Географические информационные системы

Пространственный характер большинства экологических аспектов природно-антропогенных систем, их многофакторность и значительные объемы данных, обрабатываемых обусловили необходимость автоматизации еколoгo-географического картографирования с применением современных компьютерных технологий, получило название - географические информационные системы (ГИС). Считается, что именно пространственный анализ является главным направлением развития ГИС. Мировой опыт показал чрезвычайную эффективность и перспективность использования ГИС во многих сферах жизнедеятельности общества.

Географические информационные системы - это информационное будущее систем экологического управления; это современная компьютерная технология для картографирования и анализа объектов окружающей природной среды, а также реальных событий, происходящих в нем.

Эти системы представляют собой комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающих их функционирование: предоставление возможности ввода данных, преобразования их форматов, накопления их, изъятия, обновления и поиск, решения аналитических и прогнозных, статических и динамических задач, выбор формы выдачи конечного результата , организацию диалога с пользователем. Технология ГИС предоставляет новый, современный, эффективный, удобный и быстрый способ анализа и решения проблем. Исходная информация ГИС может предоставляться в картографическом виде, сопровождаться количественными и качественными описаниями объектов.

Географическая информационная система обеспечивает возможность долговременного хранения, периодического пополнения и обновления этой информации. Имея уникальные возможности для полноценного анализа и оперирования географической информацией, ГИС является тем реальным инструментарием, который способен обеспечивать информационную основу для принятия оптимального управленческого решения. ее широкие возможности позволяют автоматизировать процедуры анализа и прогнозирования экологического состояния и тенденций его изменений на отдельной территории, так и в масштабах всей страны. Способность обрабатывать информацию пространственного характера, представленную на географических картах, принципиально отличают ГИС от других информационных систем.

Архитектурно ГИС представляют собой сложное сочетание автоматизированных картографических систем, систем дистанционного зондирования, систем баз данных, систем автоматизированного проектирования и пр. Географические информационные системы - это проблемно-ориентированный оценкам интерактивная система обработки пространственно-распределенной информации, которая состоит из средств сбора, преобразования, хранения и представление картографической информации для выработки управленческих решений в области природопользования и охраны окружающей среды. В украинском законодательстве (Национальная программа информатизации) дано такое толкование ГИС - это современные компьютерные технологии, позволяющие совместить модельное изображение территории (электронное отображение карт, схем, космо- и аэро- изображений земной поверхности) с информацией табличного типа (разнообразные статистические данные, списки, экономические показатели и т.д.).

Географические информационные системы возникли на базе практических применений путем интеграции достижений широкому кругу дисциплин: географии, картографии, экологии, информатики, теории информационных систем, компьютерной техники и программирования, фотограмметрии, математики и других - а также общенаучных дисциплин и методов познания окружающего мира. ПС-технологии стали основой геоинформатики, которая развивается, чтобы обеспечить потребности наук о Земле, то есть об окружающей природной среде. Идея создания ГИС заключалась в обогащении арсенала управленческих средств новым автоматизированным инструментарием, способным эффективно работать с пространственной информацией.

Причины, побуждающие к применению ГИС как информационного обеспечения систем экологического управления, связанные со следующими обстоятельствами:

• наличие больших объемов экологической и другой информации и значительного количества параметров, отслеживаемых в природно-антропогенных системах, в результате чего становится неэффективным, а то и невозможным использование традиционных неформализованных методов обработки эмпирических данных;

• динамический характер исследуемых процессов в природно-антропогенных системах, не оставляет времени для "ручной" обработки информации и требует оперативного принятия решений;

• вероятностный и многовариантный характер развития событий, который диктует определения последствий экологического, экономического и социального характера для различных сценариев

• потребность в прогнозировании изменения ситуации с расчетом вероятности реализации того или иного сценария;

• влияние на процесс принятия решений субъективной интерпретации обрабатываемых данных со стороны персонала.

Общие мировые тенденции свидетельствуют, что доля расходов на сбор, хранение, обработку информации и поддержку информационной инфраструктуры систем экологического управления постоянно растет и составляет в развитых странах от 40 до 75%. Сейчас более 75% карт в мире создаются и распространяются в компьютерном виде.

В сфере экологического управления сегодня можно выделить несколько направлений специализации ГИС, которые имеют практическое применение:

• ГИС для управления территориями (национальный, региональный, местный и объектовый уровне)

• ГИС для ведения кадастров природных ресурсов;

• мониторинговые ГИС (национальный, региональный, местный и объектовый уровне)

• ГИС для управления и мониторинга техногенных потенциально опасных объектов;

• диспетчерские ГИС;

• прикладные ГИС;

• справочно-информационные ГИС;

• ГИС для геопространственных банков данных;

• ГИС для тематических и специализированных банков данных;

• ГИС для корпоративных систем управления.

Основными этапами технологического процесса ГИС является получение данных, ввод и предварительная обработка, управление данными, манипулирования и анализ, генерирование информационного продукта (рис. 8.2).

• Получение данных - это идентификация и сбор данных, необходимых для решения поставленных задач. Данные пространственного характера и связанные с ними табличные или описательные данные собираются самим пользователем или могут быть приобретены на коммерческой или иной основе. Источниками данных являются картографические материалы, статистические данные, аэрокосмические снимки, результаты натурных измерений и съемок, фондовые и текстовые материалы.

Важным элементом входной информации есть карты, которые используются для построения картографических моделей в ГИС .Спектр видов карт чрезвычайно широк: топографические, тематические, экологические экономические, демографические и др. Другим видом картографической информации, в результате применения такого ценного

Этапы технологического процесса Г ИС

технологического инструмента изучения Земли, как дистанционное зондирование окружающей среды из космоса, есть материалы космического мониторинга (рис. 8.3). Новый вид карт, представляя собой космические снимки поверхности Земли с разрешением от 3,5 км до 5 м, предоставляет уникальные возможности для пользователей ГИС.

Структура использования данных дистанционное зондирование окружающей вередовища из космоса

♦ Введение и предварительная обработка - это введение первичных данных в компьютер и преобразования их формата (преобразование информации с карт фотографий, печатных записей в формат, пригодный для внесения всей этой информации в компьютерную базу данных) и идентификация размещения объектов

Описание пространственных данных в ГИС состоит из двух частей: пространственной координаты и непространственной, или содержательной - атрибуты. В ГИС являются средства, обеспечивающие хранение и манипулирования непространственных данных вместе с пространственными. Множество элементарных пространственных объектов, с которыми работает ГИС, составляют точки (точечные объекты), линии (линейные объекты), контуры (ареалы, полигоны), поверхности (рельефы), ячейки периодических пространственных сетей и пиксели (маленькие элементы изображений аэрокосмических снимков).

В ГИС пространственные данные представляются с применением двух моделей: векторной и растровой.

Векторная модель содержит информацию проточки, линии, контуры и поверхности, кодируется и хранится в виде набора координат X, Y (2). Местоположение точки (точечного объекта), например источники эмиссии загрязняющих веществ, описывается парой координат X, В. Линейные объекты, такие как реки, дороги или трубопроводы, сохраняются как наборы координат Х В. Полигональные объекты, такие как земельные и лесные участки, сохраняются в виде замкнутого набора X, В. рельефы является основой 3 D -поверхневих карт, подаются наборами координат X, В. Векторная модель удобна для описания дискретных объектов и неэффективна для описания объектов с непрерывным характером изменения свойств, таких как типы фунтов, виды растительности и тому подобное.

Растровая модель является оптимальной для работы с объектами, имеющими непрерывный характер изменения свойств. Растровое изображение состоит из отдельных элементарных ячеек, каждая из которых характеризуется определенным значением. Этот способ представления данных широко используется для аэрокосмических снимков.

В ГИС карты, представленные в электронном виде, называются цифровыми. Процесс преобразования пространственной информации с бумажных карт на электронный вид называется оцифровке. Он автоматизируется с помощью сканеров и дигитайзеров. Цифровые карты масштабов 1: 10000, 1: 2000, 1: 500 используются для планов городов, промышленных и добывающих предприятий; масштабов 1: 1000000, 1: 500000, 1: 250000, 1: 100000 - для изображения территории государства и регионов. Производные масштабы карт применяются для решения определенных задач на отдельных участках территорий.

♦ Управление данными - это введение информации после предварительной обработки в базу данных, обновления, извлечения данных и их поиск. В зависимости от типов и форматов данных, программного обеспечения ГИС, а также ее проблемной ориентации могут использоваться различные способы организации хранения, распределения и доступа к данным. В основе работы ГИС лежит система управления базами данных. Современные СУБД изолируют пользователя от деталей организации баз данных, обеспечивая ему максимально простое и удобное общение с ГИС.

Базой данных в ГИС называют совокупность пространственных и семантических (содержательных) данных, организованные в соответствии с общими принципами описания, хранения и манипулирования данными, независимо от тематического направления прикладных программ. Пол системой управления базами данных понимают комплекс программных средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных. Использование СУБД является необходимым условием обеспечения хранения, структурирования и управления большими объемами информации. В процессе управления данными ПС интегрус пространственные данные и другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД других организаций (межведомственное сотрудничество).

Географическая информационная система хранит информацию (цифровые карты) об окружающей среде в соответствуют набору тематических слоев, объединенных на основе географической положение. Слои можно представить как "мимо-четвереньках", налагаемых друг на друга. Каждый слой содержит различные объекты карты. Например, один слой содержит гидрографическую сеть, второй - символы населенных пунктов, третий - лесные массивы, четвертый сеть дорог или трубопроводов, пятый - источники загрязнения и тому подобное. Пользователь ГИС имеет возможность работать с отдельным слоем, или, накладывая слои друг на друга, создай и и комплексную карту и работать с ней.

Базы данных ГИС содержат экологические показатели, данные их территориальной и временной привязки, источники получения их и др. Эти базы структурно состоят из блоков, аккумулирующие информацию, сгруппированных по определенным направлениям: геолого-геоморфологический, основательный, гидрологический, биологический, климатический, экономический, социальный и тому подобное. Такие наборы данных ругают возможность выполнять интсиральну оценку состояния окружающей среды и получать характеристику комплексного антропогенного воздействия.

• Манипулирование и анализ - это обработка содержания базы данных с помощью аналитических операций. На нем этапе происходит непосредственная работа с содержанием базы данных для получения новой информации. Мощной составляющей ГИС с модуль анализа данных. Современные ГИС характеризуются широким спектром аналитических и моделирующих функций, которые можно разделить на следующие классы:

• операции по пере реструктуризации данных;

• изменение систем координат и трансформация проекций;

• операции вычислительной геометрии

• оверлейные операции (создание композиций из нескольких тематических слоев данных);

• общие аналитические функции;

• графоаналитические процедуры;

• моделирующие процедуры.

Географическая информационная система обладает развитой системой запросов, которая дает возможность пользователю получать ответы на различные вопросы. Кроме того. ГИС сокращает время на получение вопросов, помогает установить связи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью сельскохозяйственных культур), объемам промышленного производства на определенной территории и степени загрязнения атмосферы, водных объектов, почв и т.

С помощью запросов пользователь ГИС может получать ответы, например, на такие вопросы: какой объем сброса привел к загрязнению? на расстоянии друг вол одного находятся объекты? тип фунтов преобладает на земельном участке? какова степень химической, радиоактивной или иной загрязнения на данной территории? и тому подобное. Вопросы могут быть и более сложные.

В 80-х годах XX в. основные усилия в области развития ГИС-технологий были сосредоточены на чисто технологических вопросах, а уже в начале XXI в. основные проблемы 11г связанные с управлением и сферами их применения. Смещенный акцентов объясняется способностью ГИС интегрировать многие источники информации, что, в свою очередь, требует кооперации и взаимодействия между многими участниками. В настоящее время наблюдается достаточно масштабное внедрение и использование ГИС для широкого диапазона исследований, управления и планирования. В Украине ГИС-технологии широко применяют и развивают Национальное космическое агентство, Украинский центр менеджмента земли и ресурсов при Совете национальной безопасности и обороны Украины, Укргеодезкартография в составе Минприроды, Межведомственный центр электронной картографии (г.. Харьков) и др. Государственными организациями разработан ряд векторных тематических карт масштабов 1: 200000 (для всей территории Украины) и 1: 50000 (для отдельных территорий), что является основой для интеграции ГИС в системы экологического управления. Проблема внедрения ГИС в Украине не является технической, хотя проблемно ориентированные аспекты требуют развития; она заключается в способности организаций максимизировать потенциал ГИС через управления и планирования. Быстрое и беспроблемное внедрение ГИС-технологий тормозится вследствие необходимости существенных законодательных, организационных, кадровых и операционных изменений.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >