Программа (program, routine) – последовательность команд и данных к ним, которые предназначены для управления конкретными компонентами системы обработки данных в целях реализации определенного алгоритма.

Программное обеспечение (ПО, software) – совокупность программ системы и программных документов, необходимых при эксплуатации этих программ. Различают системное и прикладное программное обеспечение.

Системное ПО (system software) включает программы, необходимые для согласования работы всего вычислительного комплекса при решении различных задач, а также при разработке новых программ.

Прикладное ПО (application software) разрабатывается и используется для решения конкретных задач пользователей ЭВМ.

Чтобы охарактеризовать ГИС-продукцию выделим следующие ее категории:

– специализированное программное обеспечение;

– комплексные системы, включающие все виды обеспечения (методическое, программное, техническое и др.), присущие развитым информационным системам;

– геоинформационные базы данных различного назначения на носителях цифровой информации;

– аэро- и космические снимки, тематические карты и изображения, текстовые отчеты.

Если говорить о специализированном программном обеспечении, то в данной категории ГИС-продуктов выделяется несколько классов, различающихся по своим функциональным возможностям и технологическим этапам обработки информации:

– Инструментальные ГИС;

– ГИС-вьюверы;

– Средства обработки данных дистанционного зондирования;

– Средства пространственного моделирования;

– Справочно-картографические системы.

Инструментальные ГИС - это в наибольшем числе случаев самодостаточные пакеты, включающие такой набор функций, который покрывает все стадии технологического цикла: ввод - обработка - анализ - вывод результатов. Самые мощные представители этого класса именуются «full GIS» (полнофункциональная ГИС). Они обеспечивают:

– двустороннюю связь между картографическими объектами и записями табличной базы данных;

– управление визуализацией объектов;

– работу с точечными, линейными и площадными объектами;

– ввод карт с дигитайзера и их редактирование;

– поддержку топологических взаимоотношений между объектами и проверку с их помощью геометрической корректности карты (замкнутость площадных объектов, связность, прилегание);

– поддержку нескольких картографических проекций;

– геометрические измерения на карте (длина, периметр, площадь);

– построение буферных зон вокруг объектов;

– оверлейные операции (наложение различных площадных объектов);

– создание собственной символогии (новые типы маркерных знаков, типов линий, типов штриховок);

– создание дополнительных элементов оформления карты (подписи, рамки, легенды);

– подготовка и вывод высококачественных твердых копий;

– решение транспортных задач (кратчайший путь на графе и т.п.);

– работу с цифровой моделью рельефа;

– обработку данных съемки местности;

Наиболее известными представителями этого класса являются:

ARC/INFO , ведущий программный продукт ESRI – высокоуровневая ГИС-система с полным набором средств геообработки, включая сбор данных (растровый и векторный формат), их интеграцию, хранение, автоматическую обработку, редактирование, создание и поддержку топологии, пространственный анализ, работу с регулярной и нерегулярной моделями, связь с SQL DBMS, прямое взаимодействие с SDE, визуализацию и создание твердых копий любой картографической информации. Работает на UNIX рабочих станциях и на PC c Windows NT. К базовому пакету системы ARC/INFO можно дополнительно приобрести ряд модулей расширения, предоставляющих пользователям много новых возможностей работы с геоданными.

Так же не менее известными представителями этого класса являются:

– линия пакетов компании Intergraph (MGE-PC), США;

– пакет AutoCAD Map компании Autodesk;

– SMALLWORLD (SmallWorld System, Великобритания);

– MapInfo (MapInfo Corporation, США);

– SPANS от TYDAC;

– GEO-SQL фирмы Generation 5.

ГИС-вьюверы - это недорогие (по сравнению с full GIS), облегченные пакеты с ограниченной возможностью редактирования данных, предназначенный в основном для визуализации и выполнения запросов к базам данных (в том числе и графическим), подготовленным в среде инструментальных ГИС. Большинство из них позволяют оформить и вычертить карту. Как правило, все разработчики полнофункциональных ГИС предлагают и ГИС-вьюверы, например:

WinCAT (Siemens Nixdorf, Германия): программный продукт фирмы Siemens Nixdorf - геоинформационная система ориентированная на интеграцию и анализ графических и семантических баз данных с ограниченными возможностями ввода и редактирования. Работает в операционных системах Windows.

Средства обработки данных дистанционного зондирования предназначаются для предварительно обработки материалов, полученных в результате аэро- и космических съемок земной поверхности. Основные этапы обработки:

1 Предварительный (геометрическая и яркостная коррекции, составление мозаики из нескольких снимков);

2 Тематический - классификация, построение цифровой модели рельефа (ЦМР), автоматическое выделение (распознавание, дешифрирование) объектов.

Для пользователя ГИС основная обработка - это проблемная, связанная в итоге с дешифрированием снимков. Дешифрирование, в свою очередь, подразделяется на объектное и тематическое. Объектное включает контурное дешифрирование (максимально точное проведение контуров и границ объектов: земельных участков, сельхозугодий, контуров зданий, полотна шоссейной дороги и т.д.) и идентификацию (опознание и выделение конкретных объектов). В тематическом дешифрировании акцент делается не столько и не только на точную отрисовку границ объекта, сколько на правильное его наполнение тематическим содержанием (например, какая толщина нефтяной пленки на водной поверхности). Одним из представителей этого класса продуктов является графический редактор ERDAS Imagine:

ERDAS Imagine : растровый графический редактор и программный продукт, первоначально разработанный компанией ERDAS Inc., и предназначенный для обработки данных дистанционного зондирования (в основном, данных ДЗЗ). Продукт предназначен для работы с растровыми данными. Он позволяет обрабатывать, выводить на экран монитора и подготавливать для дальнейшей обработки в программных приложениях ГИС и САПР различные картографические изображения. ERDAS Imagine может также работать в режиме инструментального средства, позволяющего производить многочисленные преобразования растровых картографических изображений и одновременно способного снабжать их географической информацией.

Средства пространственного моделирования предназначены для решения задач моделирования пространственно-распределенных параметров. К этим задачам следует отнести:

– обработку результатов полевых измерений;

– построение 3-мерной модели рельефа;

– построение моделей гидрографической сети и определение участков затопления;

– расчет переноса загрязнения и т.д.

Примером средства пространственного моделирования являются: линия продуктов фирмы Eagle Point, США; линия продуктов фирмы SOFTDESK, США.

Справочно-картографические системы . Это закрытые (в отношении формата и адаптации) оболочки, содержащие простой механизм запросов и отображения. Пользователь, как правило, лишен возможности изменения данных.

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Красноярский государственный университет Исследовательская кафедра биофизики Институт вычислительного моделирования СО РАН Красноярский Межвузовский центр информационных технологий в экологическом образовании С.С. Замай, О.Э. Якубайлик ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Красноярск 1998 УДК ББК С.С. Замай, О.Э. Якубайлик. Программное обеспечение и технологии геоинформационных систем: Учеб. пособие / Краснояр. гос. ун-т. Крас- ноярск, 1998. 110 с. Учебное пособие посвящено программному обеспечению и техноло- гиям геоинформационных систем (ГИС). Рассмотрены области примене- ния ГИС, вопросы их практического использования для решения различ- ных прикладных задач. В обзоре технологий ввода и обработки простран- ственной информации изложены общие принципы и требования к наборам данных программного обеспечения ГИС, проанализированы распростра- ненные обменные форматы пространственных данных. Дана оценка ГИС конечного пользователя, инструментальных программных средств разра- ботки. На примере библиотеки классов GeoConstructor™ обозначены ос- новные проблемы, возникающие при создании ГИС-приложений. Рассмот- рены способы построения многопользовательских геоинформационных систем. Учебное пособие подготовлено в рамках работ по проекту ФЦП «Ин- теграция» № 162 и апробировалось на занятиях со студентами в рамках деятельности Межвузовского ГИС-центра, поддержанной проектом ФЦП «Интеграция» № 68. Рис. 21, табл. 1, библ. 20 назв. Рецензенты: д.ф.-м.н., профессор А.Н. Горбань, зав. лаб. Инсти- тута вычислительного моделирования СО РАН; к.ф.-м.н., профессор Г.М. Рудакова, зав. кафедрой информационных технологий СибГТУ Редактор О.Ф. Александрова Корректор Т.Е. Быстригина © С.С. Замай, 1998 ISBN О.Э. Якубайлик, 1998 2 Содержание ПРЕДИСЛОВИЕ 6 1. ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО С ГИС 8 1.1. Что такое ГИС? 8 1.2. Области применения ГИС 10 Местные администрации 10 Коммунальное хозяйство 10 Охрана окружающей среды 11 Здравоохранение 12 Транспорт 13 Розничная торговля 13 Финансовые услуги 14 1.3. Как это делается... 14 1.4. Тенденции программного обеспечения ГИС 16 1.5. Что есть что 17 1.6. А как она устроена? 18 2. ИСТОЧНИКИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ИХ ТИПЫ 19 2.1. Общегеографические карты 20 2.2. Карты природы 21 2.3. Карты народонаселения 23 2.4. Карты экономики 24 2.5. Карты науки, подготовки кадров, обслуживания населения 26 2.6. Политические, административные и исторические карты, комплексные атласы 27 2.7. Материалы дистанционного зондирования 28 3 3. ТЕХНОЛОГИИ ВВОДА И ОБРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ 29 3.1. Сбор и систематизация данных 29 3.2. Подготовка и преобразование данных 31 3.3. Обработка и анализ данных при эксплуатации ГИС 35 3.4. Описание обменных форматов ГИС 38 VEC (ГИС IDRISI) 38 MOSS (Map Overlay and Statistic System) 38 GEN (ARC/INFO GENERATE FORMAT – ГИС ARCI/NFO) 40 MIF (MapInfo Interchange Format – ГИС MAPINFO) 41 4. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ В ГИС КОНЕЧНОГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 45 4.1. Классификация программных средств ГИС 45 4.2. Оценка инструментальных средств ГИС 47 Поддержка моделей пространственных данных 47 Функции пространственного анализа 48 Средства ввода/вывода пространственной информации 51 Средства преобразования форматов 51 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ ГИС-ПРИЛОЖЕНИЙ: GEOCONSTRUCTOR™ 52 5.1. GeoConstructor™ как инструмент для создания ГИС- приложений 53 5.2. Внедрение GeoConstructor в среду разработки 54 5.3. Создание картографических композиций 57 5.4. Управление набором слоев и изображением карты 59 5.5. Работа с объектами: навигация, поиск, выборка 62 5.6. Привязка внешних баз данных 65 5.7. Тематическое картографирование 66 5.8. Обработка ошибок и управление мышью 67 4 5.9. Класс gisMap 69 6. ОБЗОР НЕКОТОРЫХ ГИС 70 6.1. Программные продукты ESRI 70 Модули расширения системы ARC/INFO 74 6.2. GeoGraph/GeoDraw для Windows 78 GeoGraph для Windows 78 GeoDraw для Windows 81 6.3. Программное обеспечение Panorama 83 Назначение программы 83 Структура программного обеспечения 85 Возможности программного обеспечения 86 Векторная карта 88 7. СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 92 7.1. Локальная ГИС 95 7.2. Несколько пользователей разделяют один комплект файлов с геоинформацией 96 7.3. Геоинформационные системы с большим количеством пользователей 97 7.4. Технологии internet/intranet 99 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 107 ЛИТЕРАТУРА 108 5 Предисловие В настоящем учебном пособии представлен обзор программного обес- печения и технологий геоинформационных систем (ГИС). Рассмотрены об- ласти применения ГИС, вопросы их практического использования для ре- шения различных прикладных задач. В обзоре технологий ввода и обра- ботки пространственной информации представлены общие принципы, тре- бования к наборам данных, используемым в программном обеспечении ГИС. Особое внимание уделено обменным форматам пространственных данных, подробные описания которых позволят использовать это издание как справочник. В разделе, посвященном ГИС конечного пользователя, обсуждены ос- новные категории этого программного обеспечения, дана оценка инстру- ментальных средств. Подробно рассмотрены методы построения ГИС-при- ложений – на примере инструментальной библиотеки GeoConstructor™ (разработка ЦГИ Института географии РАН), а также вопросы интеграции ГИС с системами баз данных. Описанные в пособии технологии используются авторами в проект- ной деятельности студенческих коллективов, направленной на создание макетов наукоемких информационных систем для решения территориаль- но-ориентированных задач. Деятельность организована в рамках Межву- зовского центра информационных технологий в экологическом образова- нии, ее результаты используются при реализации региональных программ и проектов информатизации. Программное обеспечение поставлено при содействии ГИС Ассоциации России компаниями ЦГИ ИГ РАН (GeoDraw/ GeoGraph), GeoSpeсtrum International (Panorama), Epsylon Technologies (Baikonur). Межвузовский центр информационных технологий учрежден не- сколькими вузами г. Красноярска: госуниверситетом (КГУ), техническим 6 университетом (КГТУ), технологическим университетом (СибГТУ), педу- ниверситетом (КГПУ). Его деятельность финансово поддерживается Крас- ноярскими краевым и городским экологическими фондами, грантом Феде- ральной целевой программы Интеграция № 68. Центр базируется в Инсти- туте вычислительного моделирования СО РАН в Академгородке. Исходными материалами для этого пособия послужили статьи и тези- сы ряда конференций, организованных ГИС Ассоциацией России, пресс- релизы и официальные материалы фирм-производителей и поставщиков программного обеспечения ГИС, а также немалое число журнальных ста- тей и монографий. Выражаем свою искреннюю благодарность всем авто- рам упомянутых материалов. С авторами можно связаться по e-mail – [email protected]. 7 1. Первое знакомство с ГИС “Лет десять назад, когда всё только начиналось, казалось: вот на экране монитора мы видим карты и можем наносить различны- ми обозначениями, например, содержание вредных веществ. Полу- чалась очень наглядная и простая картинка, и все “зрители”, от го- сударственной политики до муниципального управления, и даже учёные – млели от удовольствия, разглядывая содержимое экрана. Но всё имеет свой предел, и сейчас уже произошло насыщение по- добными вещами”. Из материалов ГИС-Ассоциации. 1.1. Что такое ГИС? Смысловая и содержательная трактовка термина географические информационные системы, или ГИС, сильно зависит от профессиональ- ных интересов дающего определение. Если послушать некоторых, то мож- но подумать, что решить проблемы вашей организации, равно как и миро- вые можно только с помощью ГИС. Конечно, ГИС применима для очень большого числа приложений в различных предметных сферах, и с её по- мощью многие задачи можно решать быстрее и эффективнее. Но всегда следует помнить, что ГИС – это только набор великолепных инструментов, по-разному применяемых специалистами для их решения. Поэтому важно понимать, каким образом можно увеличить эффективность деятельности организации с помощью ГИС. Точное определение ГИС дать очень сложно, поскольку при работе она может рассматриваться на нескольких уровнях, и для различного при- менения будет означать разные вещи. Для некоторых ГИС – набор про- граммных инструментов, используемых для ввода, хранения, манипулиро- вания, анализа и отображения географической информации (рис. 1). Это 8 техническое определение, отражающее историю развития ГИС как объе- динения средств автоматизации проектирования (CAD) с цифровой карто- графией и программами баз данных (СУБД). Для других ГИС может быть образом мышления, способом принятия решений в организации, где вся информация соотносится с пространством и хранится централизованно. Это скорее стратегическое определение. Важно понимать, что ГИС может не оказаться решением ваших проблем и потребует некоторых размышле- ний для успешного выполнения задач. ГИС – это система, состоящая из трех компонентов, каждый из которых необходим для успеха: пространственных данных, аппаратно-програм- мных инструментов и проблемы, как объекта решения. Причем проблема служит главным компонентом, заставляющим выбирать и способы переда- Рис. 1. Карта Красноярска в программе GeoGraph для Windows. Создана в Тех- нологическом центре ГИС, ИВМ СО РАН 9 чи, хранения представления, анализа данных, и программные инструмен- тальные средства, и технологии создания той или иной предметно-ориен- тированной информационной системы. 1.2. Области применения ГИС Местные администрации Задачи управления муниципальным хозяйством – одна из крупнейших областей приложений ГИС. В любой сфере деятельности местной админи- страции (обследование земель, управление землепользованием, замена су- ществующих бумажных записей, управление ресурсами, учёт состояния собственности (недвижимости) и дорожных магистралей) применимы ГИС. Они могут использоваться также на командных пунктах управления центров по мониторингу и в службах быстрого реагирования. ГИС – не- отъемлемый компонент (инструментальный, технологический, программ- ный) любой муниципальной или региональной информационной системы управления. Коммунальное хозяйство Организации, обеспечивающие коммунальные услуги, наиболее ак- тивно используют ГИС для построения базы данных об основных средст- вах (трубопроводы, кабели, насосы, распределительные станции и т.п.), которая является центральной частью в их стратегии информационной технологии. Обычно в этом секторе доминируют ГИС, обеспечивающие моделирование поведения сетей в ответ на различные отклонения от нор- мы. Наибольшее применение находят системы автоматизации картографи- рования и управления основными средствами для поддержки "внешнего планирования" в организации: прокладка кабелей, расположение задвижек, щитов обслуживания и др. (рис. 2). 10

С.С. Смирнов (Южный НИИ морского рыбного хозяйства и океанографии)

При создании геоинформационной системы (ГИС) неизбежной является проблема выбора программного обеспечения.

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. В настоящее время на рынке геоинформатики появляется все больше недорогих или бесплатных, но при этом качественных разработок.

Во многом это заслуга организации Open Geospatial Consortium (OGC, http://www.opengeospatial.org), объединяющей 339 компаний, государственных и научных учреждений. Основные цели, которые ставит перед собой OGC, разработка общедоступных стандартов, форматов данных и спецификаций, использующихся в геоинформационных технологиях, а также повсеместное внедрение этих технологий в различных отраслях.

Сервер геоинформационной базы данных
В том случае, если в создаваемой ГИС планируется задействовать не только набор файлов (например, Shape-файлы и растровые изображения), но и использовать информацию, хранящуюся в базе данных, то, скорее всего, не обойтись без сервера геоинформационной базы данных (geodatabase), который к тому же может обеспечить одновременную работу для группы пользователей в режиме «клиент-сервер».

В этом случае можно порекомендовать MySQL Server (http://www.mysql.com). MySQL не уступает по основным показателям таким признанным СУБД как Oracle и Microsoft SQL, при этом данная СУБД относится к разряду систем с открытым кодом и является бесплатной для некоммерческого использования, что, безусловно, выгодно отличает ее от вышеупомянутого дорогостоящего программного обеспечения. Начиная с версии 4.1 в MySQL была введена поддержка пространственных типов данных (Spatial extensions).

Программный сервер СУБД MySQL функционирует в среде Windows, управление процессом осуществляется с помощью команд, вводимых с консоли (рис. 1). Администрирование СУБД становится более удобным при использовании программного обеспечения с графическим интерфейсом (рис. 2), которое можно бесплатно скачать с сайта MySQL.

К серверам геоинформационных баз данных также относится СУБД
PostgreSQL (http://www.postgresql.org). Как и MySQL, эта СУБД поддерживает пространственные типы данных (расширение PostGIS) и является бесплатной.

Программное обеспечение ГИС
Переходя к рассмотрению программного обеспечения для ГИС-клиентов, взаимодействующих с вышеупомянутыми СУБД, можно предложить две новые и весьма перспективные программы: Viewport и KOSMO , которые в настоящее время доступны для скачивания с сайтов разработчиков со статусом «Бета-версия» и «Release candidate» соответственно. Официальный выход первой версии этих программ планируется в ближайшие 2 3 мес. мультики

Viewport (разработчик Texel corporation, http://www.viewportimaging.com/) многофункциональное программное обеспечение для работы с пространственными данными, поддерживающее 37 форматов файлов (ESRI Shape, MapInfo Vector File, ARC/INFO ASCII Grid, USGS DEM, EOSAT Fast Format, ERDAS Imagine, GIF, JPEG, TIFF и др.) и 9 источников данных (ArcSDE, Informix Datablade, MySQL, PostgreSQL, Oracle Spatial, ODBC RDBMS, Web Mapping Service и др.).

Простой и удобный интерфейс, выбор картографической проекции, возможность создания SQL-запросов с последующим отображением их результатов на карте, масса изменяемых параметров графических объектов (изменяемая прозрачность, много видов штриховки/заливки, указание толщины и типа линии и пр.), экспорт в различные форматы все это делает программу весьма привлекательной для использования.

Рис. 3. Экранная копия Viewport

Стоимость одной лицензии 99,95 дол., однако возможно, что для некоммерческих (non-profit) учреждений лицензии будут предоставляться бесплатно. В настоящее время с сайта разработчика можно скачать бесплатную, но обладающую рядом ограничений, бета-версию программы.

KOSMO (разработчик SAIG, http://www.saig.es/en) представляет собой полноценную ГИС, предоставляемую совершенно бесплатно. Данная программа является результатом объединения собственных разработок компании SAIG и ряда проектов с «открытым кодом» (JUMP, JTS, GeoTools и др.).

KOSMO позволяет подключаться к геоинформационным базам данных (Oracle Spatial, MySQL, PostgreSQL-PostGIS), располагает большим набором инструментов для работы с векторными данными, поддерживает наиболее распространенные форматы растровых данных (TIFF, GeoTIFF, ECW, MrSid и др.), имеет хороший редактор стилей и конструктор запросов, обладает способностью расширения функциональности за счет подключения дополнительных модулей, и все это лишь небольшая часть возможностей программы.

Рис. 4. Экранная копия KOSMO

Кроме того, возможен выбор языка интерфейса. Помимо английского, испанского и португальского языков, скоро будет доступен и русский, поскольку автор данной статьи в настоящее время работает над переводом интерфейса программы на русский язык.

ГИС KOSMO разработана в среде Java, поэтому рекомендуется скачивать дистрибутив, в который уже включены модули JRE и JAI.

В ситуации, когда не требуется разрабатывать сложную ГИС, а необходимо только отобразить имеющиеся картографические данные, можно порекомендовать бесплатные ГИС-вьюеры: Christine GIS Viewer (

Понятие о Геоинформационной системе (ГИС)

Г еоинформационная система (ГИС) – это программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной и атрибутивной информации по объектам территории. Одна из основных функций ГИС – создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений (Берлянт, 2001). Основой любой информационной системы служат данные. Данные в ГИС подразделяются на пространственные, семантические и метаданные.

Пространственные данные – данные, описывающие местоположение объекта в пространстве. Например, координаты угловых точек здания, представленные в местной или любой другой системе координат. Семантические (атрибутивные) данные – данные о свойствах объекта. Например, адрес, кадастровый номер, этажность и прочие характеристики здания.

Как работает ГИС?

Каждому пространственному объекту соответствует запись в базе данных с набором атрибутивной информации

ГИС хранит информацию в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения

Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач

Вопрос 2

Геоинформационная технология - это современная область знаний, которая все еще развивается быстрыми темпами. В литературе встречается огромное количество разнообразных определений ГИС:

самые простые: "ГИС - компьютерная система, способная хранить и использовать данные, описывающие территории на поверхности Земли";

достаточно ограниченные: "ГИС - пакет программ..."

всеобъемлющие: "ГИС - одновременно телескоп, микроскоп, компьютер и ксерокс регионального анализа и синтеза".

Следовательно, можно предположить, что действительное определение не столь важно, как основные идеи, на которых зиждется геоинформационная технология:

· будучи "географической ", она содержит данные и концепции, которые связаны с пространственными распределениями;

· будучи "информационной ", она выражает данные, идеи или методы, обычно помогающие в принятии решения;

· будучи "системой ", она предполагает последовательность входов, процессов и выходов;

· три упомянутых выше пункта дают возможность работать на основе современных "высоких технологий".

ГИС - географическая информационная система.

Географическая - подразумевает работу с пространственными объектами, положение которых описывается системой координат, т. е. для ГИС характерны методы присущи географической науке, которая изучает и представляет закономерности присущие природным и антропогенным объектам в пределах географической оболочки земли. Географическая оболочка земли включает: лито - ,гидро - , био - , атмосферы – пределы проникновения жизни.

Информационная - как такого определения не существует. Это совокупность данных и знаний, которые подлежат обработке и представлению. С точки зрения ГИС особым видом информации является знание, определенным образом упорядоченных данных и предписаний по их использованию.

Система - определенным образом упорядоченная совокупность компонентов, образующих функциональное целое. Целостность - универсальное свойство системы, функциональное - значит предназначено для чего-то. Назначение ГИС - работа с пространственной информацией.

Вопрос

ГИС системы разрабатываются с целью решения научных и прикладных задач по мониторингу экологических ситуаций, рациональному использованию природных ресурсов, а также для инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, для принятия оперативных мер в условиях чрезвычайных ситуаций др.

ВИДЫ ГИС

Классифицировать ГИС можно на профессионального (рабочие станции и сетевая эксплуатация системы) и настольного типа (персональные компьютеры). Кроме того, классифицировать ГИС можно исходя из архитектурных принципов построения. Все ГИС принадлежат к трем типам архитектурам:

· закрытым;

· специализированным;

· открытым.

Открытые системы не имеют возможностей расширения , у них отсутствуют встроенные языки, не предусмотрено написание приложений, они будут выполнять только то, что выполняют на момент их покупки. В большинстве случаев закрытые системы вообще невозможно изменить, поэтому они имеют низкие цены и короткий жизненный цикл.

Специализированные системы предлагаются вместе с библиотекой приложений и строятся из определенного набора этих приложений, необходимого пользователю. В таких системах хорошо то, что вначале они требуют небольших вложений, но если вам потребуются новые возможности, цена на пополнение такой системы может быть непредсказуемо большой.

Открытые системы обычно имеют от 70 до 90% встроенных функций и на 10-30% могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Термин "открытые" системы означает открытость для пользователя, легкость приспособления, расширения, изменения, адаптацию к новым форматам, изменившимся данным, связь между существующими приложениями. Покупка таких ГИС сопряжена с минимальным риском столкнуться с трудностями при развитии решаемых задач в будущем. Открытые системы обычно дороги первоначально, но имеют большой жизненный цикл.

Программное обеспечение ГИС

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам.

Программные обеспечения ГИС делятся на пять основных используемых классов .

Первый наиболее функционально полный класс программного обеспечения - это инструментальные ГИС. Они могут быть предназначены для самых разнообразных задач: для организации ввода информации (как картографической, так и атрибутивной), ее хранения (в том числе и распределенного, поддерживающего сетевую работу), отработки сложных информационных запросов, решения пространственных аналитических задач (коридоры, окружения, сетевые задачи и др.), построения производных карт и схем (оверлейные операции) и, наконец, для подготовки к выводу на твердый носитель оригинал-макетов картографической и схематической продукции. Как правило, инструментальные ГИС поддерживают работу, как с растровыми, так и с векторными изображениями, имеют встроенную базу данных для цифровой основы и атрибутивной информации или поддерживают для хранения атрибутивной информации одну из распространенных баз данных: Paradox, Access, Oracle и др. Наиболее развитые продукты имеют системы run time, позволяющие оптимизировать необходимые функциональные возможности под конкретную задачу и удешевить тиражирование созданных с их помощью справочных систем.

Второй важный класс - так называемые ГИС-вьюверы, то есть программные продукты, обеспечивающие пользование созданными с помощью инструментальных ГИС базами данных. Как правило, ГИС-вьюверы предоставляют пользователю (если предоставляют вообще) крайне ограниченные возможности пополнения баз данных. Во все ГИС-вьюверы включается инструментарий запросов к базам данных, которые выполняют операции позицирования и зуммирования картографических изображений. Естественно, вьюверы всегда входят составной частью в средние и крупные проекты, позволяя сэкономить затраты на создание части рабочих мест, не наделенных правами пополнения базы данных.

Третий класс - это справочные картографические системы (СКС). Они сочетают в себе хранение и большинство возможных видов визуализации пространственно распределенной информации, содержат механизмы запросов по картографической и атрибутивной информации, но при этом существенно ограничивают возможности пользователя по дополнению встроенных баз данных. Их обновление (актуализация) носит цикличный характер и производится обычно поставщиком СКС за дополнительную плату.

Четвертый класс программного обеспечения - средства пространственного моделирования. Их задача - моделировать пространственное распределение различных параметров (рельефа, зон экологического загрязнения, участков затопления при строительстве плотин и другие). Они опираются на средства работы с матричными данными и снабжаются развитыми средствами визуализации. Типичным является наличие инструментария, позволяющего проводить самые разнообразные вычисления над пространственными данными (сложение, умножение, вычисление производных и другие операции).

Пятый класс, на котором стоит заострить внимание - это специальные средства обработки и дешифрирования данных зондирований земли. Сюда относятся пакеты обработки изображений, снабженные в зависимости от цены различным математическим аппаратом, позволяющим проводить операции со сканированными или записанными в цифровой форме снимками поверхности земли. Это довольно широкий набор операций, начиная со всех видов коррекций (оптической, геометрической) через географическую привязку снимков вплоть до обработки стереопар с выдачей результата в виде актуализированного топоплана.

Кроме упомянутых классов существует еще разнообразные программные средства, манипулирующие с пространственной информацией. Это такие продукты, как средства обработки полевых геодезических наблюдений (пакеты, предусматривающие взаимодействие с GPS-приемниками, электронными тахометрами, нивелирами и другим автоматизированным геодезическим оборудованием), средства навигации и ПО для решения еще более узких предметных задач (изыскания, экология, гидрогеология и пр).

Естественно, возможны и другие принципы классификации программного обеспечения: по сферам применения, по стоимости, поддержке определенным типом (или типами) операционных систем, по вычислительным платформам (ПК, рабочие Unix-станции) и т д.
Стремительный рост количества потребителей ГИС-технологий за счет децентрализации расходования бюджетных средств и приобщения к ним все новых и новых предметных сфер их использования.

Все многообразие ГИС по типу аппаратного обеспечения можно классифицировать на два класса :

Для эксплуатации на персональных компьютерах;

Для эксплуатации на рабочих станциях.

Персональные компьютеры

Программное обеспечение ГИС, созданное специально для персональных компьютеров - это, как правило, имеют учебный или справочно-информационный характер. Однако непосредственно персональный компьютер может использоваться как рядовая машина сети, на которой могут выполняться второстепенные задачи.

Базовые технические характеристики компьютеров в целом определяются основными структурными компонентами:

Микропроцессором, который управляет работой компьютера и выполняет все вычисления. В настоящее время наибольшее расспространение получили процессоры Pentium Intel, AMD, Cyrix. Быстродействие компьютера зависит от частоты используемого процессора - 166, 200 МГц;

· оперативной памятью, в которой располагаются программы, выполняемые компьютером в момент их работы, и используемые ими данные. От объема оперативной памяти сильно зависит быстродействие ГИС;

· контроллеры, которые управляют работой различных устройств компьютера (монитор, накопитель на магнитных и оптических дисках дисках и т.д.) и переферии (мышь, принтер, плоттер, сканер и т.д.).

На сегодняшний день можно рекомендовать следующую конфигурацию персонального компьютера для работы с ГИС - Pentium Intel 200 (процессор) / 64 MB (емкость оперативная память) / 2.5 GB (емкость жесткого диска) / 2MB (емкость видеопамяти) / 17"" SVGA (размер диагонали цветного монитора).

Рабочие станции

Рабочая станция - это гораздо мощный компьютер, отличительной особенность которого является возможность подключения большого количества менее мощных персональных компьютеров. Поскольку функционирование большинства ГИС связано с манипулированием графикой высокого качества, что требует огромных ресурсов по объему памяти и скорости работы, то рабочие станции в ГИС-технологиях получили наибольшее распространение. Базовые технические характеристики рабочих станций также определяются основными структурными компонентами: процессором, видеосистемой, системным интерфейсом.

Похожая информация.

Лекция 9

Программное обеспечение геоинформационной системы следует рассматривать как совокупность подсистем, каждая из которых способна обеспечить поставленную ей задачу. В зависимости от функциональных возможностей программного обеспечения, которые позволяют эффективно решать различные задачи, можно условно выделить несколько подсистем:

1. Подсистемы ввода. Это программные средства ввода данных, позволяющие грамотно и эффективно осуществить создание базы данных геоинформационной системы. Для ввода информации часто используются специальные программы, которые носят название векторизаторов или векторных редакторов, в зависимости от способа векторизации, заложенного в них.

Векторизаторы имеют функцию автоматической или интерактивной (полуавтоматической) векторизации, основанной на распознавании и обучении системы. Использование таких систем удобно при векторизации протяженных линий (изолиний), где распознавание достаточно просто.

При векторизации более сложных карт используются векторные редакторы . Векторизация в этих системах осуществляется вручную с использованием дигитайзера или по растровой подложке на экране.

Подсистемы ввода, как правило, имеют функции проективных преобразований (преобразования систем координат и трансформации картографических проекций), что позволяет приводить векторные и растровые данные к единому координатному пространству и масштабу до векторизации.

Вторую группу геоинформационных систем составляют системы анализа данных . Эти системы обеспечивают функции поиска и анализа - от простых ответов на запросы до сложного статистического анализа больших массивов данных. Подсистема анализа является «сердцем» ГИС. ГИС-анализ использует возможности современных технических средств для измерения, сравнения и описания информации, хранящейся в базе данных. Мощные возможности современных компьютеров обеспечивают быстрый доступ к исходным данным и позволяют агрегировать и классифицировать данные для дальнейшего анализа. При этом пользователь практически не ограничен в видах используемой информации и способами анализа.

Как правило, системы этой группы обеспечены подсистемами ввода и вывода данных. В этом случае такие системы относятся к классу полнофункциональных.

Третью группу систем составляют системы компоновки и вывода данных или так называемые вьюверы (view). Задача этих систем - создание геоинформационных пакетов типа информационно-справочных и компоновка выходных карт на бумажные носители. Наиболее общей целью картографии является производство карт, обычно некоторым тиражом, для многих пользователей. Подсистемы этой группы обладают возможностями грамотного и удобного оформления карт любого назначения, а также возможностью их тиражирования на бумажных носителях или в цифровом виде.

Существуют системы, способные решить только одну или несколько из перечисленных выше задач.

При создании геоинформационного пакета на территорию и работе с ним используют либо одно полнофункциональное программное обеспечение ГИС, либо набор ПО ГИС, позволяющий провести комплексную обработку для решения поставленной задачи.

Выбор программного обеспечения ГИС является очень ответственным шагом, от правильного выбора программного обеспечения напрямую зависит эффективность работы всей системы.

Вот некоторые критерии, которыми необходимо руководствовать при выборе программного обеспечения:

Достаточные требования к аппаратным средствам и уровню подготовки персонала;

Открытые форматы, используемые программным обеспечением или развитые возможности функций экспорта-импорта данных;

Простота ввода данных;

СУБД, поддерживаемые программным обеспечением;

Необходимый набор функций для решения поставленных задач;

Модульное построение, позволяющее включать дополнительные функции, разработанные сторонними коллективами программистов:

Возможность настройки пользовательского интерфейса при решении различных задач;

Высокий уровень технической и методической поддержки разработчиками ПО, возможности получения обновление версии.

Следует заметить, что важным критерием при выборе программного продукта является оптимальное соотношение цены к функциональным возможностям.

В настоящее время существуют сотни отечественных и зарубежных разработок программных средств, которые отвечают большей части этих критериев. Большая часть программного обеспечения не является одной из подсистем в чистом виде. Как правило, в каждой из программ сильным является одна из функций. Полнофункциональные программы, в которых сильными являются все подсистемы, отличаются высокой ценой.

Сегодня имеется огромное количество программных продуктов, которые доступны на любой аппаратной платформе. Эти продукты, в основном, можно разделить на два "лагеря": высококачественные профессиональные ГИС (high-end) и пакеты настольного картографирования некоторыми функциями ГИС.

Первые (high-end) ГИС отличает большая мощность, полный функциональный набор инструментов. Они обеспечивают все функции, какие требуются для большинства приложений. Средства ввода, например, обеспечивают возможность ввода с существующих карт и записей, существующих цифровых данных в различных форматах и средства сбора информации, такие как от геодезических приборов и с приемников GPS (космической системы глобального позиционирования), вплоть до работы в режиме реального времени.

Эти системы имеют средства управления очень большими базами данных со многими пользователями, вносящими свои индивидуальные изменения. Эффективное хранение сложных пространственных баз данных является другой проблемой, которая требует специальных программных инструментов, особенно в процессе доступа и архивирования данных. Диапазон функций анализа географической информации в этих системах лежит от простого последовательного набора данных до создания буферов и комбинаций наборов данных для построения модели окружающей среды, как в двух, так и в трех измерениях. Такое сложное программное обеспечение требует и соответствующей поддержки со стороны квалифицированного персонала.

Основную массу разработок на рынке ГИС программ в последние несколько лет составляют так называемые пакеты настольного картографирования ГИС. Эти пакеты имеют не так много функций и изначально разрабатывались для простого анализа и вывода карт и графиков.

Выбор одного из предложенных классов программного обеспечения зависит от класса решаемых задач и от финансовых возможностей покупателя.

Классифицировать программные средства можно исходя из их архитектурных принципов построения: открытые и закрытые.

Открытые системы имеют основу встроенных функций (от 70 до 90%), в остальной части могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Такие системы обладают встроенными языками программирования. Термин «открытые» системы означает открытость для пользователя, легкость приспособления, расширения, изменения, адаптации к новым форматам, связь между существующими приложениями. Открытые системы отличаются высокой стоимостью, но позволяют избежать трудностей при развитии решаемых задач в будущем.

Закрытые системы не имеют возможностей расширения, у них отсутствуют встроенные языки программирования, не предусмотрено написание приложений. Если даже первоначально закрытые системы удовлетворяют пользователя, но если задачи, которые решает пользователь, меняются хотя бы незначительно, то такая система не способна их решить. Достоинством таких систем является их низкая стоимость.

Предпочтение, безусловно следует при выборе отдавать открытым системам, так как они имеют более длительный жизненный цикл.

Программное обеспечение ГИС стремительно развивается в настоящее время. Основные тенденции развития ГИС-технологий направлены на все возрастающую открытость систем:

Увеличение возможностей использования графических данных (открытие форматов, поддержка обменных форматов других систем, разработка специальных конвертеров);

Расширение числа моделей используемых графических данных в одной системе (топологическая модель, объектно-ориентированная модель, TIN - модель, GRID- модель);

Увеличение возможностей в работе с базами данных (отказ от использования собственных и использование коммерческих СУБД, поддержка SQL запросов, работа с внешними базами данных через ODBC);

Унификация интерфейса и приспособление его к потребностям пользователя (разработка систем в средах Windows и Windows NT, включение средств модификации системных меню, разработки меню конечного пользователя);

Расширение возможностей по созданию пользовательских приложений (использование языков высокого уровня или языков системы, обладающих всеми возможностями языков высокого уровня - MapBasic, Avenue). Предоставление библиотек функций, с использованием которых создавалась сама система (Геоконструктор, MapObjects);

Поддержка возможностей взаимодействия с другими программными продуктами через механизмы OLE и DDE (электронные таблицы, графические редакторы, системы документооборота);

Современное программное обеспечение становится все сложнее функционально, и в то же время все проще для пользователя. Увеличение функциональных возможностей системы достигается за счет включения в комплекты поставки программных продуктов, созданных пользователями и доработанных до промышленных образцов фирмами поставщиками (редакторы условных знаков и фонтов; модули, расширяющие возможности моделирования и пространственного анализа)

При комплектациипрограммногообеспеченияследуетиметьввиду возможностьиспользования в геоинформационной проекте различных инструментальных ГИС при гарантированном обеспечении полной совместимости при обмене данными.

Ниже приведены описания функциональных возможностей программного обеспечения разных классов и разработчиков, выбранных автором как оптимальные для решения поставленных в работе задач.

Зарубежные разработки:

Программное обеспечение компании ESRI&ERDAS

ARC/VIEW 3.2 - системы создания информационно справочных пакетов (ГИП) и компоновки выходных карт. Программа предоставляет конечному пользователю средства выбора и просмотра разнообразных геоданных, их редактирования, создания макетов карт, адресного геокодирования, распечатки картографических материалов. Имеет модульную структуру и встроенный язык создания приложений AVENUE.

Дополнительные прикладные модули расширения ARC/VEW:

AV SPATIAL ANALYST – предоставляет инструменты для создания, запроса, анализа и отображения на карте данных по регулярной сетке, а также выполнения системного анализа с использованием объектных тем,

AV 3D ANALYST предоставляет пользователю следующие возможности: создавать реалистичные модели поверхности по разного рода исходным данным; определять высоту (значение) поверхности в любой ее точке; рассчитывать объемы между поверхностями работать с векторными 3D объектами для создания реалистичных моделей трехмерного вида; визуализировать данные в 3D форме.

AV NETWORK ANALYST – средство, помогающее решать общие проблемы по сетям данных, через которые происходит транспортировка.

ARCGIS – полнофункциональная ГИС-система, имеет совершенные средства для создания карт, их редактирования, ввода и преобразования данных; распределенное управление данными; полная интеграция с системами управления реляционными базами данных (СУБД).

ERDAS Imagine – обеспечивает работу с данными дистанционного зондирования. Является полнофункциональной геоинформационной системой с функциями создания, анализа и интерпретации геоданных. Имеет самый полный набор функциональных возможностей среди аналогичных пакетов.

Программное обеспечение Intergrach Corp.

GeoMedia Professional – универсальная ГИС-система, позволяющая напрямую (без конвертации) подключаться и работать с геоинформационными базами данных большинства форматов, эффективно интегрирует геоданные в единую информационную систему масштаба от рабочей группы до предприятия. Обладает функциями создания БД, обработки и анализа информации. Имеет модульную структуру.

Отечественные разработки:

GEODRAW (разработка Центр Геоинформационных Исследований ИГ РАН, г.Москва) – векторный редактор. Предназначен для создания баз цифровых карт и планов, включает в себя функции, обеспечивающие построение топологической структуры цифровой карты, идентификацию объектов и связывание их с атрибутивной базой данных, трансформацию карт, функции импорта-экспорта в различные форматы, поддержку картографических проекций.

EASY TRACE (разработка EASY TRACE GROUP, г.Рязань) – пакет программ интерактивной векторизации растровых изображений, обладает функциями предварительной подготовки растрового изображения, возможностью работы с атрибутивными базами данных.

ГИС ПАРК (разработка ТОО ЛАНЭКО, г.Москва) – интегрированная система, сочетающая функции информационно-справочной системы и расчетно-аналитической и прогнозирующей системы. Средства системы обеспечивают:

Создание многоцелевых картографических баз данных

Построение производных карт

Анализ данных (пространственная статистика, таксономия, исследование связей и зависимостей)

Автоматизацию процессов преобразования формы представления данных,

Автоматизацию процессов получения новой информации на основе комплексной интерпретации качественных и количественных данных методами распознавания

Оптимизацию решений по количественным критериям качества

Использование автоматически формируемых и экспертных моделей.

Реальная действующая ГИС кроме специализированного программного обеспечения всегда использует дополнительное программное обеспечение для организации компьютерной сети, доступа в глобальную сеть Интернет, организации дополнительной защиты информации от несанкционированного доступа. В отдельных случаях вместе с ГИС, во взаимодействии с ней, используется и дополнительное программное обеспечение для решения специализированных задач, например углубленного статистического анализа данных. ГИС может тесно взаимодействовать с офисными программами. Важную роль могут играть системы обработки данных дистанционного зондирования и различные СУБД.

Выбор программного обеспечения зависит от задач, стоящих перед пользователем.