Санкт-Петербургский государственный университет
Опубликован: 24.08.2014 | Доступ: свободный | Студентов: 1380 / 543 | Длительность: 08:35:00
Лекция 5:

Геоинформационные системы и "облачные" технологии

< Лекция 4 || Лекция 5: 1234 || Лекция 6 >
Аннотация: ГИС-технологии получили широкое распространение и применение в науке, технике, бизнесе.

Геоинформационные системы

Глобализация и интернационализация экономики, уничтожение торговых барьеров между большим числом государств в Европе и Азии, широкое применение информационных технологий и информационных систем в деятельности государственных и коммерческих структур, появление и быстрое развитие глобальной сети Internet привело в середине 80-х годов ХХ века к появлению информационных систем, которые позволяли организовать в режиме On Line работу транснациональных корпораций, находящихся на разных континентах. Расстояния перестали быть препятствием для эффективной работы распределенных компаний – развивающиеся ИКТ обеспечивали практически мгновенную связь и доставку информации для анализа и принятия делового решения, реализуя известный принцип "7 х 24" ("7 дней в неделю, 24 часа в сутки"). Значительную часть этой информации практически в любой сфере деятельности мы получаем в виде рисунков и карт, планов, схем и пояснительных текстов.

Это могут быть схемы магистрального газового или нефтяного трубопровода из Сибири в Западную Европу, движения подводных лодок и самолетов боевого патрулирования вдоль границ России, схемы железнодорожных путей в масштабе страны или метро в городе, план здания или схема взаимосвязей между офисами компании, карта экологического мониторинга территории, атлас земельного кадастра или карта природных ресурсов и т. д.

Выбор места для филиала компании за рубежом, проведение маркетинга и набор персонала в другой стране, координатная "привязка" производства к той местности, где это наиболее выгодно с точки зрения наиболее эффективного использования ресурсов в большинстве случаев перестали быть трудно разрешимой задачей. Появилась насущная необходимость представлять географическую и сопутствующую информацию в удобном графическом виде, совмещая на экране монитора несколько листов сканированного изображения карты.

Быстрое развитие специализированных систем и технологий, получивших название географических информационных систем — ГИС (Geographical Information Systems — GIS), позволило к концу ХХ века успешно решать такие задачи (рис. 5.1) [Основы геоинформатики и ГИС-технологий, http://cnit.pgu.serpukhov.su/koi/kyk.htm].

Пример содержания базы данных ГИС

Рис. 5.1. Пример содержания базы данных ГИС

ГИС-технологии получили широкое распространение и применение в науке, технике, бизнесе. Координатно-временная привязка объектов используется в геодезии, картографии, геологии, мореходном деле. Обработка и сведение в единую систему фотографических снимков из космоса в научных и военных целях, обработка данных геофизики и геодинамики, использование в народном хозяйстве (составление городских, региональных и федеральных земельных кадастров) и многое другое производятся с применением ГИС-технологий. Многочисленные определения понятия "геоинформационная система" и "геоинформационная технология" отражают многоплановость понятий (рис. 5.3).

Трехмерная (рельефная) карта ГИС

Рис. 5.2. Трехмерная (рельефная) карта ГИС

Многоплановость областей применения ГИС

Рис. 5.3. Многоплановость областей применения ГИС

Это видно и из табл. 1, где приведены различные определения этих понятий. Из этой обширной интересной таблицы видно, как складывалось понимание сути технологий ГИС — самое раннее относится к 1966 году, последнее – к 1991 году. Всё это говорит о том, что к началу 90-х годов определение ГИС, в основном, сложилось.

Таблица 1. Хронология определений понятия ГИС
Автор Определение ГИС Источник
Langefor-ce B. Система, в состав которой входят компоненты для сбора, передачи, хранения, обработки и выдачи информации о территории. Theoretical Analysis of Information Systems. Lund, 1966.
Degani A. Динамически организованное множество данных (динамическая база данных или банк данных), соединенное с множеством моделей, реализованных на ЭВМ для расчетных, графических и картографических преобразований этих данных в пространственную информацию в целях удовлетворения специфических потребностей определенных пользователей в пределах структуры точно определенных концепций и технологий.

Methodological observation on the state of geo cartographic analysis in the context of automated spatial information systems.

– Map Data Process. – Proc. NATO Adv. Study Inst. Maratea, June 18-29, 1979, Acad. Press. 1980, pp. 207-220.

Vitek J.D., Walsh St.J., Gregory M. S. Информационная система, которая может обеспечить ввод, манипулирование и анализ географически определенных данных для поддержки принятия решений. Accuracy in geographic information systems: an assessment of inherent and operational errors. - Record 9th Symp. Spat. Technol. Remote Sens. Today and Tomorrow. Sioux Falls, S.D., 2-4 Oct. 1984. - Proc. Silver Spring, 1984, pp. 296-302.
Star J.L., Cosentino M. J., Foresman T. W. Пространственно-определенная система для сбора, хранения, поиска и манипулирования данными, а также средство анализа и управления этими данными. Geographic information systems: question to ask before it`s to late. - Machine Processing of Remotely ended Data with Special emphasis on Thematic Mapping Data and Geographic Information Systems, 1984, pp.194-197.
Трофимов А. М., Панасюк М. В. Реализованное с помощью автоматических средств (ЭВМ) хранилище системы знаний о территориальном аспекте взаимодействия природы и общества, а также программного обеспечения, моделирующего функции поиска, ввода, моделирования и др. Геоинформационные системы и проблемы управления окружающей средой. Казань, изд-во Казанского ун-та, 1984, 142 с.
Clarce K. Особый случай информационной системы, где база данных состоит из наблюдений за пространственно распределенными явлениями, процессами или событиями, которые могут быть определены как точки, линии и контуры. Geographic information systems: definitions and prospects. – Bull. Geogr. and Map Div. Spec. Libr. Assoc., 1985, № 142, pp.12-17.
Konecny M. Система, состоящая из людей, а также технических и организационных средств, которые осуществляют сбор, передачу, ввод и обработку данных с целью выработки информации, удобной для дальнейшего использования в географическом исследовании и для ее практического применения/ Geograficke informacni systemy. – Folia prirodoved. fak. UJEP v Brne, 1985, t. 26, № 13, 196 s.
MacDonald C. L., Crain I. K. Система, реализуемая для сбора, хранения, манипулирования, поиска и отображения географически определенных данных" Applied computer graphics in a geographic information system: problems and successes. – Computer graphics and application, 1985, vol. 5, № 10, pp. 34-39.
Reisinger T. W., Davis C. J. Система, которая манипулирует и управляет данными, хранящимися в виде тематических слоев, географически определенных относительно карты-основы. A map-based decision support system for operational planning of timber harvests. – Winter Meet. Amer. Soc. Arg. Eng., Ayatt Regency, Chicago, Decem ber 17-20, 1985. Paper N 1604. - St. Joseph: ASAE, 1985, 12 p.
Abler R. Комплекс аппаратно-программных средств и деятельности человека по хранению, манипулированию и отображению географических (пространственно соотнесенных) данных. The National Science Foundation National Center for Geographic Information and Analysis – International Journal of Geographical Information Systems, 1987, v. 1, № 4, pp. 302-306.
Berry J. Внутренне позиционированная автоматизированная пространственная информационная система, создаваемая для управления данными, их картографического отображения и анализа. Fundamental operations in computer-assisted map analysis – International Journal of Geographical Information Systems, 1987, v. 1, № 4, pp. 119-136.
Lillesand T., Liefer R. W. Система, включающая базу данных, аппаратуру, специализированное математическое обеспечение и пакеты программ, предназначенных для расширения базы данных, для манипулирования данными, их визуализации в виде карт или таблиц и, в конечном итоге, для принятия решений о том или ином варианте хозяйственной деятельности. Remote session and image interpretation. N.Y., John Willey and Sons, 1987, 722 p.
Тикунов В. С. Интерактивные системы, способные реализовать сбор, систематизацию, хранение, обработку, оценку, отображение и распространение данных и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях. Современные средства исследования системы "общество-природная среда". - Известия Всесоюзн. Географич. общества, 1989, т. 121, вып. 4, с. 299-306.
Кошкарев А. В. Аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества. Картография и геоинформатика: пути взаимодействия. Изв. АН СССР, серия геогр., 1990, № 1, с. 32.
Сербенюк С. Н. Научно-технические комплексы автоматизированного сбора, систематизации, переработки и представления (выдачи) географической информации в новом качестве с условием прироста знаний об исследуемых пространственных системах. Картография и геоинформатика - их взаимодействие. М., 1990, 159 с.
Симонов А. В. Система аппаратно-програмных средств и алгоритмических процедур, созданная для цифровой поддержки, пополнения, управления, манипулирования, анализа, математико-картографического моделирования и образного отображения географически координированных данных. Агроэкологическая картография. - Кишинев, изд-во "Штиинца", 1991 г. - с.127

Анализируя эти определения и убирая повторяющиеся фразы, можно выделить основные ключевые слова, относящихся к современному понятию ГИС-технологий. Это — "информационная система", "географическая информация", "программно-аппаратные средства", "интерактивные системы", "математические статические и динамические модели", "пространственно-координированные данные", "управление, анализ, манипулирование данными", "образное отображение (визуализация) данных в виде карт или таблиц", "тематические карты-слои", "картографические базы данных".

Общая структура GIS-платформы

Рис. 5.4. Общая структура GIS-платформы

И, наконец, приведём определение 1997-го года, взятое из ГОСТа, которое в большой степени объединяет приведенные выше определения и использует практически все выделенные выше ключевые слова: "Географическая информационная система (ГИС) —это совокупность технических, программных, коммуникационных и информационных средств, обеспечивающих ввод, обработку, хранение, математико-картографическое моделирование и образное интегрированное представление (визуализацию) пространственных и соотнесённых с ними атрибутивных данных для решения проблем территориального планирования и управления (ОСТ ВШ 02.001-97).

Таким образом, ГИС-технологии — это, прежде всего, компьютерные технологии и системы, позволяющие эффективно работать с динамическими данными о пространственно-распределенных объектах, дополняя их наглядностью представления и возможностью строить модели и решать задачи пространственно-временного анализа. ГИС, как и любая информационная система, снабженная средствами сбора и обработки данных, дает возможность накапливать и анализировать подобную информацию, оперативно находить и обрабатывать нужные географические сведения и отображать их в удобном для пользователя виде (рис. 5.4) [Сырецкий Г. А., 2007].

Применение ГИС-технологий позволяет резко увеличить оперативность и качество работы с пространственно-распределенной информацией по сравнению с традиционными "бумажными" картографическими методами.

Географические пространственно-распределенные данные означают информацию, которая идентифицирует географическое местоположение и свойства естественных или искусственно созданных объектов, а также их границ на земле, над и под землей, на воде, над и под водой, в космическом пространстве. Эта информация может быть получена с помощью дистанционного зондирования, картографирования и различных видов съемок, включая съёмки из космоса.

Данные содержат четыре интегрированных компонента: местоположение и пространственные отношения объектов, время, на которое зафиксированы эти компоненты, и скорость изменения указанных параметров. Иными словами, географические данные описывают:

  • географическое пространственное положение физических или смоделированных объектов представляется 2-мерными (координаты X,Y на плоскости), 3-х мерными (широта, долгота, высота над уровнем геоида) и 4-х мерными координатами (широта, долгота, высота над уровнем геоида, время в секундах, средних сутках, среднем солнечном годе) в системе координат, отнесенной к среднему полюсу Земли и положению среднего экватора;
  • свойства объектов или моделей могут содержать информацию, которая не указывает явно на пространственную ориентацию и является описательной — тем не менее, такая информация является важной и она также включается в географические данные;
  • пространственные отношения определяют взаимное расположение объектов или моделей — например, положение объекта А по отношению к объекту В на плоскости, в пространстве или во времени, движение А относительно В, вложенность А в В и т.д.;
  • временные параметры могут характеризовать как взаимное отношение объектов (моделей) так и жизненный цикл географических данных.

Области применения ГИС сегодня крайне разнообразны: землеустройство, контроль ресурсов, экология, муниципальное управление, транспорт, экономика, социальные задачи и многое другое. Первые работы по ГИС-технологиям начали проводиться более 25 лет назад в Канаде и США, где первоначально использовались в основном для целей землеустройства южных и западных районов США и картографирования канадских районов Арктики с помощью компьютерной обработки спутниковых фотографий.

Сейчас все шире начинают внедряться ГИС массового пользования — для генеральных электронных планов городов, планов разработки месторождений полезных ископаемых и морской разведки нефтяных пластов, схем инженерных коммуникаций, схем движения транспорта и т.п. По некоторым оценкам до 80-90% всей информации, с которой мы обычно имеем дело, может быть представлено в виде ГИС различного назначения.

Для поддержки критически важных областей деятельности — атомная энергетика, добыча и транспортировка нефти и газа, ликвидация последствий природных и техногенных катастроф, деятельность в оборонной сфере — в настоящее время всё шире разрабатываются и применяются специализированные Web-ресурсы для реализации распределенных ГИС и ГИС-порталов. Разработка таких порталов производится сегодня на базе международных стандартов, созданных известными международными организациями по стандартизации — ISO (International Organization for Standardization) и OGC (Open Geospatial Consortium). Это такие стандарты, как ISO 19115 MetaData, ISO 19139 MetaData — XML Schema Implementation, Catalog Interfaces, Geography Markup Language и Web Map Service.

В настоящее время создание ГИС является одним из наиболее бурно растущих сегментов рынка высоких компьютерных технологий, на котором работает большое количество крупных фирм за рубежом и в России. Среди них можно отметить Intergraph (http://www.intergraph.com/gis), ESRI (http://www.esri.com), MapInfo (http://www.mapinfo.com), Autodesk (http://www.autodesk.com), CalComp, Space Imaging (http://www.geoeye.com), Центр геоинформационных исследований Института географии РАН (сайт "Мир карт", http://www.mirkart.ru, завоевавший в 2003 году "Интел-Интернет-премию" России) и многие другие. Для непрофессиональных пользователей существуют великолепные Web-ресурсы GoogleMap (http://maps.google.com) и Geography NetWork (http://www.geographynetwork.com).

< Лекция 4 || Лекция 5: 1234 || Лекция 6 >
Артур Гибадуллин
Артур Гибадуллин
Россия, г. Нижневартовск