УДК 528.94

ГИС. СУЩНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ. ИССЛЕДОВАНИЕ

ПРОБЛЕМНЫХ ВОПРОСОВ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Жартай Гаухар Жомартовна, Абдулманова Сауле Акылбаевна,

[email protected], [email protected]

Студентки 2-го курса группы ГК-22 по специальности «Геодезия и картография»

Архитектурно-строительного факультета ЕНУ им. Л. Н. Гумилева, Астана, Казахстан Научный руководитель – К. М. Асылбеков Слово «геоинформатика» является одним из понятий, плотно обосновавшихся в иженерной терминологии. Это понятие по сути своей является результатом интеграции трех дисциплин: географии, информатики и автоматики. И основные элементы этих дисциплин, а именно программирование и разработка ЭВМ, а также новейшие достижения в области вычислительной техники, прикладная математика и географические данные и составили научный стержень геоинформационных систем. Говоря образно, ГИСэто своеобразный гибрид, образовавшийся на стыке имеющей давнюю историю развития картографии и информационных технологий, который получил свое бурное развитие лишь с недавнего времени. А теперь данное с научной точки зрения определение ГИС известного ученого А. Дигани: «ГИС – это 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». Другими словами, ГИС - это программа обрабатывающая пространственно- временные данные для получения результатов о местоположении географических объектов. Такое, достаточно посредственное, определение дается нам в любом из учебников по картографии и геодезии, но что же на самом деле такое ГИС и в чем его сущность мы попытаемся разобраться в нашей статье. В первую очередь, любая информационная система, в том числе и ГИС, направлена на сбор, хранение, передачу пространственно–временной информации о различных объектах земного шара. Однако ГИС отличает от других информационных систем способность перерабатывать информацию, существующую в базе данных. И для того, чтобы лучше понять всю суть данной системы, попытаемся раскрыть следующие понятия: информация, геоданные и объект. Информацию можно интерпретировать как совокупность содержательных сведений, заключенных в том или ином изучаемом или исследуемом объекте, событии или явлении и проявляемых при наличии сообщения в виде отражения на другом объекте или событии. Геоданные – это данные о различных географических обектах и явлениях, требующие представления в координатно-временной форме. Понятие объекта же представляет собой совокупность предметов, свойств и ругих элементов некоторого множества. Связь между представленными понятиями заключается в том, что все существующие объекты и явления местности, в определении которых важны форма, размеры, расположение относительно других объектов, могут быть охарактеризованы геопространственными данными. Таким образом, происходит задание системы отсчета и позиционирования в пространстве. Назначение ГИС кроется в выполняемых ею задачах, а также в различных особенностях тех или иных разновидностей ее программ. К примеру, одной из основных задач ГИС, помимо сбора, хранения пространственной информации, является также и ее анализ по различным направлениям. Пример последовательного функционирования ГИС приведен на следующей схеме (рис.1.1).

Рис. 1.1 Схема геоинформационной системы Однако не все разновидности программ ГИС снабжены возможностями специализированного анализа. Так как во многом это зависит от самих пользователей данных систем, зачастую они имеют свои методики и способы проведения анализа данных. Создание же приложений, осуществляющих анализ, к данным программам является крайне невыгодным. А сейчас вернемся к задачам ГИС.

В первую очередь, ГИС способна моделировать объекты и процессы, локализованные или протекающие не только на суше, но и на акваториях морей, океанов и внутренних водоемов. Средства ГИС давно и успешно используются в морской навигации. Гораздо менее известны системы, распространяющие область своего влияния на воздушное пространство (аэроторию), это авианавигационные системы, системы планирования и выполнения аэросъемок и решения других задач, связанных с воздухоплаванием и др. Наконец, для обеспечения деятельности в космическом пространстве ГИС способна решить задачи баллистики и управления полетами и другими передвижениями и действиями космических аппаратов, изучения внеземных объектов. А также существует следующая группа задач, которая требует наибольшего внимания, тщательного, к себе отношения, при выполнении с помощью ГИС : обработка видеоизображений; преобразование растровых изображений в векторные графические модели; обработка картографической информации; построение моделей объектов или местности; получение новых знаний; получение решений на основе геоинформации.

Данная группа задач является своеобразным фундаментом, основой для осуществления вышеперечисленных задач. В зависимости от круга выполняемых задач, программное обеспечение ГИС можно разбить на следующие категории:

1. Инструментальные ГИС-системы с наиболее широкими возможностями, включающие ввод, хранение, сложные запросы, пространственный анализ, вывод твердых копий;

2. ГИС-вьюеры используются для просмотра введенной ранее и структурированной информации;

3. Векторизаторы растровых картографических изображений предназначены для ввода пространственной информации со сканера, включают полуавтоматические средства преобразования растровых изображений в векторную информацию;

4. Специализированные средства пространственного моделирования, которые оперируют пространственной трехмерной информацией;

5. Средства обработки и дешифрирования данных дистанционного зондирования для обработки цифровых изображений земной поверхности как результатов аэрофото- и космической съемки. Существует множество и других классификаций программ ГИС.

Однако представленное разделение отражает ключевые моменты использования ГИС. Что касается использования и современного состояния систем ГИС, то для начала вспомнить немного об истории возникновения, и таким образом проследим путь эволюции.

Технология ГИС имеет свою богатую историю развития. И берет эта история свое начало с конца пятидесятых годов прошлого столетия. Наибольший вклад в развитие ГИС внесли, как это не удивительно, такие страны, как США, Канада и страны Европы. И лишь с 80-х годов эта сфера стала пользоваться заслуженным интересом и на территории бывшего СССР. Не смотря на этот факт, все же главными производителями ГИС оставались США.

В истории развития геоинформационных систем выделяют четыре периода:

Новаторский период (поздние 1950е - ранние 1970е гг.) • исследование принципиальных возможностей информационных систем, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

Период государственного влияния (ранние 1970е - ранние 1980е гг.) • развитие крупных геоинформационных проектов, финансируемых государством, формирование государственных институтов в области геоинформатики, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

Период коммерциализации (ранние 1980е - настоящее время) • широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных инструментальных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами атрибутивных данных, создание сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, организация систем, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах и поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

Период потребления (поздние 1980е - настоящее время) • повышенная конкурентная борьба среди коммерческих производителей геоинформационных технологий и услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и открытость программных средств позволяет пользователям самим настраивать, адаптировать, использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских клубов, телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в географических данных, начало формирования геоинформационной инфраструктуры планетарного масштаба.

Развитие ГИС способствовало захвату мировых рынков. И на сегоднящний день ГИС выступает по всему миру в очень широком спектре различных направлений. По данным различных статистических материалов объемы продаж продуктов ГИСтехнологий, совокупность оказываемых ГИС- услуг ежегодно увеличивается на 20-30 % с 90-х годов прошлого века и достигают несколько миллиардов долларов США в год. Эти показатели имеют тенденцию увеличиваться в быстрых темпах. Как говорится – это еще не предел. И каковы именно результаты развития данной системы, можно выявить из ее распространенности, примениения в различных сферах науки и техники. В настоящее время ГИС нашли свое применение в следующих областях: экология и природопользование, земельный кадастр и землеустройство, морская, авиационная и автомобильная навигация, управление городским хозяйством, региональное планирование, маркетинг, демография и исследование трудовых ресурсов, управление дорожным движением, оперативное управление и планирование в чрезвычайных ситуациях, социология и политология. Кроме того, ГИС используются для решения разнородных задач, таких как: обеспечение комплексного и отраслевого кадастра; поиск и эффективное использование природных ресурсов; территориальное и отраслевое планирование; контроль условий жизни населения, здравоохранение, социальное обслуживание, трудовая занятость; обеспечение деятельности правоохранительных органов и силовых структур; наука и образование; картографирование. На схеме представлена перечень основных отраслей наук, связанных с ГИС (рис1.2).

Рис.1.2 Связь ГИС с научными дисциплинами Как можно увидеть из схемы (рис1.2) ГИС очень связана с науками о земле, и это не случайно. Ведь в первую очередь данная система была создана для географии и для решения ее задач, проблем. Однако, в настоящий период времени ГИС используется в огромном числе управленческих структур, в научных и образовательных учреждениях, в военных ведомствах, на предприятиях, фирмах. И пройдя путь развития, ГИС стала использоваться практически во всех областях, так или иначе связанных с территориальным распределением информации, что сделало ее, можно сказать, не заменимой программой, системой. Как и любой другой столь широко распространенной технологии, у ГИС есть свои проблемные вопросы, решение которых позволило бы ей стать действительно важным и не заменимым творением ученого ума. Рассмотрим же основные вопросы, касающиеся проблем ГИС, начиная с самых простых из них, и попытаемся дать возможные пути их решения. Эффективность использования программ ГИС во многом зависит от самого пользователя. И от уровня подготовки специалистов зависит исправность этой системы, ее функциональность, а также, возможно, и дальнейшее развитие, эволюция. Уровень подготовки новых специалистов в области геоинформатики, занимающихся использованием Гис-технологий, во многом, оставляет желать лучшего Попытаемся выделить основные причины возникновения прорех в подготовке новых специалистов этой сферы деятельности. Итак, во-первых, недостаточное оснащенность учебных заведений различными устройствами ГИС, также во многом устаревшие методики преподавания, требующие, само собой, модернизации.

Большую роль играет и недостаточное распространение в среде молодых специалистов сведений о различных нововведениях, изобретениях, что влияет на их возможную прогрессивность в мыслях, в осуществляемой ими деятельности, на формирование их образного аналитического мышления. Это создает некоторый барьер, который сдерживает развитие ГИС-технологии.

Основными являются проблемы, касающиеся использования ГИС. Итак, современные проблемы ГИС: 1. Проблемы развития технологий работы с геоинформацией, которые включают создание специализированных программных средств для серверов, где она хранится и обрабатывается, для клиентских мест, где эта информация используется и анализируется, для сетевых коммуникаций, где контролируются потоки геоинформации между серверами и клиентами. 2. Проблемы разработки стандартов, обеспечивающих полноценный и эффективный сетевой обмен весьма разнородной географической информацией, поддерживаемой не менее разнородными технологическими платформами и системами. 3. Проблемы проведения исследований по повышению скорости обработки запросов, формирования и передачи картографических изображений, повышения функциональности предлагаемых сервисов, совершенствования способов хранения больших объемов географической информации, повышения качества картографической визуализации и многое-многое другое, включая проблемы програмного обеспечения. Эти проблемы во многом связаны с тем, что существующие наборы геопространственных данных бывают плохо документированы и созданы без применения каких-либо общепринятых стандартов. Это часто приводит к тому, что процессы создания геопространственных данных происходят с излишними расходами и дублированием действий. Однако уже сейчас можно говорить о том, что функциональность ГИС все более увеличивается. Для ГИС важна, в первую очередь, простота использования и доступность широкому пользователю, и в то же время важно обеспечить максимум функциональных возможностей. ГИС обеспечивают интероперабильность с сервисами карт, данных и метаданных. Указанная тенденция говорит о расширяющемся значении ГИС, картографии и пространственных данных во всех сферах деятельности. Геотехнологии становятся все более доступными и востребованными. Для современных ГИС-приложений характерна гибкость программных разработок. Как правило, ведущие производители ПО ГИС разрабатывают приложения с открытой архитектурой, позволяющей конечному пользователю самому настраивать программу под свои нужды, расширяя ее функциональность. К примеру, для решения первой проблемы из перечисленных, мы предлагаем создать сеть государственных специализированных учреждений, занимающихся доскональным изучением геоинформационных систем, также занимающихся проведением обучающих тренингов по работе с ГИС, по созданию различных программных установок для серверов. Для решения следующей проблемы, касающейся разработки стандартов для обмена геопространственной информации, возможно, принятие свода единых норм и правил, следование которым вело бы к качественным улучшениям информационного обмена.

Например, существующие ГОСТы и СНИПы, однако здесь требуется учитывать все аспекты и особенности. В свою очередь, для увеличения скорости обработки поступающих запросов считаем необходимым уделение большего внимания использованию новейших программ, установок, которые являются составляющими элементами и инструментами обработки и анализа данных запросов. Итак, в данной статье мы попытались раскрыть все грани системы ГИС, передающие ее сущность, осветив читателям важнейшие ее вопросы, начиная от определения и сферы применения, до предложенных вариантов решения вопросов и проблем, затрагивающих современное состояние ГИС. Надеемся, читатель в полной мере усвоит и проанализирует предложенную информацию по такой интереснейшей и актуальной в настоящее время теме, как геоинформационные системы. Ведь они вошли, практически, во все сферы жизнедеятельности человека, действия которых трудно представить без геоинформатики.

Возможно, открыв для себя данную тему, заинтересовавшись ею, один из наших читателей в недалеком будущем сделает открытия и для всего человечества.

Шайтура С. В. «Геоинформационные системы», 2009г.

2.Самардак А. С. «Геоинформационные системы», Владивосток, 2005г.

3. Бугаевский Л. М., Цветков В. Я. «Геоинформационные системы», 2000г.