В настоящее время в современной экологии актуальность приобретает комплексное изучение объекта исследования, для чего необходимо овладеть сведениями из различных областей знаний. В связи с этим возникла необходимость введения учебной дисциплины «Геоинформационные системы».

Что такое ГИС?

Географические информационные системы (ГИС) – это набор компьютерного оборудования, географических данных и программного обеспечения для сбора, обработки, хранения, моделирования, анализа и отображения всех видов пространственно привязанной информации.

ГИС включают растровые или векторные карты, а также данные о географических объектах, хранящиеся в базах данных. Таким образом, ГИС позволяют пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах (например, адрес здания, высоту объекта над уровнем моря и т. д.).

Вся исходная информация – где расположены точки, какова длина дорог или площадь озера – хранится в отдельных слоях в цифровом виде на компьютере. И все эти географические данные рассортированы по слоям, причем каждый слой представляет свой тип объектов (тему). Одна из таких тем может содержать все дороги на определенной территории, другая – озера, а третья – все города и другие населенные пункты на той же территории.

ГИС можно рассматривать в трех видах:

Вид базы данных: ГИС является уникальным типом базы данных о нашем мире – географической базой данных. В основе ГИС лежит структурированная БД, описывающая мир в географических терминах, с точки зрения пространственного расположения его объектов и явлений.
Вид карты: ГИС – это набор интеллектуальных карт и других графических видов, которые показывают объекты и их взаимоотношения на земной поверхности. Карты можно сформировать и использовать как «окно в базу данных» для поддержки запросов, анализа и редактирования информации. Эти действия называются геовизуализацией.
Вид модели: ГИС – это набор инструментов для преобразования информации. Они позволяют формировать новые географические наборы данных из уже существующих, применяя к ним специальные аналитические функции – инструменты геообработки. Другими словами, путем объединения данных и применения некоторых правил можно создать модель, помогающую найти ответы на поставленные вопросы.

Интерактивные карты в Интернете

Интерактивная карта мира - эта спутниковая карта, позволяющая в интерактивном режиме перемещаться по планете, приближая или отдаляя любую страну, город или посёлок. Интерактивные карты постоянно обновляются разработчиками и с каждым годом становятся всё более четкими, с более высоким разрешением. Интерактивная карта мира позволяет онлайн путешествовать по всему миру, не отходя от компьютера. http://www.eatlas.ru

Картографический ресурс Google Earth

Проект компании Google, в рамках которого в сети Интернет были размещены спутниковые фотографии всей земной поверхности. Фотографии некоторых регионов имеют беспрецедентно высокое разрешение. Во многих случаях русская версия Google Earth называется Google Планета Земля.

Программа-навигатор Google Earth позволяет изменить масштаб изображения (увеличение, уменьшение), осуществить сдвиг по осям (вверх, вниз, вправо, влево) и повернуть изображение. В любой точке земной поверхности можно получить координаты этой точки, а также её высоту над уровнем моря.

По желанию пользователя можно отобразить на земной поверхности названия населенных пунктов, водоёмов, аэропортов, автомобильные и железные дороги и др. Имеется также функция измерения расстояния между точками на земной поверхности.

Спутниковая навигация

Для определения географических координат точки, в которой находится пользователь, используются данные, полученные с помощью радиосигналов со спутников.

В настоящее время существуют две системы глобальной спутниковой навигации: американская GPS (Сокрашение от англ. Global Positioning System (Глобальная система позиционирования)) и российская ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система).

Российская система ГЛОНА́СС предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Максимальная точность измерения военных навигаторов составляет несколько метров, обычная точность гражданских моделей навигаторов составляет несколько десятков метров

Американская система GPS - спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая месторасположение. GPS имеет ряд применений на земле, в море и в воздухе. В основном их можно применять везде, где можно получить сигнал со спутника, за исключением внутри зданий, в шахтах и пещерах, под землей и под водой.

Существуют GPS-приемники, имеющие собственный процессор для необходимых расчетов и дисплей для отображения информации.

GPS-приемник — радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками группы NAVSTAR.

Наличие карты существенно улучшает пользовательские характеристики приёмника. Приёмники с картами показывают положение не только самого приёмника, но и объектов вокруг него. Все электронные GPS-карты можно поделить на два основных типа — векторные и растровые.

Список литературы

Информатика и ИКТ. Базовый курс: Учебник для 10 класса / Н.Д. Угринович. – 4-е изд. – М. Бином. Лаборатория знаний, 2010.
Википедия –свободная энциклопедия http://ru.wikipedia.org

kopilkaurokov.ru

Реферат - Технологии геоинформационных систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М.Ф.Решетнева

Международная высшая школы инновационного бизнеса

и администрирования

РЕФЕРАТ

Тема: « ТЕХНОЛОГИИ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ»

Выполнила:

Магистрант гр. МФМ01

Зачиняева О.В.

Красноярск 2010

Оглавление

Введение

1.Понятие геоинформационных систем

2.Технологии геоинформационных систем

3.Краткая история развития геоинформационных систем и ГИС-технологий

4.Отраслевое использование ГИС-технологий

Заключение

Литература

Введение

В настоящее время успех бизнеса и процветание дела, стойкость в конкурентной борьбе, планирование развития в большой степени связаны с обладанием разнообразной информацией и возможностью ее быстрого просмотра и анализа. Как показали специальные исследования, порядка 80-90% всей информации включает в себя геоданные, то есть различные сведения о распределенных в пространстве или по территории объектах, явлениях и процессах. Работа с такими имеющими координатную привязку характеристиками и является сущностью одной из наиболее бурно развивающихся областей рынка программного компьютерного обеспечения — технологией географических информационных систем (ГИС).

Понятие геоинформационных систем (ГИС)

Геоинформационные системы (ГИС) являются классом информационных систем, имеющим свои особенности. Они построены с учетом закономерностей геоинформатики и методов, применяемых в этой науке. Геоинформационные системы как интегрированные информационные системы предназначены для решения различных задач науки и производства на основе использования пространственно — локализованных данных об объектах и явлениях природы и общества.

Геоинформационная система — это организованный набор аппаратуры, программного обеспечения, персонала и географических данных, предназначенных для эффективного ввода, хранения, обновления, обработки, анализа и визуализации данных, всех видов географически организованной информации. Геоинформационные системы — многофункциональные средства анализа сведенных воедино табличных, текстовых и картографических бизнес-данных, демографической, статистической, земельной, муниципальной, адресной и другой информации. Другими словами Геоинформационная система – это система, способная хранить и использовать данные о пространственно-организационных объектах.

Геоинформационные системы получает все большее распространение не только в радиционных областях применения, таких как управление природными ресурсами, сельское хозяйство, экология, кадастры, городское планирование, но также и в коммерческих структурах — от телекоммуникаций до розничной торговли. В качестве систем поддержки принятия решений геоинформационные системы помогают улучшить обслуживание клиентов, сохранять высокий уровень конкурентоспособности, повышать прибыльность как коммерческим организациям, чья деятельность зависит от пространственной информации, так и тем, которым анализ геоинформации дает заметные преимущества. Геоинформационные системы являются эффективным инструментом для выбора мест и определения зон торговли, размещения наружной рекламы и производственных объектов, диспетчеризации и маршрутизации средств доставки, информатизации риэлторской деятельности.

Технологии геоинформационных систем

Отличительной особенностью географических информационных систем является наличие в их составе специфических методов анализа пространственных данных, которые в совокупности со средствами ввода, хранения, манипулирования и представления пространственно-координированной информации и составляют основу технологии географических информационных систем, или ГИС-технологии. Геоинформационные технологии можно определить как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации об окружающем мире. Именно наличие совокупности способных генерировать новое знание специфических методов анализа с использованием как пространственных, так и непространственных атрибутов и определяет главное отличие ГИС-технологии от технологий, например, автоматизированного картографирования или систем автоматизированного проектирования (так называемых САПРовских систем). Геоинформационные системы и ГИС- технологии объединяют компьютерную картографию и системы управления базами данных. Концепция технологии ГИС состоит в создании многослойной электронной карты, опорный слой которой описывает географию территории, а каждый из остальных слоев — один из аспектов состояния территории. Тем самым ГИС-технологии определяют специфическую область работы с информацией.

Основными функциями, реализуемыми ГИС являются:

— ввод и обновление данных;

— хранение и манипулирование данными;

— анализ данных;

— вывод и представление данных и результатов.

Геоинформационные технологии предназначены для повышения эффективности: процессов управления, хранения и представления информации, обработки и поддержки принятия решений.

ГИС имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при изучении этих систем. Одна из особенностей ГИС и геоинформационных технологий состоит в том, что они являются элементами информатизации общества. Это заключается во внедрении ГИС и геоинформационных технологий в науку, производство, образование и применение в практической деятельности получаемой информации об окружающей реальности.

Геоинформационные технологии являются новыми информационными технологиями, направленными на достижение различных целей, включая информатизацию производственно-управленческих процессов. Другой особенностью ГИС является то, что как информационные системы они являются результатом эволюции этих систем и поэтому включают в себя основы построения и функционирования информационных систем.

ГИС как система включает множество взаимосвязанных элементов, каждый из которых связан прямо или косвенно с каждым другим элементом, а два любые подмножества этого множества не могут быть независимыми не нарушая целостность, единство системы. Автоматизированной информационной системой (АИС) называют организационно-техническую систему, использующую автоматизированные информационные технологии в целях обучения, информационно-аналитического обеспечения научно-инженерных работ и процессов управления. В соответствии с данным определением ГИС попадает в класс автоматизированных информационных систем. Еще одной особенностью ГИС является то, что она является интегрированной информационной системой. Интегрированные системы построены на принципах интеграции технологий различных систем. Они зачастую применяются настолько в разных областях, что их название часто не определяет все их возможности и функции. По этой причине не следует связывать ГИС с решением задач только геодезии или географии. «Гео» в названии геоинформационных систем и технологий определяет объект исследований, а не предметную область использования этих систем. Необходимо рассмотреть место ГИС среди других автоматизированных систем, что требует дать краткую классификацию этих систем.

Выбирая различные аспекты рассмотрения автоматизированных информационных систем можно дать их различные классификации. По принадлежности к конкретной предметной области можно подразделить информационные системы на три класса: технические, экономические, информационно-аналитические. К техническим относят автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), системы автоматизированного проектирования (САПР), гибкие производственные системы (ГПС), робототехнические комплексы (РТК)идр. Информационно-аналитические автоматизированные системы включают: автоматизированные справочно-информационные системы (АСИС), базы данных (БД), экспертные системы (ЭС), статистические информационные системы (СтИС) и т.п. Примером экономических систем могут служить автоматизированные системы управления (АСУ), бухгалтерские информационные системы (БУ-ИС), банковские информационные системы (БИС), биржевые информационные системы (БИС), маркетинговые информационные системы (МИС) и др. Особенностью ГИС как интегрированной системы является то, что она интегрирует технологии трех перечисленных выше классов систем: технических, информационно-аналитических и экономических. Следовательно, ГИС могут быть использованы как любая из этих систем.

Технология ГИС применима везде, где необходимо учитывать, обрабатывать и демонстрировать территориально распределенную информацию. Пользователями ГИС-технологии могут быть как организации, чья деятельность целиком базируется на земле владельцы нефтегазовых предприятий, экологические службы, жилищно-коммунальное хозяйство, так и многочисленные коммерческие предприятия — банки, страховые, торговые и строительные фирмы, чья успешная работа во многом зависит от правильного и своевременного учета территориального фактора.

В основе любой ГИС лежит информация о каком-либо участкеземной поверхности: континенте, стране, городе, улице.

БДорганизуется в виде набора слоев информации. Основной шрифт содержит географически привязанную карту местности (топооснова). На него накладываются другие слои, несущие информацию об объектах, находящихся на данной территории: коммуникации, в том числелинии электропередач, нефте- и газопроводы, водопроводы, промышленные объекты, земельные участки, почвы, коммунальноехозяйство, землепользование и др.

В процессе создания и наложения слоев друг на друга между ними устанавливаются необходимые связи, что позволяет выполнять пространственные операции с объектами посредством моделирования и интеллектуальной обработки данных.

Как правило, информация представляется графически в векторном виде, что позволяет уменьшить объем хранимой информации и упростить операции по визуализации. С графической информацией связана текстовая, табличная, расчетная информация, координатная привязка к карте местности, видеоизображения, аудиокомментарии, БД с описанием объектов и их характеристик.

Многие ГИС включают аналитические функции, которые позволяют моделировать процессы, основываясь на картографической информации.

Программное ядро ГИС можно условно разделить на две подсистемы: СУБД и управление графическим выводом изображения. Вкачестве СУБД используют SQL-серверы.

Рассмотрим типовую схему организации ГИС-технологии, в настоящее время сложился основной набор компонентов, составляющих ГИС. К ним относятся:

1) приобретение и предварительная подготовка данных;

2) ввод и размещение данных;

3) управление данными;

4) манипуляция данными и их анализ;

5) производство конечного продукта.

Функциональным назначением данных компонентов является:

Приобретение и подготовка исходных данных; включает манипуляции с исходными данными карт — материалами на твердой или бумажной основе, данными дистанционного зондирования, результатами полевых испытаний, текстовыми (табличными) материалами, с архивными данными.

Ввод и размещение пространственной и непространственной составляющих данных включает конвертирование информации во внутренние форматы системы и обеспечение структурной и логической совместимости всего множества порождаемых данных.

Управление данными предполагает наличие средств оптимальной внутренней организации данных, обеспечивающих эффективный доступ к ним.

Функции манипуляции и анализа представлены средствами, предназначенными для содержательной обработки данных в целях обработки и реорганизации данных. С точки зрения пользователя, эти функции являются главными в ГИС-технологиях, потому что позволяют получать новую информацию, необходимую для управления, исследовательских целей, прогнозирования.

Производство конечного продукта включает вывод полученных результатов для конечных потребителей ГИС. Эти продукты могут представлять карты, статистические отчеты, различные графики, стандартные формы определенных документов.

Кроме этого, каждый картографический объект может иметь атрибутивную информацию, в которой содержится информация, которая не обязательно должна отображаться на карте (например, число жильцов какого-либо дома и их социальный статус).

Подавляющее большинство ГИС-систем различают геометрическую и атрибутивную компоненты баз данных ГИС. Их часто называют также пространственными (картографическими, геометрическими) и непространственными (табличными, реляционными) данными.

Картографичекая информация представляется точками, кривыми и площадными объектами.

Атрибутивная информация содержит текстовые, числовые, логические данные о картографических объектах. Большинство современных ГИС-инструментариев позволяют хранить информацию в составе БД, как правило, реляционных.

Атрибутивная информация хранится в виде отдельных табличных файлов, как правило, в форматах реляционных баз данных систем DBF, PARADOX, ORACLE, INGRESS. Такой способ характерен как для западных коммерческих продуктов, так и современных отечественных разработок.

Краткая история развития геоинформационных систем и ГИС-технологий

Принято считать, что история развития географических информационных систем насчитывает более 30 лет со времени создания в середине 60-х годов Канадской ГИС под руководством Р.Томлисона. Судя по имеющейся литературе, это действительно была первая работающая автоматизированная информационная система, имеющая дело с пространственно распределенной информацией. Однако, и Канадская ГИС и другие геоинформационные системы, разработанные в Европе и Северной Америке в 60-х и первой половине 70-х годов представляли собой банки картографических данных с функциями ввода, простейшей обработки и вывода с использованием примитивных (по современным представлениям) печатающих устройств. В связи с этим появление первого поколения ГИС в том смысле, который мы вкладываем в это понятие сегодня, все же следует отнести к концу 70-х, началу 80-х годов, когда появились и достаточно широко распространились 16-ти битовые микро- и миниЭВМ, получили соответствующее развитие техника и технология ввода, хранения, обработки, анализа и представления пространственно распределенных данных в целом ряде научных и прикладных областей. К таковым, в первую очередь, следует отнести картографию и системы автоматизированного картографирования, дистанционное зондирование и методы обработки данных дистанционного зондирования, системы компьютерного проектирования (CAD) и компьютерную графику, пространственный анализ, географическое и картографическое моделирование.

Результатом вначале параллельного, а затем все более тесного совместного развития средств и методов обработки и анализа пространственного распределения данных в этих и некоторых других областях и явились географические информационные системы, а точнее, технология географических информационных систем.

Нельзя не отметить военные приложения ГИС-технологии, которые имели как свидетельствует, например, Питер Барроф, «взаимоналагающееся и даже доминирующее значение во многих из этих монодисциплинарных областей».

В предшествующем появлению первого поколения ГИС периоде можно условно выделить как качественные этапы 60-е и 70-е годы. Именно в 60-е годы появились первые автрматизированные картографичекие системы. В1963 г. Ховард Т. Фишер создал SYMAP (Synagrapfic Mapping System)-программу построения карт на алфавитно-цифровых печатающих устройствах (АЦПУ) ЭВМ (synagraphic-от греческого слова synagein, означающее объединение вместе), включающего также набор программных модулей для анализа пространственных данных. В последующие годы в Лаборатории компьютерной графики и пространственного анализа Гарвардского университета, которую в 1965 г. возглавил Ховард Т. Фишер, были разработаны такие широко известные пакеты, как GRID,IMGRID,CALFORM и другие, которые как и многие, созданные в других научных центрах в 60-х и 70-х годах пакеты, были ориентированы на автоматизацию картографирования с использованием имеющихся в то время линейных или перьевых плоттеров, а также выполнения простейших методов пространственного анализа растровых изображений, не выходящих за пределы возможностей «ручных» методов.

Для периода с конца 60-х по вторую половину 70-х годов характерно последовательное усовершенствование методов пространственного, в том числе — статистического, анализа, а также технологии кодирования и представления пространственных данных. Уже в конце 60-х годов разработана т.н. DIME-файловая структура хранения топологической информации, появилась технология графического отображения 3-х мерных изображений и т.д. Весьма характерной для этого периода является тенденции к усилению междисциплинарных связей в среде разработчиков ГИС, в первую очередь между учеными и инженерами. Однако, геоинформационных системы этого периода все же были специализированными, причем создаваемыми на базе мощных и очень дорогих ЭВМ, в силу чего они были системами уникальными с весьма ограниченным кругом пользователей.

Во второй половине 70-х-начале 80-х годов на Западе в разработку и приложения ГИС-технологии были сделаны значительные инвестиции как правительственными, так и частными агентствами, особенно в Северной Америке. В этот период были разработаны сотни компьютерных программ и систем. Появление же и широкое распространение, недорогих компьютеров графическим дисплеем (получивших название «персональных»), позволивших отказаться от «пакетного» режима обработки данных и перейти к диалоговому режиму общения с компьютером с помощью команд на общем английском, способствовали децентрализации исследований в области ГИС-технологии. Тесная же интеграция междисциплинарных исследований, их направленность на решение комплексных задач, связанных с проектированием, планированием и управлением, привели к созданию интегрированных ГИС, характеризующихся большей или меньшей универсальностью. К 1984 г. только в Северной Америке было инсталлировано примерно 1000 геоинформационных систем. В Европе разработка ГИС велась в меньшем масштабе, но основные шаги в области разработки и использования ГИС-технологии были проделаны и здесь. Особенно необходимо отметить Швецию, Норвегию, Данию, Францию, Нидерланды, Великобританию и Западную Германию.

Второе поколение ГИС можно вслед за Хенком Ф. Оттенсом отнести к середине 80-х годов, третье — к началу 90-х. Прогресс в ГИС-технологии в последнее десятилетие в значительной степени связан с прогрессом аппаратных средств, причем как компьютеров — появлением 32-х битовых, а затем 64-х битовых мини- и микроЭВМ, так и средств ввода и вывода пространственной информации — дигитайзеров, сканеров, графических дисплеев и графопостроителей.

Для этого же периода характерно появление и широкое распространение коммерческих ГИС-пакетов, которые в большинстве случаев. Представляют собой программную среду, позволяющую пользователю достаточно просто создавать геоинформационные системы в соответветствии с его собственными запросами и возможностям. В конце 80-х годов сформировалась мировая ГИС-индустрия, включающая аппаратные, программные средства ГИС и их обслуживание. В 1988 г., например, только прямые расходы по этим статьям в мире превышали 500 млн. долларов США, а в 1993 составили около 2.5 млрд. долларов. Непрямые же расходы превышали эти цифры в несколько раз.

Реализацией мощного интеграционного потенциала ГИС-технологии явилось выполнение, начиная с конца 80-х годов, ряда глобальных и межнациональных проектов по мониторингу природной среды таких как, например,GRID и CORINE.

Проект GRID (GlоЬа1 Resоигсе Information Database) Глобального ресурсного информационного банка данных является инструментом реализации программы GEMS (С1оЬа1 Environment Monitoring System)-Глобальной системы мониторинга окружающей среды, выполняемой эгидой Организации Объединенных Наций. Проект разрабатывается с 1988 года рядом стран участниц (Канада, сша, Норвегия, Швеция и др.), международных и национальных организаций (НАСА, институт исследований природных систем — ЕSRI, Женевский университет и др.). Программное обеспечение GRID осуществляется с помощью пакета ELAS, разработанного в НАСА для обработки данных диcтанционного зондирования и ГИС-пакета ARC-INFO, разработанного ЕSRI (Калифорния).

Проект CORINE — (Coordination-Information-Environment) — создание геоинформационной системы Европейского Союза. Разработка проекта начата в соответствии с решением ЕЭС от 27 апреля 1985 г.

Отраслевое использование ГИС-технологий

Возможности ГИС-технологий могут быть задействованы в самых различных областях деятельности. Вот лишь некоторые примеры использования ГИС-технологий:

административно-территориальное управление

· городское планирование и проектирование объектов;

· ведение кадастров инженерных коммуникаций, земельного, градостроительного, зеленых насаждений;

· прогноз чрезвычайных ситуаций техногенно-экологического характера;

· управление транспортными потоками и маршрутами городского транспорта;

· построение сетей экологического мониторинга;

· инженерно-геологическое районирование города.

телекоммуникации

· транковая и сотовая связь, традиционные сети;

· стратегическое планирование телекоммуникационных сетей;

· выбор оптимального расположения антенн, ретрансляторов и др.;

· определение маршрутов прокладки кабеля;

· мониторинг состояния сетей;

· оперативное диспетчерское управление.

инженерные коммуникации

· оценка потребностей в сетях водоснабжения и канализации;

· моделирование последствий стихийных бедствий для систем инженерных коммуникаций;

· проектирование инженерных сетей;

· мониторинг состояния инженерных сетей и предотвращение аварийных ситуаций.

транспорт

· автомобильный, железнодорожный, водный, трубопроводный, авиатранспорт;

· управление транспортной инфраструктурой и ее развитием;

· управление парком подвижных средств и логистика;

· управление движением, оптимизация маршрутов и анализ грузопотоков.

нефтегазовый комплекс

· геологоразведка и полевые изыскательные работы;

· мониторинг технологических режимов работы нефте- и газопроводов;

· проектирование магистральных трубопроводов;

· моделирование и анализ последствий аварийных ситуаций.

силовые ведомства

· службы быстрого реагирования, вооруженные силы, милиция, пожарные службы;

· планирование спасательных операций и охранных мероприятий;

· моделирование чрезвычайных ситуаций;

· стратегическое и тактическое планирование военных операций;

· навигация служб быстрого реагирования и других силовых ведомств.

экология

· оценка и мониторинг состояния природной среды;

· моделирование экологических катастроф и анализ их последствий;

· планирование природоохранных мероприятий.

лесное хозяйство

· стратегическое управление лесным хозяйством;

· управление лесозаготовками, планирование подходов к лесу и проектирование дорог;

· ведение лесных кадастров.

сельское хозяйство

· планирование обработки сельскохозяйственных угодий;

· учет землевладельцев и пахотных земель;

· оптимизация транспортировки сельскохозяйственных продуктов и минеральных удобрений.

Заключение

Рынок ГИС, начиная с момента появления первых коммерческих продуктов во второй половине прошлого века, постоянно развивается и растет. Растет оборот как непосредственных разработчиков базового программного ГИС обеспечения, так и их партнеров, предлагающих готовые наборы геоданных и собственные разработки, дополняющие возможности базовых продуктов полезными, в том числе специализированными функциями и инструментами. Рынок ГИС растет и в периоды экономического подъема, и даже в трудные времена. Эта технология очень ценна для улучшения производственного процесса, при принятии решений, для общения и налаживания контактов между людьми, повышения их знания об окружающем мире, для общего повышения эффективности работы и расширения взаимодействия внутри и между организациями.

Литература

1.Бугаевский Л.М., Цветков В.Я. Геоинформационные системы. — М.: Златоуст, 2000.

2.Информационные технологии в управлении / Под ред. Ю. М. Черкасова. М.: ИНФРА-М, 2001.

3.Компьютерные технологии обработки информации / Под ред. С. В. Назарова. М.: Финансы и статистика, 1995.

4.Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. Учебное пособие. Петрозаводск. 1995

5.Светличный А.А., Андерсон В.Н.,. Плотницкий С.В «Географические информационные системы: технология и приложения.», Одесса,1997

6.Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии информации / Под ред. С. В. Назарова. М.: Финансы и статистика М.:1998.

7.Электронный ресурс:http://mosmap.ru – сайт информативных карт

8.Электронный ресурс: gis-tech.ru– информационный сайт о ГИС-технологиях

www.ronl.ru

Реферат - Понятия о гис (Геоинформационные системы) их структура, классификация и применение

Географические и земельно-информационные системы

Глазкова Е.В.

Понятия о ГИС (Геоинформационные системы) их структура, классификация и применение.

Отраслевой стандарт мин образования РФ

ГИС – совокупность технических, программных и информационных средств обеспечивающих ввод, хранение, обработку, математико-картографичекое моделирование и образное интегрированное представление географических и соотнесенных с ними атрибутивных данных для решения проблем территориального планирования и управления.

1 этап дотируется с поздних 50х. Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка имперического опыта, и в этот период развивается первые крупные проекты и теоретические проекты.

2 период государственных инициатив (70 – 80х). В этот преиод происходит развитие крупных геоинформационных проектов поддерживаемых государством, формирование государством институтов в области ГИС, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

3 период коммерческого развития (80 – 90х). Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами не пространственных данных. Появление сетевых приложений, появление значительного число не профессиональных пользователей, развитие систем поддерживающих корпоративные и распределенные базы геоданных.

4 период – пользовательский (90 – настоящее время). В этот период повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий. Доступность и открытость программных средств, что позволяет пользователям самим адаптировать, использовать и даже модифицировать программы. В этот появляются клубе телеконцеренции для территориально разобщеннх но связанных единой тематикой пользовательских групп. Возросшая потребность геоданных, начало мировой геоинформационной инфраструктуры.

Связь ГИС с научным дисциплинами:

География

Картография

Информатика

Топографика

Фотограмометрия

Математика и статистика

Геодезия

Дистанционное зондирование

и технологиями:

Система настольного картографирования – используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. Сама карта является базой данных.

Система САПР (система автоматизированного проектирования) – способная создавать чертежи проектов, планы зданий для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными парами. Это системы огранициваются небольшим количеством правил построения объектов и имеют ограниченные возможности построения данных. (АвтоКад, АрхиКад).

Дистанционное зондирование и GPS. Научное направления для проведения измерений земной поверхности с использованием сенсоров (камеры на борту летательных аппаратов, приемники системы GPS и др.)

СУБД (система управления базами данных) – предназначена для хранения и управления всеми типами данных включая и пространственные. Все ГИС встроена поддержка СУБД.

Классификация ГИС:

По назначению, в зависимости от целевого использования и характера решаемых задачь. Мониторинговые, исследовательские, ГИС принятия решений, учебные, издательские и иные.

По проблемно тематической ориентации в зависимости от области применения.

- экологические и природопользовательские

- социально – экономичиские

- геологические

- инжнерных коммуникаций

- черезвычайных ситаций

- навигационный

- транспортные

- торгово-маркетинговые

- архиологичекий

по территориальному охвату. В зависимости от масштабного ряда цифровых карданных.

- Глобальное

- Общенациональные

- Региональные ГИС

- Муниципальные

- Локальные

По способу организации Географических данных, в зависимости от формата ввода, хранения, обработки и предоставления картографической информации.

- Векторные

- растторные

- векторно растровые

- трех мерные

Национальные требования ГИС.

1. Функция автоматизированного картографирования – эти функции должны обеспечивать работу с картаграфическими данными ГИС с целью их отбора, обновления, преобразования для производства высококачественных карт и рисунков. Включают:

1. Векторно-растровые преобразования

2. Преобразования кардинатной системы (картографической проекции и масштабов), склейки отдельных листов.

3. Склейки отдельных листов

4. Осуществление картографических измерений, вычисления площадей

5. Размещение текстовых надписей и вне масштабных картаграфических знаком или символов

6. Формирования макета печати.

2. Функция пространственного анализа должны обеспечивать совместное использование и обработку картаграфических и атрибутивных данных. Для создания производных картографических данных.

Функции ПА должны включать:

Анализ географической близости, анализ сетей, топологическое наложение полигонов, интерполяцию и вычисление буферных зон.

3. Функция управления данных должны обспечивать работу с отребутивными данными ГИС с целью их отбора, обновления и преобразования для производства стандартных и рабочих отчетов. Функции УД должны включать в себя пользовательские запросы, генерацию пользовательских документов, статистические вычисления, логичекие операции и поддержания информационной безопасности стандартных форм запросов и представление их результатов.

Структура ГИС

В общем виде ГИС должны состоять из четырех под систем:

Подсистема, подготовки и ввода данных. Основная задача – формирование баз географических и атрибутивных данных ГИС. Атрибутивные хранящиеся в таблицах. Географические – метрическое положение в пространстве.

Хранение, обновление и управление данными. Основная задача – организация и хранения данных. Обеспечение процедур их редактирования и обновления, обслуживание запросов на информационный поиск поступающих в систему.

Обработки, моделирования и анализа данных. Основная задача – обработка данных, обеспечение процедуры их преобразования, математического моделирования и анализа (является сердцем ГИС).

Контроля, визуализация и вывода данных. Задача – генерация и оформление результатов работы системы в виде карт, графических изображений, таблиц, графиков, текстов на различных цифровых носителях.

Подсистема ввода в себя включает: компьютер, сканер, дигетайзер и накопители геодезических приборов.

Три способа преобразования графической информации в цифровую форму:

- Точечный, линейный и сканирование.

При точечном используются устройства: кодировочный планшет, цифрователь, кодировщик, дигитайзер (процесс дигитолизации или цифрование). Преобразование изображение в цифровой виде так же может осуществляться в цифровой с использованием электронных устройств – сканеры. Бывают планшетные, роликовые и барабанные.

Преимущества ручной дегитализации, возможность со старыми, сильно загрязненными картографическими картами. Получение информации сразу в векторной формы. Относительная низкая стоимость. Возможность получать разделенное по частям изображение.

Подсистема выводы: принтер, плоттер, внешние устройства вывода.

По принципу построения изображения различают векторные и растровые. В растровых плоттерах изображение формируется построчно и последовательно, и направление вывода изображения постоянно. В векторных плоттерах пишущие элементы перемещаются в векторном (заданном) направлении и рисуют вектора.

Струйная печать различается на термопечать и пъезоэлектрическая.

Подсистема хранения информации. Понятия о базы данных (ОБД). Графическая и атрибутивная база данных.

База данных – понимается поименованная совокупность данных отображающих состояние объекта, его свойства и взаимоотношения с другими объектами, а так же комплекс технических и программных средств для ведения этих баз данных. База данных делится на иерархические, сетевые и реляционные.

Иерархические устанавливают строгую подчиненность в виде записи.

Сетевые базы данных в них структура сложнее чем в иерархии.

Реляционные – информация организованна в виде таблиц, разделенных на столбцы и строки, на пересечении которых находится значение данных. У каждой таблицы находится уникальное имя описывающее ее содержимое. Связь таблицы осуществляется через поля. Поля – название столбцов таблицы. Каждая таблица имеет собственный, набор поименованный столбцов или полей. Обычно соответствует атрибутам объектов которые необходимо хранить в базе данных. Каждая запись в таблице несет информацию об одном объекте.

В реляционной базе данных ГИС хранится два типа данных: графические и атрибутивные (симантичекие). В … графическая или метрическая основа карты. Атрибутивная база данных содержит в себе определенную смысловую нагрузку карты и дополнительные сведения которые относятся к пространственным данным, но не могут быть прямо отнесены на карту и являются информацией описывающих качественные характеристики объектов (атрибуты). Таблица содержащая атрибуты объектов и называется таблицей атрибутов.

Картографическая, семантическая (атрибутивная) информация – информация в цифровом или текстово-графическом виде о количественных и качественных характеристиках объектов явлений.

Система управления базы данных (СУБД) осуществляется поиск, сортировка, добавление и редактирование информации базы данных. Графическая и атрибутивная информация в ГИС связывается через идентификатор – уникальный номер объектов.

В любой ГИС можно организовать запрос к атрибутике. Существуют две формы запроса:

SQL – язык структурированных запросов.

QBE – запрос как шаблон.

Представление цифровой карты.

Цифровая карта – цифровое выражение векторного или растрового представления общегеографической или тематической карты, записанной в определенном формате, обеспечивающее ее хранение, редактирование и воспроизведение.

Цифровая модель земной поверхности.

Цифровая модель земной поверхности – логико-математическое описание в цифровой форме объектов земной поверхности и отношение между ними.

Электронная карта – картографическое изображение, визуализированное на дисплее компьютера на основе данных цифровых карт или базы данных ГИС, картографическое произведение в электронной форме, представляющие собой цифровые данные вместе с программными средствами и их визуализации, принятых в проекциях системах условных знаков, при соблюдении установленной точности и прав оформления (экранные карты).

Полная цифровая модель объекта цифровой карты в обязательном порядке должна включать в себя:

Геометрическую или метрическую информацию.

Атрибуты признаки, связанные с объектом и его характеризующие

Не метрические или топологические характеристики которые объясняют связи между объектами

К топологическим характеристикам можно отнести:

- ориентация (отношение одного объекта к другому).

- примыкание (наличие общей границы или точки).

- включение (вложенность контура).

- совпадение (наложение одного объекта на другой).

Топологические характеристики заносятся при кодировании данных в виде дополнительных атрибутов (во многих ГИСах процесс осуществляется при авторизации данных). Логически же отношение между объектов для кодирования связи между парами объектов (рядом с, ближайшей к, соединен с) определяется присвоением признака, который представляет собой идентификатор ближайшего к нему объекта того же класса.

Основные компоненты объекта базы данных ГИС.

Обязательные компоненты

Не обязательные компоненты

Информация идентификация

Информация интерпретация

Информация положения

Характеристика

Информация о пространственно логических связях объектов

Графическая информация

Позволяет выделить информацией данный объект из множества прочих объектов

Позволяет однозначно интерпретировать сущность объекта

Информация содержащая описание положения объекта, его формы и размеры

Сущность и значение свойств объектов, могут быть количественными и качественными

Характерные отношения между объектами, определяющие их взаимное пространственное положение

Правило графического изображения и его характеристик на топографическом изображении

Уникальный идентификатор

Код объекта по класикатору

Координаты длины углы

Семантическая информация (атрибуты)

Топологические отношения и логические связи

Условные знаки, шрифты, цвет, стиль линий.

Метрическая информация - цифровая и графическая информация отображающая в определенной системе координат пространственное положение и геометрическое описание объектов карт.

Семантика объекта цифровой топографической карт – часть информации в составе объекта цифровой топокарты описывающей сущность и свойства объектов топокарты.

Пространственно логической карты объектов – характерное положение между объектов определяющие взаимное пространственное положение (примыкание, соседства, пересечение), и логику взаимодействия друг с другом.

Данные хранятся в различных таблицах, каждая таблица может отображать определенные свойства объектов.

Для этого используются:

- таблицы должны быть связаны между собой, для этого используются одинаковые во всех таблицах и уникально в пределах отдельно взятой таблицы поле, в котором фиксируется номер объекта либо идентификатор. Каждая таблица должна иметь первичный ключ (индекс) – поле, набор полей содержимое которых однозначное определяет запись в таблице и отличает ее от других.

Связь между таблицами образуется с добавлением первую таблицу поля, содержащего значения индекса второй таблицы. Благодаря этому мы можем объеденять какие угодные большие объемы данных, осуществялть отбор записей, производить группировки, объединение и сортировки ,а так же поиск в Бахе данных по запросу пользователей.

Логическая связка.

При выделение атрибутивной информации объектов одной таблице, выделение отразится и в других, связанных с исходных. Таким образом используя связи нескольких таблиц мы можем получит одну большую.

….. организации элементов изображения.

2 принцип организации элементов изображения – объектно ориентированные – когда группировка объектов происходит в соответствии с логическими связями между ними, с построением различных иерархий и зависимости.

06.03.10 (л)

Система обработки, поиска и анализа данных.

Подсистема включает операции, производимые ПК над геоданными в информационной системе. К наиболее важным относятся операции, которая обеспечивают выбор и внесение данных в память машины, а так же аналитические операции, которые осуществляются при решении различных задач.

Поиск данных в памяти

Установление размерности отдельных исследуемых областей

Проведение логических операций над конкретными данными применительными к территориальными единицам исследуемой области.

Статистические расчеты

Специальные математические расчеты, в соответствии с требуемыми расчетами.

ГИС имеет множество инструментов для анализа, наиболее значимые:

Анализ близости

Анализ наложения

Для проведения анализа близости объекта относительно друг другу, в ГИС применяется процесс буферизации (например – сколько домов находится в водоохраной зоне). Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях, т.е. накладываются разные слои (оверлейная операция, или оверлей слоев).

Геоинформационные технологии.

Источники информации для формирования базы данных ГИС (БД ГИС).

Формирование базы данных обеспечивается наличием в составе программно-аппаратного комплекса ГИС, специализированных средств для ввода – вывода информации. С помощью этих средств организовывается информационное обеспечение ГИС проекта. Программное обеспечение может включать в себя модули работы с дигитайзерами, с камерами, электронными геодезическими приборами, обеспечивать автоматическую или ручную инвентаризацию, растровое ГИС, а так же средства геометрической коррекции, перехода от одной картографической проекции к другой, контроль качества пространственной информации и редактор графической информации. В некоторых ГИС существуют алгоритмы картографической генерализации. Необходимым компонентом ПО ГИС, обеспечивающие наполнение атрибутивно-графической базы данных ГИС являются модули преобразования внешних форматов данных. В состав этих модулей должны входить средства импорта и экспорта, наиболее распространенной векторной и растровой, а так же атрибутивный формат. В наиболее мощных системах имеется поддержка стандарта обмена пространственных данных и стандартных протоколов взаимодействия с другими приложениями.

Источник информации делится по двум признакам:

На первичные и вторичные

На цифровые и не цифровые

При создании ГИС чаше используются вторичные источники – географические карты, бумажники, таблицы, и изображения.

Сбор первичных географических, экономических, гидрологических осуществляется с помощью широкого спектра приборов в широком цифровом виде (GPS приемники, полевые компьютеры, которые совмещены с измерительными приборами), которые позволяют оперативно формировать атрибутивно-графическую БД ГИС непосредственно при обследовании территории.

Так же первичные данные могут поступать с бортов искусственных спутников земли, которые сканируют и фотографируют поверхность земли. После того как первичные данные интерпретированы, отредактированы и отработаны они становятся вторичными. Среди источников вторичной информации для наполнения БД ГИС часто привлекаются картографические и статистические данные. Самый популярный из источников данных являются географические карты, т.к. они имеют пространственные привязки. Но здесь существуют ряд проблем:

Тематические карты является некой интерпретацией первичных данных

Данная информация не является универсальной ее полезность определяется тем, какие были используются стандарты, модели и стандарты данных.

Карты быстро устаревают

ТО переход на формирование БД на основное первичной информации является предпочтительной.

Первичная информация всегда подвергается первичной обработке, таким образом для всех наборов данных создаются метаданных (данных о данных).

В настоящее время в организации роскартографии созданы и распространяются цифровые и картографические карты на территории нашей страны, масштаба 1:1000000 и до 1:10000. Они созданы традиционно с бумажных карт где поверхность земли изображена по строго определенным правилам, они являются подробными общегеографическими картами, отражающие размещение и свойство основных природных, а так же социально-экономических явлений. Каждая топографическая карта изображается в рамке строго определенного размера, в заданном масштабе и проекции. Система деления топографических карт на листы называется разгадкой. Номенклатура карты служит для установления «адреса» листа карты. Разграфка топокарт всех масштабах основано на разграфке и номенклатуре 1:1000000. Размер одного листа карты (1:1000000) составляет 4 градуса по широте и 6 по долготе. 4 градусные полосы по широте называются рядами и обозначаются заглавными буквами латинского алфавита, от экватора к северу и югу. В каждом полушарии по 22 ряда. 6 градусные полосы по долготе называются колоннами и номеруются арабскими цифрами с запада на восток.

Данные о разграфке и номенклатуре топокарт.

Масштаб

На сколько частей делится лист 1:1000000

Дополнительное обозначение

Пример

По широте

По доготе

1:1000000

www.ronl.ru