Какая из подсистем гис включает в себя такие аппаратные средства как сканер и геодезические приборы

Обновлено: 17.07.2024

Сегодня использование географических информационных систем (ГИС) в различных аспектах жизнедеятельности человека стало вполне обыденным делом. При этом у многих людей возникает вопрос: что такое ГИС и для чего они нужны?

ГИС — это географическая информационная система, предназначенная для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации.

Изначально создание информационного обеспечения для ГИС базировалось на оцифровке традиционного бумажного картографического материала. Получение цифровой картографической информации осуществлялось в несколько этапов:

1. Сканирование бумажного оригинала (получение растрового изображения).

2. Устранение ошибок сканирования.

3. Геопривязка растрового изображения.

4. Оцифровка растрового изображения.

5. Формирование цифровой картографической информации.

Во время работы с информацией, полученной с бумажного картографического материала, возникали и возникают проблемы с ее достоверностью. Многие топографические карты отражают состояние местности в лучшем случае на конец 80-х — начало 90-х годов прошлого века. В связи с этим сегодня остро стоит задача их актуализации. Применение традиционных технологий обновления и составления карт делает этот процесс долгим и трудоемким, и по его завершении возникает вопрос об актуальности.

Современные информационные технологии предоставили возможность оперативно получать пространственные данные, что значительно повышает их актуальность и многократно сокращает время их формирования.


В ГИС применяются два основных метода получения пространственной информации: полевой и дистанционный. Полевой метод включает: геодезические работы, полевое дешифрирование аэроснимков, полевую магнитную съемку и т.д. Дистанционный — работу с данными без выезда на местность, полученными с помощью технологий дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Часто для оптимального создания пространственной информации применяется комбинированный способ.

Наиболее распространненым видом полевого метода являются геодезические работы. До недавних пор они осуществлялись, как правило, с помощью оптико-механических приборов, при этом дальнейший процесс камеральной обработки был трудоемким и занимал много времени. С появлением и развитием электронных геодезических приборов и специализированного программного обеспечения трудоемкость и сроки их выполнения многократно сократились.


В качестве примера можно привести использование электронных тахеометров, позволяющих на этапе геодезических работ в поле проводить первоначальную обработку съемки, вводить коды объекта и осуществлять выгрузку данных непосредственно на персональный компьютер для дальнейшей обработки и визуализации. Такая организация работы сокращает время проведения и автоматизирует трудоемкие процессы, связанные с дальнейшей обработкой полученных результатов.


Выгрузку или загрузку данных геодезической съемки можно осуществлять как при непосредственном подключении электронного тахеометра через стандартные компьютерные порты, так и через формирование обменного файла, позволяющего в цифровом формате импортировать информацию с прибора. В дальнейшем на компьютере производится обработка и редактирование полученных данных.

Обработка тахеометрической съемки осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения, основанного на геоинформационных технологиях, позволяющих:

  • преобразовывать и визуализировать данные геодезической съемки;
  • выполнять обработку геодезических измерений (уравнивание теодолитных, нивелирных ходов);
  • редактировать данные геодезической съемки;
  • преобразовывать в необходимый рабочий формат;
  • увеличивать скорость процесса камеральной обработки геодезической съемки во много раз.

Применение современных электронных геодезических приборов значительно облегчает процесс формирования цифровой пространственной информации, а следовательно, работу геодезистов. Однако при выполнении полевых изысканий не всегда целесообразно проведение геодезических работ.

Появление и развитие глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), GPS/ГЛОНАСС послужило толчком к развитию новых подходов при выполнении полевых работ. Теперь для определения точного положения объекта на местности нет необходимости прокладывать теодолитный ход, достаточно воспользоваться приемником GPS/ГЛОНАСС и получить координаты.


Некоторые виды полевых изысканий требуют высокой точности определения местоположения объектов в пространстве. Для этого требуется минимизировать ошибку определения координат. Чтобы реализовать эту задачу, необходимо при проведении, к примеру, геодезических работ использовать базовую станцию, осуществляющую корректировку измерений и позволяющую осуществлять съемку с требуемой точностью. В среднем базовая станция обеспечивает работу в радиусе от 20 до 80 км.

Современное навигационное оборудование позволяет не только получать координаты объектов с высокой точностью, но и производить редактирование и создание цифровой картографической информации в полевых условиях. Существует два основных способа:

  • в специализированное навигационное оборудование загружается цифровая картографическая информация, и при помощи предустановленного программного обеспечения выполняется редактирование или формирование данных;
  • подключается специализированное навигационное оборудование к портативному персональному компьютеру, и в программном обеспечении ГИС производится редактирование или формирование картографической информации.

Этим совместное применение ГНСС- и ГИС-технологий не ограничивается.

Одним из самых заметных достижений совместного использования ГИС и ГНСС стало появление аппаратно­программного средства для транспорта, позволяющего определять местоположение объекта в пространстве, получать дополнительную информацию и проводить мониторинг его движения.

С помощью специализированных ГИС осуществляется визуализация полученных данных на мониторе диспетчера, который может не только видеть местоположение транспорта, но и определить скорость его передвижения, направление движения, окружающую ситуацию, и в соответствии с полученной информацией оперативно принять решение, позволяющее оптимально расходовать имеющиеся ресурсы и средства.


Сегодня совместное применение ГИС, ГНСС и интернет-технологий позволило подойти к проблеме получения пространственной информации с новых позиций. Публикуемые на некоторых интернет-порталах электронные карты дают пользователю возможность определять местоположение объекта, производить расчет оптимального маршрута, получать дополнительную информацию. Их сочетание с современными системами дистанционного наблюдения, передающими информацию в режиме реального времени, дает пользователю возможность получать актуальную информацию о различных природных и техногенных ситуациях. Наглядным примером является сбор и публикация информации о пробках на улицах городов.

Эффективным средством формирования и актуализации картографического обеспечения ГИС являются данные дистанционного зондирования Земли (ДДЗ), получаемые с помощью аэросъемки, воздушной магнитной или гравиметрической съемки, а также различных видов спутниковой съемки.


Аэрофотосъемка предназначена для создания и обновления топографических карт и осуществляется путем облета местности воздушным судном с фотографированием территории. При облете формируются стереопары — фотографии с перекрытиями, позволяющие создать стереоэффект для отрисовки рельефа. Кроме того, на основе результатов аэрофотосъемки создается ортофотоплан, предназначенный для работ как самостоятельный картографический материал, так и для обновления существующих карт.

Аэромагнитная съемка широко применяется в процессе поиска и разведки месторождений полезных ископаемых. Аэрогравиметрическая съемка предназначена для получения геофизических данных о гравитационном поле Земли. Результаты, полученные при этих видах воздушной съемки, визуализируются и интерпретируются в ГИС.


Воздушная съемка имеет множество ограничений по реализации. Процесс подготовки и обработки в ней довольно сложен и требует большого количества времени. В связи с этим распространение получила спутниковая съемка, где процессы подготовки получения информации минимизированы. Результатом спутниковой съемки являются актуальные данные о местности, имеющие точность от несколько десятков метров до долей метра.

В зависимости от типов пространственных данных, применяемых для решения конкретных задач, используется соответствующий тип съемки:

  • видимой части спектра (оптическая съемка);
  • невидимой части спектра (инфракрасная, ультрафиолетовая и т.д.);
  • радиолокационная.

Например, данные, полученные в инфракрасном диапазоне высокого разрешения, позволяют определять тепловые потери как на самой теплотрассе, так и в зданиях, к которым они подводятся, обнаружить по тепловому следу невидимые в оптическом диапазоне объекты. Применение радиолокационной съемки дает возможность получать данные на территории, имеющей высокую облачность, к примеру данные о ледовой обстановке на Севере.

Широко используется съемка в оптическом диапазоне. Информация, полученная при данном типе спутниковой съемки, попадает к пользователю в виде спутниковых фотографий, формируемых в различных цветовых диапазонах. Результаты применяются как в виде самостоятельного картографического материала, так и для создания из них мозаики — ортофотопланов на требуемую территорию. Ортофотопланы используются в виде геопривязанной растровой подложки в ГИС или в качестве самостоятельного картографического материала, наглядно отображающего местность.


Современные цифровые фотограмметрические станции и соответствующее специализированное программное обеспечение позволяют получать цифровую модель рельефа в 2D- и 3D-форматах. При этом в качестве текстуры в 3D-форматах часто используются ортофотопланы.

Данные спутниковой съемки позволяют осуществлять актуализацию имеющейся картографической информации, проводить мониторинг изменения ситуации в режиме реального времени, формировать актуальные цифровые картографические базы данных. В качестве примера можно привести получение данных по экологической катастрофе в Мексиканском заливе — мониторинг распространения нефтяного пятна, прогнозирование и анализ ситуации. Все эти операции осуществляются в среде ГИС на основе данных дистанционного зондирования Земли.

Сегодня для анализа и моделирования природных и техногенных ситуаций, проектирования инфраструктуры с использованием геоинформационных технологий требуется трехмерная модель. Ранее мы рассказывали о ее создании на основе ДДЗ, однако информация, полученная на основе этих данных, не всегда соответствует необходимым требованиям.


В последнее время всё большую популярность приобретает технология лазерного сканирования. При выполнении этого вида съемки получают практически трехмерная модель объекта. Существует наземное и воздушное лазерное сканирование. При наземном сканировании съемка производится аппаратом, установленным на земле. При воздушном методе сканер (LIDAR) устанавливается на борту воздушного судна и съемка происходит во время полета. Во время съемки привязка к местности осуществляется с помощью глобальных навигационных спутниковых систем.

Наземная лазерная съемка используется для формирования трехмерных моделей различных промышленных объектов. Небольшое время съемки и обработки данных, а также возможность работы с труднодоступными объектами делает технологию востребованной при проектных работах и мониторинге состояния объектов в эксплуатации.

Воздушную лазерную съемку активно применяют для формирования трехмерной цифровой модели местности (ЦММ). В настоящее время стала распространенной тенденция создания трехмерных моделей городов, или генпланов, где в качестве топоосновы используют трехмерную модель местности. Технология лазерного сканирования позволяет в короткие сроки сформировать актуальную цифровую пространственную информацию для создания цифровой трехмерной модели местности.


Данные и цифровые модели, полученные с применением дистанционных методов, могут использоваться в виде самостоятельного информационного ресурса. Для этого пользователю необходимо обеспечить доступ к информации, что реализуется путем совместного использования ГИС и интернет-технологий. Через веб­интерфейс пользователь получает возможность без специализированного программного обеспечения работать с пространственными данными, которые периодически обновляются. Тем самым осуществляется доступ к актуальной информации, на основе которой принимаются решения по большому спектру вопросов — от нахождения искомого объекта в пространстве до выполнения картометрических задач.

Описанные в статье современные технологии, предоставляющие возможность формирования информационного обеспечения ГИС, продолжают активно развиваться. Их функциональность постоянно расширяется, тем самым позволяя использовать актуальную и точную цифровую пространственную информацию для решения научных, технических, промышленных и других задач.

Задание 5. Для чего предназначены Геоинформационные системы в Интернете?


  1. для сбора географических данных;

  2. для хранения географических данных;

  3. для анализа географических данных;

  4. для обработки числовой информации ;

  5. для передачи числовой информации

  1. растровые карты;

  2. векторные карты;

  3. данные о географических объектах;

  4. список ключевых слов;

  5. информацию о спутниковых навигациях

  1. в атласе мира;

  2. в Интернете;

  3. в энциклопедии

  1. в атласе;

  2. в книге;

  3. в Интернете

Задание 10. Где можно найти интерактивные карты городов?

Ключ к тесту

Каждое задание оценивается в 0,25 балла.

Если студент набирает меньше 3 баллов, тест не засчитывается.

Минимальное количество баллов за тест – 3


  1. наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем;

  2. совокупность массивов информации (баз данных, банков данных и иных структурированных наборов данных), систем кодирования, классификации и соответствующей документации;

  3. наука об общих свойствах и структуре научной информации, закономерностях ее создания, преобразования, накопления, передачи и использования;

  4. аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории

  1. наука об общих свойствах и структуре научной информации, закономерностях ее создания, преобразования, накопления, передачи и использования;

  2. совокупность массивов информации (баз данных, банков данных и иных структурированных наборов данных), систем кодирования, классификации и соответствующей документации;

  3. методика сбора, хранения и обработки информации;

  4. наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе

  1. координаты X,Y,H;

  2. атрибутивные, пространственные и временные сведения;

  3. количественные, качественные и пространственные характеристики;

  4. дата создания, формат данных, тип объекта

  1. объекты в ГИС;

  2. реляционная таблица данных;

  3. классификатор топографической информации;

  4. совокупность однотипных (одной мерности) пространственных объектов, относящихся к одной теме (классу объектов) в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев

  1. информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение данных о пространственнокоординированных объектах, процессах, явлениях;

  2. комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных;

  3. одно из научно-технических направлений картографии, включающее системное создание и использование картографических произведений как моделей геосистем;

  4. одно из направлений тематического картографирования, в котором разрабатываются теория и методы создания синтетических карт на основе интеграции множества частных показателей

  1. территориальные зоны;

  2. почвенные ареалы;

  3. лесные массивы;

  4. земельные участки

  1. 1:50 000 -1:200 000;

  2. 1:500-1:10 000;

  3. 1:500 000 – 1:1 000 000;

  4. 1: 2 500 000 -1: 5 000 000

  1. растровый;

  2. векторный;

  3. графический;

  4. текстовый

Задание 9. Назовите четыре основных модуля ГИС?


