Електронни й підручни к Київ 2015 2



Pdf просмотр
Сторінка8/14
Дата конвертації06.02.2017
Розмір5.01 Kb.
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   14
тематичної
інформації у ГІС

114 збирають: ідентичні за своїм змістом бази даних можуть обслуговувати зовсім відмінні (в тому числі чисто географічні і явно негеографічні) додатки. Навпаки, системи різного цільового призначення вимушені акумулювати одинакові дані. Наприклад, база даних з цифровим представленням рельєфу використовується для автоматизованого викреслювання ізогіпсів на топографічній карті
(топографічна картографія), розрахунку та картографування морфометричних показників
(геоморфологія
і тематична картографія), пошуку оптимальних трас шосейних доріг чи інших комунікацій
(інженерні пошуки та проектування).
ГІС зберігає інформацію про реальний світ у вигляді набору тематичних шарів, які об’єднані на основі географічного положення. Цей простий, але дуже гнучкий підхід довів свою цінність при розв’язуванні різноманітних реальних задач: для слідкування за пересуванням транспортних засобів і матеріалів, детального відображення реальної обстановки та запланованих заходів, моделювання глобальної циркуляції атмосфери.
Будь яка географічна інформація містить дані про просторове положення, чи то прив’язка до географічних чи
інших координат, чи посилання на адресу, поштовий індекс, виборчий округ чи округ перепису населення, ідентифікатор земельної чи лісової ділянки, назва дороги і т.п. При використанні подібних посилань для автоматичного визначення місцезнаходження об’єкта
(об’єктів) застосовується процедура, яка називається геокодуванням. За
її допомогою можна швидко визначити і подивитись на карті, де знаходиться об’єкт чи явище, яке нас цікавить, таке як будинок, в котрому проживає ваш знайомий чи знаходиться потрібна вам організація, де відбувся землетрус чи повінь, за яким маршрутом простіше і швидше можна дістатися до потрібного вам пункту чи будинку.
Проте, завдання ГІС виходять далеко за межі картографії, роблячи їх основою для інтеграції приватних географічних та інших (геологічних, ґрунтових, економічних тощо) наук при комплексних системних геонаукових дослідженнях.
Набір функціональних компонентів інформаційних систем кадастрового призначення повинен містити ефективний та швидкодіючий
інтерфейс, засоби автоматизованого введення даних, адаптовану для розв’язування відповідних задач систему управління базами

115 даних, широкий набір засобів аналізу, а також засобів генерації зображень, візуалізації та виведення картографічних документів.
Описова інформація організовується в базу даних, окремі таблиці зв’язуються між собою через ключові поля, для них можуть бути визначені індекси, відношення тощо.
Крім того, в ГІС описова інформація зв’язується з просторовими даними. Відмінність ГІС від стандартних систем управління базами даних (dBASE, Access і т.п.) полягає як раз в тому, що ГІС дає можливість працювати з просторовими даними.
Просторові дані в ГІС представляються у двох основних формах - векторній і растровій. Векторна модель даних базується на представленні карти у вигляді точок, ліній і плоских замкнутих фігур. Растрова модель даних базується на представленні карти з допомогою регулярної сітки однакових за формою і площею елементів. Відмінності між цими моделями даних пояснюються рисунком
На цьому рисунку показано як об’єкти місцевості – озеро, річка, ліс, поле і т.п. відображаються з допомогою векторної моделі – лініями і полігонами, а також як вони ж відображаються з допомогою растрової моделі – по-різному розфарбованими квадратиками. В нижній частині рисунка показано відображення озера і річки в іншій проекції. Тут видно, що растрова модель даних це набір однакових за величиною, але по різному розфарбованих, квадратиків. В векторній моделі даних озеро зображено пофарбованим многокутником, який в ARC\INFO називається полігоном
(polygon), а річка ламаною лінією, яка називається дугою
(arc). Початок і кінець цієї ламаної лінії називаються вузлами
(node).
Застосування ГІС
На верхньому рівні класифікації всі інформаційні системи розподіляються на просторові і непросторові. ГІС, відповідно, відносяться до просторових, діляться на тематичні (наприклад, соціально-економічні) і земельні
(кадастрові, лісові, інвентаризаційні та інші). Існує розподіл за територіальним охопленням (загальнонаціональні і регіональні ГІС); за метою (багатоцільові, спеціалізовані, в тому числі інформаційно-довідкові, інвентаризаційні, для нужд планування, управління); за тематичною орієнтацією
(загальногеографічні, галузеві, в тому числі водних ресурсів, використання земель, лісокористування, туризму, рекреацій тощо).

116
Одним із основних джерел даних для ГІС є матеріали дистанційного зондування. Вони об’єднують всі типи даних, які отримують з носіїв космічного (пілотовані орбітальні станції, кораблі багаторазового використання типу
«ШАТТЛ», автономні супутникові знімальні системи і т.п.) та авіаційного базування
(літаки, гелікоптери та мікроавіаційні радіокеровані апарати) і складають значну частину дистанційних даних (remotely sensed data) як антонім контактних (перш за все наземних) видів зйомок, способів отримання даних вимірювальними системами в умовах фізичного контакту з об’єктами зйомки. До неконтактних
(дистанційних) методів зйомки окрім аерокосмічних відносяться різноманітні вимірювальні системи морського
(надводного) и наземного базування, включаючи, наприклад, фототеодолітну зйомку, сейсмо- , електро-, магніторозвідку та інші методи геофізичного зондування надр, гідроакустичні зйомки рельєфу морського дна з допомогою гідролокаторів бокового огляду, інші способи, засновані на реєстрації власного чи відбитого сигналу хвильової природи.
Геоінформаційні системи є важливим інструментом збору та планування географічних об’єктів. Світові ГІС можна досить чітко розбити на три основні категорії:

Потужні повнофункціональні ГІС на основі робочих станцій на UNIX-системах та RISC- процесорах.

ГІС середньої потужності ( чи ГІС з редукованими можливостями) класу MAPINFO на PC- платформі.

Програми, які побудовані за принципом ГІС та мають малі потреби в ресурсах ЕОМ.
Останнім часом в середовищі
ГІС широко використовуються портативні приймачі даних про координати об’єктів з глобальної системи навігації
(позиціонування) GPS, які дають можливість отримувати планові і висотні координати з точністю від кількох метрів до кількох міліметрів, що у поєднанні з портативними персональними ЕОМ та спеціалізованим програмним забезпеченням обробки даних з системи GPS дозволяє використовувати їх для польових зйомок в умовах необхідності їх надоперативного виконання (наприклад, при ліквідації наслідків стихійних лих та техногенних катастроф).
Мінімальний набір критеріїв, які дозволяють
ідентифікувати кожну конкретну геоінформаційну систему,

117 створює “систему координат“ трьохвимірного простору, осями якого є: територіальне охоплення і пов’язаний з ним функціонально масштаб (чи просторовий розв’язок), предметна галузь
інформаційного моделювання та проблемна орієнтація. Однією із галузей застосування технології ГІС є пошук затонулих кораблів.
Перспективи розвитку ГІС на найближчі роки.
Перший напрямок розвитку ГІС. Гіс-технології об'єднані з даними дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) з космосу, з літаків і будь-яких інших літальних апаратів.
Десятки орбітальних систем передають високоточні космічні знімки будь-якої території нашої планети. Сформовані архіви
і банки даних цифрових знімків на величезну територію земної кулі. Вони відносно доступні для споживача
(оперативний пошук, замовлення й одержання по системі
Інтернет), що дає можливість проведення зйомок будь-якої території за бажанням споживача, з наступною обробкою й аналізом фотографій із космосу за допомогою різних програмних засобів, інтегрованих з ГІС-пакетами і ГІС- системами.
Другий напрямок розвитку ГІС - спільне і широке використання даних високоточного глобального розташування того чи іншого об'єкта отриманих за допомогою систем GPS (США) чи ГЛОССНАС (Росія). Ці системи, особливо GPS, уже зараз широко використовуються в морській навігації, повітроплаванні, геодезії, військовій справі й інших галузях людської діяльності.
Третій напрямок розвитку ГІС пов'язаний із розвитком системи телекомунікацій, у першу чергу міжнародної мережі
Інтернет і масовим використання глобальних міжнародних
інформаційних ресурсів.
6.2.

Структура та архітектури ГІС
З розвитком ГІС і накопиченням в них великих об'ємів картографічних та предметних даних виникає необхідність в обміні інформацією між системами, які створювались на різних ГІС-платформах. Традиційні ГІС мали гібридну архітектуру за ознакою уніфікації обробки картографічних і атрибутних даних.
Для картографічних даних використовувались специфічні для кожної платформи моделі та формати, для атрибутних даних - реляційні СУБД загального призначення. Обмін картографічними даними в таких ГІС виконувався за допомогою конвертації

118 уніфікованих
(де-факто або де-юре) форматів експорту/імпорту даних і з часом архітектура традиційних
ГІС вступила в протиріччя з магістральним шляхом розвитку глобальних
інформаційних мереж та технологій клієнт/сервер. Специфічність картографічної компоненти була також основною причиною значної залежності від платформи програмних засобів просторового аналізу і спеціалізованих мов програмування, використовуваних для розвитку систем.
В 1996-1997 роках в арсеналі ГІС-засобів з'явились перші інструментальні рішення для побудови відкритих геоінформаційних систем (OpenGIS), які забезпечують:
• інтеграцію з сучасними об'єктно-орієнтованими візуальними засобами розробки програмного забезпечення та
інтерфейсу користувача універсального призначення (Visual
Basic, C++, Delphi, PowerBuilder тощо);
• динамічну інтеграцію даних з різних джерел;
• інтеграцію з системами автоматизації офісів;
• підтримку обробки геоданих з використанням технології мережі Internet.
Сьогодні компоненти відкритих ГІС є в арсеналі всіх провідних розробників ГІС-технологій. Вони розраховані на платформу Windows з використанням її основних механізмів
інтеграції застосувань: об'єктних моделей (COM, DCOM,
CORBA), методів інтеграції (OLE і OLE4D&M) і розробки
(QLE Automation), інтерфейсу користувача (Windows), методів доступу до баз даних (ODBC), технології візуалізації
(OpenGL, GDI), електронної пошти (МАРІ) та доступ до
Internet і Web (Internet Services).
Від корпорації Intergraph до відкритих ГІС відносяться компоненти технології Jupiter з її першими представниками
GeoMedia та GeoMedia Web Map, від інституту ESRI -
MapObjects, Spatial Database Engine (St)t) та Arc View Map
Server, від Autpdesk - MapGuide та Autodesk World.
Характерними ознаками продуктів цього класу є:
• підтримка візуалізації не тільки власних графічних форматів, а й форматів конкурентів;
• можливість використання універсальних мов програмування для розробки прикладних програм;
• підтримка роботи з Oracle Spatial Data Option (SDO);
• можливість створення та редагування графічних даних (але знову ж таки в специфічних для кожної фірми форматах).

119
Поява цих продуктів приводить до перекривання монопольних секторів фірм-виробників ГІС технологій і в значній мірі зменшує ризик
інвестицій кінцевих користувачів, але ринок важливих продуктів просторового аналізу залишається залежним від ГІС платформ виробників.
Найбільш перспективними та адекватними концепції відкритих ПС є технології ГІС з застосуванням концепції
SDO, яка дозволяє застосувати єдиний підхід до накопичення та обробки як атрибутних, так і графічних даних на основі
єдиної реляційної СУБД, аж до застосування розширень SQL для формування просторових запитів. Застосування технології класу SDO дозволить звести до спільного базису найбільш науковомісткі компоненти ПС: просторовий аналіз, аналіз мереж, обмін картографічними даними тощо.
Незважаючи на різноманіття функціональних можливостей та механізмів інтеграції відкритих ГІС, проблема забезпечення незалежності прикладних програм від конкретних ГІС-платформ і форматів геоданих залишається актуальною. Одним із шляхів її подолання є введення в архітектуру застосувань додаткового елементу - уніфікованого ГІС-серверу застосувань (далі ГІС-сервер) як логічного програмного процесу, що слугує посередником між прикладною програмою-клієнтом
(1Ш) та
інструментальними ГІС конкретних виробників (ІГІС). Мова йде про використання трирівневої архітектури ГІС: застосування, ГІС-сервер застосувань, ІГІС як сервери геоданих (див. рисунок). Для взаємодії між окремими
Архітектура геоданих у ГІС


120 рівнями та елементами такої архітектури можуть бути використані відповідні
інтерфейси прикладного програмування (АРІ) та різноманітні механізми інтеграції застосувань. Ключовими питаннями є уніфікація (в ідеалі - стандартизація) функцій ГІС-серверу та потенційна можливість його параметризації з метою спрощення налагодження на характеристики конкретних
інструментальних ГІС.
В більшості інструментальних ГІС проект (карта) є сукупністю тематично-орієнтованих шарів геоданих одного чи кількох споріднених форматів з атрибутами їх візуалізації
і операційними характеристиками кожного. ГІС-проект трирівневого застосування може базуватися на значно більш широкому наборі форматів геоданих. Підтримка кожного з форматів забезпечується відповідною інструментальною ГІС, клієнтом якої є ГІС-сервер, а не безпосередньо прикладна програма.
Можна виділити два основні підходи до уніфікації функцій ГІС-серверу: еволюційна глобальна уніфікація широкого набору функцій як передумова стандартизації функціонального інтерфейсу переважної більшості ГІС- застосувань та локальна уніфікація в межах конкретної сфери використання ГІС-технологій чи навіть окремих прикладних програм. В рамках першого підходу доцільна параметризація ГІС-серверу для спрощення налагодження на конкретні платформи та введення спеціальної функції
ESCAPE для підтримки механізму "стандартного використання нестандартних можливостей" ГІС. Метадані в базі даних характеристик та функцій ІПС призначені для реєстрації функцій конкретних інструментальних ГІС
(включаючи нестандартні) на рівні синтаксису виклику функцій та опису їх параметрів.
Для більшості ГІС-застосувань достатнім буде такий мінімальний набір функцій ГІС-серверу:
1) Функції роботи з проектами та візуалізації шарів, в тому числі:
• створити новий чи відкрити існуючий проект, зберегти проект;
• візуалізувати при заданих властивостях шар карти в вікні проекту. Параметри: система світових координат, світові координати, вікно в світових координатах, дескриптор вікна Windows (hWnd), область виводу в екранних координатах, умови генералізації та графічні атрибути зображення;

121 2) Функції ідентифікації та виділення об'єктів:
• графічна селекція об'єктів за координатами точки або області (радіальної, прямокутної чи довільної полігональної);
• графічне виділення об'єктів за заданим списком їх ключових ідентифікаторів;
3) Функції вводу та редагування геоданих:
• одержати координати об'єкту;
• змінити координати існуючого об'єкту;
• додати новий об'єкт з його координатами;
• видалити графічний об'єкт;
4) Функції геометричного аналізу:
• визначення відстаней, довжин ламаних ліній, центроїдів полігонів;
• розрахунок периметрів та площ;
• пошук перетинів ліній;
5) Оверлейні функції:
• побудова буферних зон навколо об'єктів;
• об'єднання та перетин полігональних об'єктів;6)
Функція отримання експрес-інформації про атрибути об'єкту безпосередньо від інструментальних ГІС.
База атрибутних даних застосування може бути локальною, клієнт-серверною (в тому числі побудованою за трирівневою архітектурою) або інтегрованою (на основі використання реляційних моделей геоданих по технологіях
SDO чи SDE).
6.3.

Сучасні програмні продукти ГІС та провідні
виробники геоінформаційних картографічних пакетів

Останніми десятиріччями у світі розроблено велику кількість різноманітних геоінформаційних систем.
Запропоновано різні класифікації, кожна з яких певною мірою ранжирує існуюче різноманіття в певну кількість однорідних класів з використанням однієї або декількох ознак.
Звичайно геоінформаційні системи класифікують за такими ознаками:
- за призначенням — залежно від цільового використання;
- за проблемно-тематичною орієнтацією — залежно від сфери застосування;
- за територіальним охопленням — залежно від розміру території і масштабного ряду цифрових картографічних даних, що складають базу даних ГІС.

122
Наведемо узагальнення наявних класифікацій за цими ознаками, спираючись на роботи (McLaughlin et al.,
1987; Bracken et al., 1989; Отраслевой стандарт.., 1997 та
ін.).
За
призначенням геоінформаційні системи поділяють на багатоцільові та спеціалізовані.
Багатоцільовими системами, як правило, є регіональні ГІС, призначені для розв'язання широкого спектра завдань, пов'язаних з регіональним керуванням. Спеціалізовані ГІС забезпечують виконання однієї або кількох близьких функцій. До них, як правило, відносять геоінформаційні системи:
- інформаційно-довідкові;
- моніторингові;
- інвентаризаційні;
- прийняття рішень;
- дослідницькі;
- навчальні.
Дослідницькі ГІС створюються для забезпечення розв'язання будь-якої наукової проблеми або сукупності наукових проблем із застосуванням методів просторово- часового аналізу й моделювання. Прикладом може бути геоінформаційна система басейну річки Бутеня (Київська область,
Богуславська польова експериментальна гідрометеорологічна база УкрНДГМІ), створена для розв'язання проблеми прогнозу просторового перерозподілу радіонуклідів у басейні малої річки в рамках виконання міжнародного проекту SPARTACUS (SPARTACUS, 2000).
База просторових даних геоінформаційної системи р. Бутені складається із понад тридцяти шарів даних, що характеризують рельєф (цифрова модель рельєфу і похідні від неї карти ухилів, експозицій, поздовжньої і поперечної кривизни схилів та ін.), гідрографічну мережу (карти місцевих ліній течії, водозборів, «вищерозміщених елементів», ухилів, гідравлічної жорсткості та ін.),
ґрунтовий покрив (карти генетичних типів ґрунтів,
ґрунтотвірних порід, еродованості, а також параметрів, що характеризують водно-фізичні і протиерозійні властивості
ґрунтів та їх радіоактивне забруднення), природну і культурну рослинність (карти лісів, сільськогосподарських угідь, сівозмін і параметрів, що їх характеризують) і

123 землекористування
(карти типів землекористування, дорожньої мережі та ін.).
Навчальні ГІС розробляються для забезпечення навчального процесу, як правило, у вищих навчальних закладах. Як об'єкт у таких геоінформаційних системах частіше за все розглядаються території польових стаціонарів — баз навчальних польових практик студентів.
Прикладами навчальних ГІС є ГІС «Сатіно», розроблена на географічному факультеті Московського державного університету ім. М.В. Ломоносова (Лурье, 1998) і ГІС
Навчального географічного стаціонару «Кринички» (північ
Одеської області), яка розробляється на геолого- географічному факультеті Одеського національного університету ім. 1.1. Мечникова. Остання складається з банку просторової
(картографічної)
інформації
і пов'язаних з нею атрибутивних даних для території польового стаціонару загальною площею близько 100 км кв та бібліотеки прикладних модулів, що реалізують навчальні, наукові і прикладні завдання на основі Банку даних і можливостей геоінформаційних технологій.
За проблемно-тематичною орієнтацією звичайно виділяють типи геоінформаційних систем, що відповідають «основним сферам застосування ГІС», тобто:
- земельно-кадастрові;
- екологічні і природокористувальницькі;
- інженерних комунікацій і міського господарства;
- надзвичайних ситуацій;
- навігаційні;
- соціально-економічні;
- геологічні;
- транспортні;
- торгово-маркетингові;
- археологічні;
- військові;
- інші.
У категорії «інші» в цій класифікації може бути пойменована ще достатньо велика, причому така, що продовжує збільшуватися, кількість типів ГІС, оскільки сфера застосування ГІС не обмежена переліком зазначених вище сфер розширюється далі.
За територіальним охопленням найбільш логічним
є поділ геоінформаційних систем на:

124
- глобальні;
- загальнонаціональні;
- регіональні;
- локальні.
Глобальні геоінформаційні системи охоплюють або всю земну кулю, наприклад, як Глобальний банк природно-ресурсної інформації (GRID), або якусь її значну частину — як геоінформаційна система Європейського співтовариства CORINE, характеристика яких наведена в наступному пункті. Загальнонаціональні ГІС, як це випливає із назви, охоплюють територію всієї країни, регіональні — якусь її частину, таку, як економічний район, адміністративна область чи група суміжних областей, басейн великої річки і т.ін. До категорії
«локальні ГІС» відносять геоінформаційні системи меншого територіального охоплення, але рекомендації щодо територіальних обмежень локальних ГІС відсутні.
До даної категорії, як правило, належать і муніципальні геоінформаційні системи (МГІС) — специфічна категорія геоінформаційних систем, що розробляються для території міста або його частини.
Програмні продукти компанії ESRI (США), найстарішого у світі виробника програмних засобів ГІС
(фірма заснована в 1969 р.), у наш час представлені, насамперед, сімейством спеціалізованих програмних пакетів, які об'єднані під назвою ArcGIS. Поточною версією ArcGIS є версія 9.1 (2005).
До складу ArcGIS входить багато інтегрованих програмних продуктів, призначених як для розробки і експлуатації геоінформаційних систем різного рівня складності, так і для геоінформаційного забезпечення розв'язання завдань, пов'язаних з використанням просторової інформації, включаючи польову зйомку і роботу в комп'ютерних мережах, у тому числі і в Інтернет.
Слід зазначити, що останніми роками в компанії ESRI робиться акцент саме на розробці мережного програмного
ГІС-забезпечення, а також на відповідному розширенні функціональних можливостей традиційних ГІС-пакетів, яке дозволяє їм працювати в комп'ютерних мережах.
Основними компонентами
ArcGIS
є: настільні
інструментальні ГІС (ArcGIS Desktop ), у тому числі
ГІС-пакети ArcInfo, ArcEditor і Arc View з набором додаткових модулів (extentions),серверне програмне ГІС-
Емблема компанії
ESRI –Інституту
охорони довкілля
США

125
забезпечення (Server GIS), до складу якого входять пакети
ArcIMS,
ArcSDE
і
ArcGIS
Server, мобільні
інструментальні ГІС (Mobile GIS), представлені пакетом
ArcPad,
і ГІС-інструменти,
або
вбудовані
інструментальні ГІС (Embedded GIS), представлені пакетом ArcGIS Engine, а також програми-в'юери (viewers,
Web-viewers),такі, як ArcReader і ArcExplorer.
Настільні інструментальні ГІС сімейства ArcGIS
(ArcGIS Desktop) є різномасштабними програмними ГІС- пакетами, функціональні і аналітичні можливості яких можуть бути істотно збільшені за рахунок великої колекції додаткових модулів, які називаються розширеннями
(extensions) і поставляються окремо.
Для перегляду і друку карт, підготовлених з використанням настільних
інструментальних
ГІС, використовується безплатний пакет

Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   14


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал