Геоинформационные системы

      Программный продукт ARC/INFO – это одна из первых профессиональных ГИС, ориентированная  на работу с пространственной информацией, хранимой в базе данных. В результате её внедрения произошел настоящий  переворот в цифровой картографии  и в способах работы с пространственной информацией. ARC/INFO состоит из базового комплекта программ и дополнительных модулей, которые могут приобретаться отдельно в дополнение к базовому комплекту. Базовый комплект программного  обеспечения  представляет  собой  полнофункциональную  ГИС  для  работы  в  различных прикладных областях. Он поддерживает весь цикл работ по созданию и использованию ГИС от ввода данных  и  их  редактирования  до  организации  информационных  запросов  анализа  пространственной информации и подготовки чистовой картографической продукции в виде твердых копий.

      ARCVIEW GIS –  система,  которая  предназначена   для  отображения,  редактирования,  пространственного  анализа,  поиска  и  управления  геопространственными  данными.  Это  программное  средство,  как  и ARCINFO,  разработано  фирмой ESRI. 

      Одна  из  привлекательных  особенностей ARCVIEW GIS –  включение  в  пакет  программ подсказчиков (Мастеров). Эти  подсказчики облегчают использование  множества новых инструментов и  полезны как для новичков, так и опытных пользователей. Добавлены инструменты для создания координатных сеток и рамок карты (управление интервалами, типами линий, типом рамок).

      Средства  геообработки и  анализа ARCVIEW позволяют  проводить  такие сложные пространственные операции с географическими данными как создание буферных зон вокруг картографических объектов, вырезка, слияние, пересечение, объединение тем и присвоение данных по местоположению

      К  другим  усовершенствованиям  относятся  расширение  диапазона  поддерживаемых  дат промежутке от 5 млн. 800 тыс. лет до нашей эры до 5 млн. 800 тыс. лет нашей эры, что иногда требуется для геологических, археологических и т.п. приложений), возможность оцифровки карт на дигитайзере в потоковом режиме.

      AutoCAD Map 2000 – высокоточное программное  обеспечение для  создания цифровых  карт и  осуществления  геоинформационного  анализа,  включающее  все  функциональные  возможности  базового  продукта AutoCAD. Содержит все необходимые средства и эффективные функции для изготовления картографической основы и обработки географической информации.

      Поддерживает  любые графические форматы, осуществляет экспорт данных во все популярные программы  обработки  географической  информации. Обеспечивает  мгновенное  получение  дополнительных данных для геоинформационного проекта через сеть.

      AutoCAD Map 2000  предоставляет  разработчикам   более 2  тысяч  глобальных  координатных систем (более 100 из  них новые). AutoCAD Map 2000 дает наилучшие  инструменты для быстрого и  точного скалывания карт с  бумажных носителей. Скалывание карт значительно ускоряет перевод бумажных карт в цифровую форму. Программное обеспечение включает мощные средства для формирования запросов, изменения свойств, пространственного анализа и отличное управление выводом на печать.

      Комплекс CREDO предназначен для обработки материалов изысканий, проектирования объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства, разведки, добычи и транспортировки нефти и газа, создания и ведения крупномасштабных цифровых планов городов и промышленных предприятий, подготовки данных для землеустройства, решения многих других инженерных задач.

      На  сегодняшний день основными программными продуктами компании MapInfo являются:

1. MapInfo Professional – полнофункциональная геоинформационная система;
2. MapBasic – среда программирования для MapInfo Professional;
3. MapInfo SpatialWare – технология управления пространственной информацией в БД SQL Server/Informix;
4. MapInfo MapX – библиотека разработчика приложений;
5. MapXtreme – программное обеспечение для разработки картографических приложений для Intranet или Internet.

      В  дополнение  к  традиционным  для  СУБД  функциям,  ГИС  MapInfo Professional позволяет  собирать,  хранить,  отображать,  редактировать  и  обрабатывать  картографические  данные, хранящиеся в базе данных, с учетом пространственных отношений объектов. В одном сеансе работы одновременно могут использоваться данные разных форматов. Встроенный  язык  запросов SQL,  благодаря  географическому  расширению,  позволяет организовывать  выборки  с  учетом пространственных  отношений  объектов,  таких  как  удаленность,  вложенность, перекрытия, пересечения, площади объектов и т.п. Запросы к базе данных можно сохранять в виде шаблонов для дальнейшего использования. В MapInfo имеется возможность поиска и нанесения объектов на карту по координатам, адресу или системе индексов.

      Для  наглядного  представления  и  картографического  анализа  пространственных данных в ГИС MapInfo используется тематическое картографирование. MapInfo предлагает следующие  методы построения тематических карт: диапазоны  значений, столбчатые и круговые  диаграммы,  градуированные  символы,  плотность  точек,  отдельные  значения,  непрерывная  поверхность. Сочетание тематических слоев и методов буферизации, районирования, слияния и разбиения объектов, пространственной и  атрибутивной  классификации позволяет  создавать  синтетические многокомпонентные карты с иерархической структурой. 

      ГИС MapInfo открывает большие возможности  для разработчиков  геоинформационного программного обеспечения. Использование  современных методов взаимодействия между Windows приложениями позволяет интегрировать окно Карты MapInfo в программы, написанные на языках Delphi, Visual Basic, C++, PowerBuilder  и др.  Совместное  использование MapInfo  и среды разработки MapBasic дает возможность каждому создавать специфические приложения для решения конкретных прикладных задач.

      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.

      Что касается компонента «Данные», то ГИС  нацелена на совместную обработку информации двух типов: 

1. географическая (пространственная, картографическая) информация;
2. атрибутивная  (непространственная,  семантическая,  тематическая,  описательная,  табличная) информация. 

      Географическая  информация в ГИС представлена данными, описывающими пространственное месторасположение  объектов (координаты,  элементы  графического  оформления). Данные  находятся в цифровой форме на магнитных лентах, магнитных, оптических и “жестких” дисках и служат для визуализации картины в той или иной модели данных. 

      Атрибутивная  информация в ГИС – это данные, описывающие качественные или количественные параметры пространственно соотнесенных объектов. 

      Так, например, жилая постройка на дисплее  может быть представлена в виде полигона (графическая составляющая), а в  атрибутивной базе данных будет содержаться  информация об ее площади, почтовом адресе, количестве этажей, материале стен, типе фундамента, годе постройки и т.д. 

      В геоинформационной системе присутствует подсистема управления как географической, так и атрибутивной информации. Пространственный анализ, который включает в себя проверку взаимного  расположения  объектов,  установление  закономерностей  их  распределения,  нахождение  смежных объектов, измерение  расстояния и площади и  т.д., проводят  с  опорой на  географическую информацию. Функции семантической (непространственной) обработки предназначены для анализа и управления атрибутивной информацией, рис. 10.  

      Вычисление  кратчайшего пути в геоинформационной 

      системе ArcView GIS

Рис. 10. 

      Создание  и управление ГИС невозможно без  людей. Персоналом ГИС являются как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, создающие и управляющие данными, так непосредственные пользователи.

      4. Методы и технологии моделирования в ГИС

      В ГИС можно выделить четыре основные группы моделирования:

1. Семантическое – на уровне сбора информации;
2. Инвариантное – основа представления карт, за счёт использования специальных библиотек, например библиотек условных знаков и библиотек графических элементов;
3. Эвристическое – общение пользователя с ЭВМ на основе сценария, учитывающего технологические особенности программного обеспечения и особенности обработки данной категории объектов (занимает ведущее место при интерактивной обработке и в процессах контроля и коррекции);
4. Информационное - создание и преобразование разных форм информации в вид, задаваемый пользователем (является основным в подсистемах документационного обеспечения).

      При моделировании в ГИС можно  выделить следующие программно-технологические блоки:

1. Операции преобразования форматов и представления данных. Имеют важное значение для ГИС как средство обмена данными с другими системами. Преобразование форматов осуществляется с помощью специальных программ-конверторов (AutoVEC, WinGIS, ArcPress).
2. Проекционные преобразования. Осуществляют переход от одной картографической проекции к другой или от пространственной системы к картографической проекции. Как правило, иностранные программные средства не поддерживают напрямую распространённые в нашей стране проекции, а информацию о типе проекции и её параметрах получить довольно сложно. Это определяет преимущество отечественных разработок ГИС, содержащих наборы нужных проекционных преобразований. С другой стороны, широко распространённые в России разнообразные методы работы с пространственными данными нуждаются в анализе и классификации.
3. Геометрический анализ. Для векторных моделей ГИС это операции определения расстояний, длин ломаных линий, поиска точек пересечения линий; для растровых – операции идентификации зон, расчёта площадей и периметра зон.
4. Оверлейные операции: наложение разноимённых слоёв с генерацией производных объектов и наследованием их атрибутов.
5. Функционально-моделирующие операции:
1. расчёт и построение буферных зон (применяются в транспортных системах, лесном хозяйстве, при создании охранных зон вокруг озёр, при определении зон загрязнения вдоль дорог);
2. анализ сетей (позволяют решать оптимизационные задачи на сетях – поиск путей, аллокация, районирование);
3. генерализация (предназначены для отбора и отображения картографических объектов соответственно масштабу, содержанию и тематической направленностью);
4. цифровое моделирование рельефа (заключается в построении модели базы данных, наилучшим образом отображающей рельеф исследуемой местности).

       5. Поддержка принятия решения в ГИС

      В современных сложных системах, основанных на самых передовых компьютерных технологиях и моделях сложных  предметных областей, лицу, принимающему решение, все труднее и труднее  выполнять свою самую главную  обязанность – принимать решение. Поэтому проблема разработки систем поддержки принятия решения (СППР) на различных уровнях обработки информации является чрезвычайно важной и актуальной. Одним из наиболее перспективных направлений решения данной проблемы является создание СППР на основе ГИС.

      Однако  следует отметить, что ГИС –  это не инструмент для выдачи решений, а средство, помогающее ускорить и  повысить эффективность процедуры  принятия решений, обеспечивающее ответы на запросы и функции анализа  пространственных данных, представления результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде. ГИС помогает, например, в решении таких задач, как предоставление разнообразной информации по запросам органов планирования, разрешение территориальных конфликтов, выбор оптимальных (с разных точек зрения и по разным критериям) мест для размещения объектов и т. д. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет ответственным работникам сосредоточить свои усилия на поиске решения, не тратя значительного времени на сбор и обмысливание доступных разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффектный и эффективный.

      Цикл  принятия решений с использованием ГИС изображен на рис. 11.

      Цикл  принятия решений с использованием ГИС 

      Рис. 11.

      Разберем  подробнее цикл принятия решения.

1. Оценка реальной ситуации. Рассмотрим некую территорию, нуждающуюся в более совершенном управлении. События могут разворачиваться в эстуарии (устье реки), на участке берега или на каком-нибудь относительно большом участке в прибрежной зоне. Собрав необходимые данные, можно попробовать создать упрощенную модель состояния исследуемой территории или объекта (т.е. модель реальной ситуации). Собранные данные должны иметь пространственные и атрибутивные характеристики, которые в своей совокупности позволят пользователю ГИС определить, в каком месте прибрежной зоны происходят те или иные события. Главное – добиться того, чтобы полученные данные в точности отражали реальную ситуацию. Таким образом, важнейшее значение здесь имеют два фактора: выбор источников данных и качество собранной информации.
2. ГИС. Полученные характеристики вводятся в ГИС, которая содержит, таким образом, несколько "слоев" (layers) данных, составляющих в целом некоторую модель реальной ситуации. Посредством частичного наложения или комбинирования отдельных "слоев" можно выявлять и распознавать различные пространственные соотношения и взаимосвязи. Кроме того, поскольку все данные хранятся в базе данных, они могут использоваться для статистического анализа. Существует несколько методов ввода данных в ГИС. От способа ввода данных может зависеть их качество и формат. Данные могут храниться в базе данных ГИС в растровом или векторном форматах. Формат данных тоже способен влиять на их качество. 
3. Решение. Данные, полученные на выходе ГИС, могут использоваться для принятия решений по управлению прибрежной зоной. Безусловно, сами эти данные влияют на характер принимаемого решения, хотя оно и зависит от конкретной ситуации. Важно, однако, помнить, что сами ГИС никаких решений не принимают: они всего лишь снабжают своих пользователей информацией в такой форме, которая облегчает принятие решений. Исследования завершаются принятием решений, которые в свою очередь неизбежно окажут то или иное влияние на существующую ситуацию. Но функции ГИС на этом не прекращаются: они продолжают следить за происходящими изменениями и на этой основе совершенствовать управление ситуацией.