  1. модуль сбора, обработки, анализа, решения;

  2. модуль компоновки, рисовки, публикации;

  3. модуль растеризации, векторизации, трансформации, конвертации;

  4. модуль геодезических измерений, дистанционного зондирования, цифровой регистрации данных, сканирования

  1. двумерные, трехмерные, четырехмерные ГИС;

  2. территориальный охват, функциональные возможности, тематические характеристики;

  3. вьюеры, инструментальные, справочно-картографические ГИС;

  4. глобальные, региональные, местные

  1. справочно-картографические ГИС;

  2. ГИС-вьюеры;

  3. инструментальные ГИС;

  4. ГИС-векторизаторы

  1. система вывода информации;

  2. система ввода информации;

  3. система визуализации;

  4. система обработки и анализа

  1. цифровое представление пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселов) с присвоенными им значениями класса объекта;

  2. представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар, с описанием только геометрии объектов;

  3. данные, полученные в результате дистанционного зондирования земли из космоса;

  4. модель данных представленная в виде реляционной таблицы

  1. модель данных, представленная в виде реляционной таблицы ;

  2. представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар, с описанием только геометрии объектов ;

  3. послойное представление пространственных объектов, процессов, явлений ;

  4. данные хранящиеся на электронном носителе информации

  1. совокупность данных, организованных по определенным правилам, устанавливающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными ;

  2. минимальная единица количества информации в ЭВМ, равная одному двоичному разряду ;

  3. классификатор цифровой топографической информации в ГИС ;

  4. совокупность знаний о некоторой предметной области, на основе которых можно производить рассуждения

  1. соблюдение топологических отношений ;

  2. наличие у объекта атрибутивной базы данных ;

  3. использование процедуры генерализации;

  4. геокодирование объектов ЦММ

  1. точечный;

  2. линейный;

  3. площадной;

  4. В ГИС сетевой анализ не используется

  1. данные изменяются в реальном режиме времени ;

  2. данные изменяются, когда количество несоответствий достигает определенного значения ;

  3. данные изменяются регулярно с определенным временным интервалом ;

  4. данные не изменяются

  1. система управления базами данных (СУБД) входит в состав ГИС ;

  2. ГИС входит в состав СУБД ;

  3. ГИС и СУБД не взаимодействуют ;

  4. СУБД и ГИС взаимодействуют на равных условиях

Задание 20. Какое расширение имеет документ карты (AreMap Document)?
Задание 21. Документ карты может иметь только один фрейм данных?
Задание 22. Может ли один фрейм данных содержать как растровые, так и векторные слои?
Задание 23. Если удаляется слой из документов карты, удаляются ли данные на диске?
Задание 24. Какое объяснение лучше всего характеризует фрейм данных ( Data Frame)?
Задание 25. Измерить интерфейс приложения ArcMap можно через …
Задание 26. Подберите название схеме, которая изображена ниже


  1. сферы и области применения ГИС;

  2. виды карт по масштабу;

  3. виды карт по назначению;

  4. тематические слои ГИС

  1. мира и полушарий, материков и океанов, частей материков и океанов;

  2. крупномасштабные, среднемасштабные, мелкомасштабные;

  3. учебные, научно-справочные, туристические, технические

  4. общегеографические, тематические

  1. общегеографическими;

  2. крупномасштабными;

  3. тематическими;

  4. мелкомасштабными

  1. учебные, научно-справочные, туристические, технические;

  2. крупномасштабные, среднемасштабные, мелкомасштабные;

  3. геологические, тектонические, почвенные, климатические;

  4. общегеографические, тематические

Ключ к тесту


вопрос

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ответ

а

а

b

d

а

d

b

b

а

b

вопрос

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

ответ

с

b

а

b

а

а

b

а

а

.mxd

вопрос

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

ответ

нет

нет

да

Хранилище слоев

Невозможно

а

d

да

c

а

Оценивание:
Каждое задание оценивается в 0,25 балла.

Если студент набирает меньше 3 баллов, тест не засчитывается.

Минимальное количество баллов за тест – 3

Максимальное количество баллов за тест – 5
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный

педагогический университет им. К.Минина»
Факультет естественных, математических и компьютерных наук

Кафедра прикладной информатики и информационных технологий в образовании

Геоинформационные системы (ГИС) - это система сбора, обработки, графического представления и анали­за пространственно-распределенных данных. Практически в лю­бой сфере деятельности мы встречаемся с информацией такого рода, представленной в виде карт, планов, схем, диаграмм и пр. Это может быть план здания, карта экологического мониторинга территории, атлас земельного кадастра или карта природных ре­сурсов и т.д. ГИС дает возможность накапливать и анализировать подобную информацию, оперативно находить нужные све­дения и отображать их в удобном для использования виде.

Геоинформационные системы – цифровая модель реального пространственного объекта местности в векторной, растровой и других формах.

ГИС это система аппаратно-программных средств и алгоритмических процедур, созданная для цифровой поддержки, пополнения, управления, манипулирования, анализа, математико-картографического моделирования и образного отображе­ния географически координированных данных.

Отличие ГИС от иных информационных систем проявля­ется в следующем:

- обеспечивает взаимосвязь между любыми количествен­ными и качественными характеристиками географических объ­ектов и явлений, представленных в базе данных в виде точек, линий, площадей и равномерных сеток;

- содержит алгоритмы анализа пространственно координи­рованных данных.

Геоинформатика - это современная научная дисциплина, которая изучает природные и социально-экономические геосис­темы различных иерархических уровней посредством компью­терного моделирования на основе баз данных и баз знаний.

