладное ПО (application software) разрабатывается и используется для решения конкретных задач пользователей ЭВМ.
ПО ГИС (GIS software) поддерживает тот или иной набор функциональных возможностей ГИС и включает специализированные программные средства, такие как:
Универсальные полнофункциональные ГИС (full GIS);
Инструментальные ГИС (GIS software tools);
Картографические визуализаторы (map viewer);
Картографические браузеры (map browser);
Средства настольного картографирования (desktop mapping);
Информационно-справочные системы (help-desk system).
Кроме того, существуют специальные программные средства, обслуживающие отдельные функциональные группы:
Конвертирование форматов;
Оцифровку;
Векторизацию;
Создание и обработку цифровых моделей рельефа;
Взаимодействие с системами спутникового позиционирования.
Комплект поставки программного обеспечения ГИС может включать отдельные функциональные модули, приобретаемые и используемые в наборе, обеспечивающем решение задач.
В комплексе с ПО ГИС используются такие программные продукты как:
Настольные издательские пакеты (Adobe Page Maker, Quark Xpress, Adobe InDesign);
Пакеты статистического анализа (Statistica);
Системы управления базами данных (MS Access, Oracle, DBase);
Системы автоматизированного проектирования (AutoCAD);
Электронные таблицы (MS Excel);
Средства цифровой обработки изображений (Adobe Photoshop).
ПО для разработки ГИС можно разделить на три группы:
1. Системы с широкими возможностями, включающими ввод данных, хранение, сложные запросы, пространственный анализ, вывод данных. Такие системы имеют собственные языки программирования, которые позволяют расширять данную систему функциями пользователей (ArcInfo). Разработку такой системы можно сравнить с разработкой обычных программ под конкретную операционную систему. Только в данном случае в роли операционной системы будет выступать инструментальная ГИС, а в роли программы – новые функции разработчиков, которыми эта ГИС будет дополнена.
2. Программные компоненты или библиотеки, которые содержат в себе ряд полезных функций (MapObjects, GeoConstructor). Используя эти функции и ПО из третьей группы, разработчики могут создать новую систему, которая будет функционировать в операционной системе, под которую она разрабатывалась.
3. Среды разработки ПО на различных языках программирования (C++, Basic, Delphi). Используя их, разработчик может часть работы в новой системе переложить на программные компоненты и библиотеки из второй группы, а может создать абсолютно новую систему без привлечения дополнительных вспомогательных средств.
Программа (program, routine) – последовательность команд и данных к ним, которые предназначены для управления конкретными компонентами системы обработки данных в целях реализации определенного алгоритма.
Программное обеспечение (ПО, software) – совокупность программ системы и программных документов, необходимых при эксплуатации этих программ. Различают системное и прикладное программное обеспечение.
Системное ПО (system software) включает программы, необходимые для согласования работы всего вычислительного комплекса при решении различных задач, а также при разработке новых программ.
Прикладное ПО (application software) разрабатывается и используется для решения конкретных задач пользователей ЭВМ.
Чтобы охарактеризовать ГИС-продукцию выделим следующие ее категории:
– специализированное программное обеспечение;
– комплексные системы, включающие все виды обеспечения (методическое, программное, техническое и др.), присущие развитым информационным системам;
– геоинформационные базы данных различного назначения на носителях цифровой информации;
– аэро- и космические снимки, тематические карты и изображения, текстовые отчеты.
Если говорить о специализированном программном обеспечении, то в данной категории ГИС-продуктов выделяется несколько классов, различающихся по своим функциональным возможностям и технологическим этапам обработки информации:
– Инструментальные ГИС;
– ГИС-вьюверы;
– Средства обработки данных дистанционного зондирования;
– Средства пространственного моделирования;
– Справочно-картографические системы.
Инструментальные ГИС - это в наибольшем числе случаев самодостаточные пакеты, включающие такой набор функций, который покрывает все стадии технологического цикла: ввод - обработка - анализ - вывод результатов. Самые мощные представители этого класса именуются «full GIS» (полнофункциональная ГИС). Они обеспечивают:
– двустороннюю связь между картографическими объектами и записями табличной базы данных;
– управление визуализацией объектов;
– работу с точечными, линейными и площадными объектами;
– ввод карт с дигитайзера и их редактирование;
– поддержку топологических взаимоотношений между объектами и проверку с их помощью геометрической корректности карты (замкнутость площадных объектов, связность, прилегание);
– поддержку нескольких картографических проекций;
– геометрические измерения на карте (длина, периметр, площадь);
– построение буферных зон вокруг объектов;
– оверлейные операции (наложение различных площадных объектов);
– создание собственной символогии (новые типы маркерных знаков, типов линий, типов штриховок);
– создание дополнительных элементов оформления карты (подписи, рамки, легенды);
– подготовка и вывод высококачественных твердых копий;
– решение транспортных задач (кратчайший путь на графе и т.п.);
– работу с цифровой моделью рельефа;
– обработку данных съемки местности;
Наиболее известными представителями этого класса являются:
ARC/INFO , ведущий программный продукт ESRI – высокоуровневая ГИС-система с полным набором средств геообработки, включая сбор данных (растровый и векторный формат), их интеграцию, хранение, автоматическую обработку, редактирование, создание и поддержку топологии, пространственный анализ, работу с регулярной и нерегулярной моделями, связь с SQL DBMS, прямое взаимодействие с SDE, визуализацию и создание твердых копий любой картографической информации. Работает на UNIX рабочих станциях и на PC c Windows NT. К базовому пакету системы ARC/INFO можно дополнительно приобрести ряд модулей расширения, предоставляющих пользователям много новых возможностей работы с геоданными.
Так же не менее известными представителями этого класса являются:
– линия пакетов компании Intergraph (MGE-PC), США;
– пакет AutoCAD Map компании Autodesk;
– SMALLWORLD (SmallWorld System, Великобритания);
– MapInfo (MapInfo Corporation, США);
– SPANS от TYDAC;
– GEO-SQL фирмы Generation 5.
ГИС-вьюверы - это недорогие (по сравнению с full GIS), облегченные пакеты с ограниченной возможностью редактирования данных, предназначенный в основном для визуализации и выполнения запросов к базам данных (в том числе и графическим), подготовленным в среде инструментальных ГИС. Большинство из них позволяют оформить и вычертить карту. Как правило, все разработчики полнофункциональных ГИС предлагают и ГИС-вьюверы, например:
WinCAT (Siemens Nixdorf, Германия): программный продукт фирмы Siemens Nixdorf - геоинформационная система ориентированная на интеграцию и анализ графических и семантических баз данных с ограниченными возможностями ввода и редактирования. Работает в операционных системах Windows.
Средства обработки данных дистанционного зондирования предназначаются для предварительно обработки материалов, полученных в результате аэро- и космических съемок земной поверхности. Основные этапы обработки:
1 Предварительный (геометрическая и яркостная коррекции, составление мозаики из нескольких снимков);
2 Тематический - классификация, построение цифровой модели рельефа (ЦМР), автоматическое выделение (распознавание, дешифрирование) объектов.
Для пользователя ГИС основная обработка - это проблемная, связанная в итоге с дешифрированием снимков. Дешифрирование, в свою очередь, подразделяется на объектное и тематическое. Объектное включает контурное дешифрирование (максимально точное проведение контуров и границ объектов: земельных участков, сельхозугодий, контуров зданий, полотна шоссейной дороги и т.д.) и идентификацию (опознание и выделение конкретных объектов). В тематическом дешифрировании акцент делается не столько и не только на точную отрисовку границ объекта, сколько на правильное его наполнение тематическим содержанием (например, какая толщина нефтяной пленки на водной поверхности). Одним из представителей этого класса продуктов является графический редактор ERDAS Imagine:
ERDAS Imagine : растровый графический редактор и программный продукт, первоначально разработанный компанией ERDAS Inc., и предназначенный для обработки данных дистанционного зондирования (в основном, данных ДЗЗ). Продукт предназначен для работы с растровыми данными. Он позволяет обрабатывать, выводить на экран монитора и подготавливать для дальнейшей обработки в программных приложениях ГИС и САПР различные картографические изображения. ERDAS Imagine может также работать в режиме инструментального средства, позволяющего производить многочисленные преобразования растровых картографических изображений и одновременно способного снабжать их географической информацией.
Средства пространственного моделирования предназначены для решения задач моделирования пространственно-распределенных параметров. К этим задачам следует отнести:
– обработку результатов полевых измерений;
– построение 3-мерной модели рельефа;
– построение моделей гидрографической сети и определение участков затопления;
– расчет переноса загрязнения и т.д.
Примером средства пространственного моделирования являются: линия продуктов фирмы Eagle Point, США; линия продуктов фирмы SOFTDESK, США.
Справочно-картографические системы . Это закрытые (в отношении формата и адаптации) оболочки, содержащие простой механизм запросов и отображения. Пользователь, как правило, лишен возможности изменения данных.
Программные средства географических информационных систем
1. Общая характеристика
Программные средства ГИС представляют собой совокупность в большей или меньшей степени интегрированных программных модулей, обеспечивающих реализацию основных функций ГИС. В общем случае можно выделить шесть базовых модулей:
1) ввода и верификации данных,
2) хранения и манипулирования данными,
3) преобразования систем координат и трансформации картографических проекций,
4) анализа и моделирования,
5) вывода и представления данных,
6) взаимодействия с пользователем.
Учитывая широкий спектр и весьма специфические особенности реализуемых функций, программное обеспечение геоинформационных систем в настоящее время составляет часть мирового рынка программного обеспечения. Известно достаточно большое количество коммерческих пакетов программного обеспечения ГИС, позволяющих выполнять разработку геоинформационных систем с определенными функциональными возможностями для конкретных территорий. Количество таких ГИС-пакетов измеряется многими десятками. Однако, если говорить о наиболее известных и широко применяющихся коммерческих ГИС-пакетах, то их количество может быть ограничено десятью-пятнадцатью.
По итогам исследований фирмы PC GIS Company Datatech (США), занимающейся анализом мирового рынка ГИС, первое место в рейтинге программных ГИС продуктов в последние годы занимает пакет MAPINFO, разработанный Mapping Information Systems Corporation (США) и имеющий около 150000 пользователей по всему миру. К наиболее популярным также относятся ГИС-пакет ARC/INFO, разработанный Калифорнийским институтом исследований природной среды (ESRI), и пакет географического анализа и обработки изображений IDRISI, созданный в Университете Кларка (США). Широкую известность имеют пакеты ATLAS*GIS фирмы Strategic Mapping Inc. (США) MGE фирмы INTERGRAPH (США), SPANS MAP/SPANS GIS Фирмы Tydac Technologies Corp. (США), ILWIS, разработанный в Международном институте аэрофотосъемки и наук о Земле (Нидерланды) SMALLWORLD GIS фирмы Smallworld Mapping Inc. (Великобритания) SYSTEM 9 фирмы Prime Computer-Wild Leitz (США), SICAD фирмы Siemens Nixdorf (Германия). Представляется необходимым назвать также ГИС пакет GEOGRAPH/GEODRAW, разработанный в Центре геоинформационных исследований Института географии Российской Академии наук, который по итогам исследований, проведенных в 1994 году в России, занимал третье место в рейтинге программных ГИС продуктов, а также WINGIS австрийской фирмы PROGIS, занявший пятую позицию в этом рейтинге. Несомненный интерес для исследований окружающей среды представляет ГИС пакет PC-RASTER, разработанный на географическом факультете университета города Утрехта (Нидерланды) и обладающий развитыми аналитическими возможностями.
2. Интерфейс пользователя ГИС
В зависимости от типа и назначения ГИС среда управления (интерфейс пользователя) обычно имеет несколько уровней. ГИС производит "информационные изделия" - списки, карты - которые позже используются для принятия решения различными категориями пользователей. Конечный пользователь в большинстве случаев может не взаимодействовать с системой непосредственно. Например, муниципальная система отчетов производит инвентаризационные списки, которые используются комитетами для выработки решений относительно различных хозяйственных мероприятий. Руководители комитетов не знают ничего относительно организации муниципальной системы, имея только концептуальное понимание о том, какая информация находится в ГИС и ее функциональных способностях. Однако менеджер системы должен иметь подробное представление о том, какая информация находится в базе данных и какие функции может выполнять ГИС. Системный аналитик или программист должен иметь еще более подробное понимание функциональных способностей конкретной прикладной ГИС. Конечный же пользователь взаимодействует с системой обычно через специального оператора, выдающего информацию как по стандартным, так и по индивидуальным запросам.
Степень сложности общения пользователя и ГИС определяется в первую очередь степенью проработки структуры базы данных, правильностью идентификации находящихся в базе данных объектов и наличием перекрестных ссылок между различными группами объектов. Получение какой либо информации из базы данных осуществляется в большинстве случаев при помощи специальных запросов, формируемых явным и неявным образом. Неявные запросы обычно уже программно реализованы и заложены в различные функциональные блоки системы фирмой-производителем программного обеспечения. Например, нажатие курсором мыши на пространственный объект, отображенный на экране, инициализирует алгоритм поиска "по местоположению" связанной с этим объектом атрибутивной информации. Явный запрос пишется пользователем (системным программистом ГИС) при помощи специального языка программирования (обычно SQL, иногда специально разработанный для данной системы язык) в текстовом редакторе, но в последнее время получили распространение диалоговые окна формирования запросов. Такие запросы могут сохранятся в специальной библиотеке и запускаться по мере необходимости.
Запросы могут значительно различаться по своему назначению и выполняемым в ходе их реализации алгоритмам. Простой запрос данных осуществляется с указанием конкретных идентификаторов объектов или точного местоположения и часто сопровождается указанием
Конкретных значений уточняющих параметров. Другие запросы осуществляют поиск объектов, удовлетворяющих более сложным требованиям. Имеются несколько различных типов поисковых запросов:
1. "Где объект X?". Здесь могут задаваться как точные атрибутивные характеристики искомого объекта, так и определенный диапазон этих характеристик. В некоторых случаях может задаваться радиус и сектор поиска относительно центральной точки, иногда буферная зона другого объекта.
2. "Что есть этот объект?". Объект идентифицирован ("выбран") при помощи диалогового устройства - мыши или курсора. Система возвращает признаки объекта, например, уличный адрес, имя владельца, Производительность нефтяной скважины, высоту над уровнем моря и
3. "Суммировать признаки объектов в пределах расстояния Х или внутри/снаружи определенной зоны". Комбинирование двух предыдущих запросов и статистических операций. "Какой самый лучший маршрут?". Определение оптимального маршрута по различным критериям (минимальная стоимость, минимальное постороннее воздействие, максимальная скорость) между этими двумя и более точками.
5. Использование отношений между объектами, например, поиск нижележащих элементов или определение крутизны уклона для цифровых моделей рельефа.
Для большинства приложений ГИС система должна работать в режиме реального времени: максимальное время, позволенное для ответа- несколько секунд. При достаточно частых обращениях к системе на первое место выдвигаются уже чисто эргономические требования к интерфейсу пользователя - меню и пиктограммы должны быть предпочтены текстовым командам, которые утомительны при наборе. Имеются несколько типов интерфейсов пользователя:
1. Команда, которую пользователь набирает в командной строке, например, С >. Пользователь должен следить за определенным системой синтаксисом команд, используя точную запись и правила пунктуации. Однако в некоторых ГИС таких команд может быть более 1000, очень неудобно для неопытных пользователей. Интерактивная помощь может сократить потребность в знании всех правил и синтаксиса, особенно для редко используемых команд.
2. Меню . Пользователь выбирает пункт меню, отвечающий за проведение определенной функции. Пункт меню представляет выбор, который является единственно возможными в это время. Следствия выбора могут быть отображены в специальном списке около каждого пункта. Однако, сложные системы меню утомительны при их постоянном использовании и не обеспечивают гибкость команд.
3. Пиктографические меню. Эта форма меню использует символические изображения для доступности смысла команд и упрощения управления. Пользователь управляет системой, используя пиктограммы для выполнения наиболее часто встречающихся функций и обычное меню для остальных. Многие пользователи лучше воспринимают символические системы и быстрее осваивают ГИС.
4. Окна. Интерфейс ГИС должен использовать преимущества характера пространственных данных. Имеются два естественных способа доступа к пространственным данным - через пространственные объекты и через их признаки. Современные сложные системы используют несколько экранных окон для отдельного вывода текстовых и графических данных. Окна позволяют одновременно выводить на экран несколько видов одной карты, например, в полном охвате и в увеличенном изображении.
5. Национальный язык интерфейса. Очевидные преимущества при использовании национального языка в системах меню и интерактивной помощи проявляются немедленно. Резко возрастает как скорость освоения системы, так и полнота использования ее функциональных возможностей. Большинство производителей программного обеспечения ГИС в настоящее время продвигают на иноязычные национальные рынки (стандарт - английский язык) "адаптированные" версии своих продуктов.
Многие оболочки ГИС совмещают несколько подходов к организации среды управления системой, создавая комбинированный интерфейс как с обычным "выпадающим" меню, так и с набором блоков пиктографических меню. Иногда дополнительно используется и командная строка, причем распознавание многих команд производится по их сокращенному виду (первые два-три символа).
Развитие аппаратного обеспечения определяет и развитие других типов интерфейса. Сенсорные дисплеи позволят пользователю выбирать объект или отдавать команды простым прикосновением пальца или специального указателя к определенной области экрана. Для некоторых типов прикладных ГИС, работающих с крупномасштабными моделями рельефа, возможно внедрение технологий "виртуальной реальности" при моделировании земной поверхности и находящихся на ней пространственных объектов: зданий, деревьев и т. д.
Программные средства ГИС - 4.5 out of 5 based on 2 votes