Подобно другим дисциплинам, которые вбирают в себя основы не­скольких наук, геоинформатика формируется на стыке геогра­фии, информатики, теории информационных систем, картогра­фии и других дисциплин с привлечением системного подхода и новейших достижений в области вычислительной техники

Связь ГИС с научными дисциплинами и технологиями:

3. Дистанционное зондирование

4. Топография и фотограмметрия

6. Математика и статистика

Сегодня геоинформатика предстает в виде системы, охва­тывающей науку, технику и производство. Геоинформатика -это не только научная дисциплина, но и технология (ГИС-технология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной информа­ции, целью которой является решение задач инвентаризации, оптимизации и управления геосистемами. Как производство геоинформатика включает в себя изготовление программных и аппаратных средств, создание баз данных, систем управления, стандартных и коммерческих ГИС различного целевого назна­чения и проблемной ориентации.

Взаимосвязи картографии и геоинформатики проявляются в следующих аспектах:

1 тематические и картографические карты - главный ис­точник пространственно - временной информации;

2 системы географических и прямоугольных координат служат основой для координатной привязки всей информации, поступающей и хранящейся в ГИС;

3 карты - основное средство географической интерпрета­ции и организации данных дистанционного зондирования и дру­гой используемой в ГИС информации (статистической, аналити­ческой и т.п.);

4 картографический анализ - один из наиболее эффектив­ных способов выявления географических закономерностей, свя­зей, зависимостей при формировании баз знаний, входящих в ГИС;

5 математико-картографическое и компьютерно-картогра­фическое моделирование - главное средство преобразования информации в процессе принятия решений, управления прове­дения экспертиз, составление прогнозов развития геосистем;

6 картографическое изображение - целесообразная форма представления информации потребителям.

Информационная система

это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур - главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов.

Например, личная библиотека, в которой может ориенти­роваться только ее владелец, информационной системой не яв­ляется. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря этому, поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляют со­бой стандартные процедуры, близкие к алгоритмам.

Работа информационных систем заключается в обслужива­нии двух встречных потоков информации: ввода новой инфор­мации и выдачи текущей информации по запросам.

Поскольку главная задача информационной системы - об­служивание клиентов, система должна быть устроена так, чтобы ответ на любой запрос выдавался быстро и был достаточно пол­ным.

Земельно-информационная система – географическая информационная система земельно-ресурсной и земельно-кадастровой специализации.

Отличие ЗИС от других информационных систем обусловлено особенностями их объекта – земли.

Функции ГИС

1 Сбор геоданных (или просто данных): приобретение го­товых электронных карт; конвертация из других форматов; не­посредственная оцифровка с твердой основы; сканирование с твердой основы с последующей векторизацией; векторизация авиационных и космических снимков; непосредственный ввод координат географического объекта.

2 Хранение данных. Существует две основных модели хранения геоданных: векторная, которая хранит географические объекты на карте в виде точек, линий и полигонов и растровая, сохраняющая географический объект в виде множества ячеек, которые покрывают всю область его расположения.

3. Запросы. Существует два основных запроса: идентифи­кация отдельных объектов (определение точного местоположе­ния существующего объекта): где находится и какие атрибуты ему присвоены; идентификация объектов по условию (определе­ние местоположения объекта, который удовлетворяет опреде­лённому условию).

4. Анализ данных. Основные виды анализа геоданных: бу­феризация (какие участки расположены на таком-то расстояние от такого-то объекта и другие запросы такого типа); наложение (объединяются объекты двух слоев для создания нового слоя, содержащего атрибуты обоих слоев, например, наложение поч­вы и растительности); сеть (рассматривается, как соединены ли­нейные объекты и каким образом можно по ним передвигаться);

5. Отображение (осуществляется в виде карт графиков и диаграмм);

6. Вывод информации.

Способы классификации ГИС

Геоинформационные системы могут быть классифициро­ваны по следующим признакам:

- назначению (в зависимости от целевого использования и характера решаемых задач, например: мониторинговые, инвен­таризационные, исследовательские, учебные ГИС и др.);

- проблемно-тематической ориентации (в зависимости от области применения, например: экологические, природопользовательские, социально-экономические, земельно-кадастровые, геологические, чрезвычайных ситуаций, навигационные и др.);

- территориальному охвату (в зависимости от масштаба базы данных, например: глобальные, общенациональные, регио­нальные, локальные, муниципальные);

- способу организации географических данных (в зависи­мости от форматов ввода, хранения, обработки и представления картографической информации).

Эволюция ГИС

История ГИС берет своё начало с конца пятидесятых годов прошлого столетия. Основные достижения в ГИС были получе­ны в США, Канаде и Швеции. Россия и бывший СССР не участ­вовали в мировом процессе создания и развития геоинформаци­онных технологий до середины 1980-х годов. В истории разви­тия геоинформационных систем выделяют четыре периода:

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

2) Период государственных инициатив (начало 1970-х -начало 1980-х гг.). Развитие крупных геоинформационных про­ектов поддерживаемых государством, формирование государст­венных институтов в области ГИС, снижение роли и влияния от­дельных исследователей и небольших групп. Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям: автоматизированные системы навигации; системы вывоза городских отходов и мусора; движение транс­портных средств в чрезвычайных ситуациях и т.д.

3) Период коммерческого развития (ранние 1980-е - на­стоящее время). Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значитель­ного числа непрофессиональных пользователей.

4) Пользовательский период (поздние 1980-е - настоящее время). Повышенная конкуренция среди коммерческих произво­дителей геоинформационных технологий услуг дает преимуще­ства пользователям ГИС, доступность и "открытость" про­граммных средств позволяет использовать и даже модифициро вать программы, появление пользовательских "клубов", теле­конференций, территориально разобщенных, но связанных еди­ной тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформацион­ной инфраструктуры.

Сферы применения ГИС

Мониторинг и охрана природной среды. Комплексный кон­троль загрязнений, оценка ущерба от природных и антропоген­ных бедствий, планирование эвакуационных и восстановитель­ных мероприятий.

Поиск и добыча минеральных ресурсов. От разведки до эксплуатации месторождений и рекультивационных мероприя­тий.

Транспортные, инженерные и коммуникационные сети. Планирование, прокладка и эксплуатация, анализ и оптимизация загрузки.

Городское хозяйство и региональное управление. Практи­чески весь комплекс вопросов - от работы городских служб и ведения кадастров (систем учёта земельных и других видов ре­сурсов) до перспективного планирования.

Службы безопасности, правопорядка и спасения. Опера­тивный контроль, диспетчеризация и маршрутизация, анализ и прогноз ситуации.

Военное дело. От ведения разведки, анализа местности, планирования и управления боевыми и учебными операциями до учёта военного хозяйства.

Сфера бизнеса. Анализ пространственного распределения клиентов, партнёров и конкурентов, оптимизация работы служ­бы доставки, взаимодействие с органами государственного управления и землепользования, учёт демографических данных. Системы выборов. Оценка пространственного распределе­ния рейтинга, определение наиболее важных участков для аги­тации с учётом действий конкурентов.

ГИС даёт высокоэффективный результат также и в сле­дующих отраслях: местное и государственное управление, неф­тегазовую отрасль, банковское и страховое дело, телекоммуни­кации, операции с недвижимостью, сельское хозяйство, лесное и водное хозяйство, геодезия, навигация.

То, что необходимость в ГИС очень велика, показывают общемировые продажи программного обеспечения для создания геоинформационных систем, сумма которых в 1997 году превы­сила 1 млрд. долларов, а с учётом сопутствующих программных и аппаратных средств достигла почти 10 миллиардов.

Лекция № 2. Аппаратные средства и программное обеспечение ГИС

План:

1. Базовые компоненты ГИС

3. Программное обеспечение ГИС

Базовые компоненты ГИС

Геоинформационные системы включают в себя пять клю­чевых составляющих: аппаратные средства, программное обес­печение, данные, исполнители и пользователи.

Аппаратные средства. Аппаратные средства представляют собой: компьютеры (рабочие станции, ноутбуки, карманные ПК); средства хранения данных (винчестеры, компакт-диски, дискеты, флэш-память); устройства ввода информации (дигитай­зеры, сканеры, цифровые камеры и фотоаппараты, клавиатуры, компьютерные мыши); устройства вывода информации (принте­ры, плоттеры, проекторы, дисплеи).

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инст­рументы, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической информации. Они очень сильно различаются в цене и функциональности. Выбор программного обеспечения за­висит от решаемых пользователем задач.

Данные - это данные о пространственном положении и о состоянии объектов. Они собираются и подготавливаются самим пользователем, либо приобретаются у поставщиков. Источники геоданных для ГИС:

• Данные полевой съемки (геодезические и топографические работы).

• Всевозможные табличные и скалярные данные.

• Данные дистанционного зондирования Земли.

• Современные непрерывные технологии (GPS-трассирование, лазерное сканирование).

Исполнители - это люди, которые работают с программ­ными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач.

Пользователи ГИС - это технические специалисты, разра­батывающие и поддерживающие систему, и обычные сотрудни­ки (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать те­кущие каждодневные дела и проблемы.

Структура ГИС

Структура ГИС, как правило, включает четыре обязатель­ные подсистемы:

1) Ввода данных, обеспечивающую ввод и/или обработку пространственных данных, полученных с карт, материалов дис­танционного зондирования и т.д.;

2) Хранения и поиска, позволяющие оперативно получать данные для соответствующего анализа, актуализировать и кор­ректировать их;

3) Обработки и анализа, которая дает возможность оцени­вать параметры, решать расчетно-аналитические задачи;

4) Представления (выдачи) данных в различном виде (карты, таблицы, изображения, блок-диаграммы, цифровые модели местности и т.д.).

Подсистема ввода информации - это программный или аппаратно-программный блок, отвечающий за получения дан­ных. Например, дигитайзеры, на котором осуществляется оциф­ровка карт, сканер, считывающий изображение в виде растра, электронные геодезические приборы.

Ввод данных - процедура кодирования данных в компьютерно-читаемую форму и их запись в базу данных GIS.

Ввод данных включает три главных шага:

· Их редактирование и очистка

· Геокодирование данных - это генерация геометрических данных на основе табличных значений, представляющих собой почтовые адреса или линейные координаты. Имеются следующие методы: StreetInfo (адресное геокодирование), линейные координаты.

Последние два этапа называются также предобработкой данных.

Типы систем ввода данных:

Ввод с помощью клавиатуры

· Главным образом, для атрибутивных данных

· Редко используется для пространственных данных

· Может быть совмещен с ручным цифрованием

Эффективная работа современных пакетов ГИС и разрабатываемых на их базе приложений возможна только при наличии мощной технической поддержки. Технические средства ГИС должны обеспечивать возможность хранения больших массивов данных, качественно выводить картографическую и другую информацию на монитор или бумагу, вводить данные из различных источников, быстро производить поиск, сортировку и обработку информации. Для проведения этих операций в программных оболочках ГИС предусмотрена возможность подключения и настройки различных аппаратных платформ и периферийных устройств.

схема гис

Компьютеры.

Большинство программных пакетов ГИС из предлагающихся к свободной продаже или попадающих в специальные обзоры, например, ориентировано на работу на базе IBM-совместимых персональных компьютеров под управлением операционных систем MS-DOS или WINDOWS. Некоторые оболочки ГИС могут настраиваться на несколько аппаратных платформ - IBM PC, APPLE, SUN, DEC и др. Наиболее мощные продукты для создания разветвленных многопрофильных приложений ГИС ориентированы на работу под управлением операционных систем UNIX и WINDOWS NT на рабочих станциях или близким к ним по техническим характеристикам ПК. Ряд фирм-производителей программного обеспечения, выпускает для своих продуктов специальные рабочие станции и периферию (INTERGRAPH).

От технических характеристик аппаратной платформы зависит, какая оболочка ГИС и как эффективно может выполнить поставленную задачу. Для одной из наиболее частых операций ГИС - поиску и выборке из базы данных информации по заданным параметрам, - необходимы высокая производительность центрального процессора и скорость обмена с накопителями информации. Аналогичные характеристики при наличии монитора высокого разрешения с большим объемом видеопамяти необходимы для построения трехмерных изображений и сложных полноцветных карт. Функции пространственного моделирования и анализа требуют больших объемов оперативной памяти и т. д. К числу технических параметров ПК, заявленных в документации даже относительно нетребовательных ГИС, относятся: объем оперативной памяти не менее 4 Мб., объем свободного места на магнитных носителях не менее 20-60 Мб., монитор SVGA с видеопамятью не менее 1 Мб, минимально возможный процессор - i386. Однако при разработке разветвленных многоуровенных баз данных регионального уровня, предусматривающих ввод данных дистанционного зондирования и подключение различных прикладных моделей обработки информации, необходимо ориентироваться на аппаратные платформы с максимально возможными в настоящее время характеристиками. Мировая практика развития ГИС технологий предусматривает даже для средних по информационному насыщению проектов использование вычислительных средств класса рабочих станций. По данным Института исследований систем окружающей среды (ERSI, США), среди наиболее крупных проектов, выполненных в мире, 96% занимают проекты, при реализации которых использовались рабочие станции и только 4% выполнены на персональных компьютерах. В Украине из-за высокой стоимости рабочих станций ситуация прямо противоположная. На конец 1996 г. наиболее мощные из предлагавшихся к продаже на территории Украины персональные компьютеры имели следующую конфигурацию:

— процессор Pentium с тактовой частотой 166 -200МГц;

—оперативная память 16-32 Мб;

— объем жесткого диска (HDD) - 1 - 2,5 Гб;

— монитор SVGA от 15"-17" до 20" , видеопамять 1-2 Мб. Для крупных проектов необходимо использование рабочих станций

В RISC-процессорами, подключенных к мощным накопителям данных объемом порядка 10-20 Гб, объединенных в локальные сети и подключенных к глобальной информационной сети типа INTERNET. Станции, ориентированные на работу с ГИС-приложениями, выпускает ряд известных фирм: DEC, HEWLETT PACKARD, SUN, SILICON и др.

Устройства ввода пространственной информации

Устройства ввода пространственной информации делятся на два основных класса:

— ручного ввода информации;

— автоматического и полуавтоматического ввода информации. Кроме клавиатур и графических устройств указания (мышь, трекбол), к числу устройств с ручным вводом относятся различные виды дигитайзеров (Digitizer, Tablet, планшет, сколка), предназначенные для считывания с рабочего поля точечных координат с их последующим преобразованием в системные координаты ГИС. Различные модели дигитайзеров могут иметь размеры рабочего поля от 12" Х 12" до 32"Х при точности ввода до 0.05 мм (у большинства моделей до 0.1 мм). В последнее время к устройствам этого типа можно отнести некоторые рабочие станции GPS (системы спутникового определения координат), которые позволяют определять пространственные координаты в поле непосредственно на объекте с их последующим сохранением и переносом в базу данных на стационарном или переносном компьютере.

К устройствам автоматического и полуавтоматического ввода пространственной информации относятся сканеры (scanner), считывающие с заданным разрешением (обычно до 300 точек на дюйм, в лучших моделях до 8000 тчк/дюйм) все поле карты или аэрокосмоснимка и преобразовывающие его в графический растровый файл. Однако для последующего выделения пространственных объектов из общего поля цифрового изображения и их идентификации в базе данных ГИС необходимо использование специальных программных продуктов - векторизаторов при участии и контроле опытного оператора. Сканеры имеют различные размеры рабочего поля (от 12" Х 12" до 32" на несколько метров для рулонных моделей).

Устройства вывода и представления информации

Управление ГИС и представление информации в различном виде производится прежде всего при помощи монитора. Некоторые системы могут использовать два монитора, например МОЕ, ARC/INFO, ILVIS, для раздельного вывода текстовой и графической информации. Производители пакетов ГИС предусматривают возможность использование различных моделей мониторов с различной разрешающей способностью, но для украинского рынка доступными в настоящий момент являются мониторы стандарта SVGA с рабочим разрешением 600х800 и 780х1024 пикселя при поддержке видеопамяти от 512 Кб до 2 Мб.

По способу формирования изображения на бумаге или другом "твердом" носителе устройства вывода делятся на несколько типов.

1. Матричные принтеры переносят изображение на бумагу при помощи ударов иголок знакогенерирующей головки по ленте с красителем. Технические характеристики некоторых моделей (разрешение матрицы знакогенератора 24х24 точки или 48х24 точки) позволяют выводить на бумагу относительно качественно и очень недорого черно-белую графику и текст.

2. Струйные (чернильные) принтеры формируют изображение на бумаге или пленке методом "выстреливания" капелек черных или цветных чернил в указанные позиции. Разрешение устройств этого типа у большинства моделей составляет 300 - 600 тчк/дюйм, у лучших моделей до 1200 тчк/дюйм, что при широком выборе размеров (от А4 до АО) и вариантов цвета (до 1.6 млн.) делает их наиболее подходящими для приложений ГИС, выпускающих полноформатные карты с цветовым фоновым или штриховым заполнением контуров.

3. Лазерные принтеры формируют изображение на светочувствительном барабане, который при вращении захватывает порошкообразный тонер при помощи электростатического заряда и переносит его на бумагу. В дальнейшем изображение на бумаге фиксируется путем расплавления и вдавливания тонера при помощи термических валиков. Высокое разрешение (до 1200 тчк/д.) и быстродействие лазерных принтеров используются при подготовке высококачественных черно-белых и цветных изображений, однако максимальный размер доступных устройств не превышает формата A3.

4. Плоттеры (графопостроители) строят изображение на бумаге путем перемещения по поверхности рисующего элемента - фломастера, пера или рапидографа. Эти устройства наиболее удобны для вывода контурных и изолинейных карт и изображений. Формат устройств этого типа меняется от А4 до АО и более.

Кроме этих, наиболее часто применяющихся в практике ГИС устройств, некоторые системы (например, МОЕ для рабочих станций) могут выводить сформированное изображение в видеоформате с возможностью записи на специальные носители.

Электронные тахеометры и системы спутникового определения координат (GPS)

В некоторых прикладных ГИС, где требуется высокая пространственная точность определения плановых координат и высот объектов (построение цифровых моделей рельефа для расчета гидротехнических, дорожных, топогеодезических и других работ), могут использоваться данные, вводимые с электронных тахеометров и приемников GPS. В базу данных ГИС передаются идентификаторы и координаты x, y,z опорных точек, точность определения которых может достигать от одной угловой секунды (30 -100 м) до нескольких десятитысячных долей (3-6 мм на местности). Эти данные преобразуются в формат ГИС и могут использоваться при построении высокоточных планов и пространственных моделей рельефа.

В настоящее время все большее количество оболочек ГИС ориентируется на работу с приемниками GPS. Программные модули для обмена данными включаются в такие популярные системы, как MGE, ARC/INFO и многие другие.

Читайте также: