Географическая информационная система

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Геоинформационная система»)
Перейти к: навигация, поиск

Геоинформационная система (ГИС) — система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных[1] (географических) данных и связанной с ними информации о необходимых объектах.

Понятие геоинформационной системы также используется в более узком смысле — как инструмента (программного продукта), позволяющего пользователям искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности, так и дополнительную информацию об объектах[2].

Редактирование слоя в системе gvSIG

Применение[править | править исходный текст]

ГИС включает в себя возможности систем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяется в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях.

ГИС различают

  • По территориальному охвату:
глобальные (global GIS), субконтинентальные, национальные, зачастую имеющие статус государственных, региональные (regional GIS), субрегиональные, локальные, или местные (local GIS).
  • По предметной области информационного моделирования:
городские (муниципальные) (urban GIS), ГИС недропользователя[3], горно-геологические ГИС[4], природоохранные ГИС (environmental GIS) и т. п.; среди них особое наименование, как особо широко распространённые, получили земельные информационные системы.
  • По проблемной ориентации:
Определяются решаемыми задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

Различают также

  • Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением.
  • Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование.

Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Представление данных[править | править исходный текст]

Данные в ГИС описывают реальные объекты, такие как дороги, здания, водоемы, лесные массивы. Реальные объекты можно разделить на две абстрактные категории: дискретные (дома, территориальные зоны) и непрерывные (рельеф, уровень осадков, среднегодовая температура). Для представления этих двух категорий объектов используются векторные и растровые данные.

  1. Растровые данные
    Растровые данные хранятся в виде наборов величин, упорядоченных в форме прямоугольной сетки. Ячейки этой сетки называются пикселями. Наиболее распространенным способом получения растровых данных о поверхности Земли является дистанционное зондирование, проводимое при помощи спутников. Хранение растровых данных может осуществляться в графических форматах, например TIF или JPEG, или в бинарном виде в базах данных.
  2. Векторные данные
    Наиболее распространенными типами векторных объектов являются:
    • Точки
    Используются для обозначения географических объектов, для которых важно местоположение, а не их форма или размеры. Возможность обозначения объекта точкой зависит от масштаба карты. В то время как на карте мира города целесообразно обозначать точечными объектами, то на карте города сам город представляется в виде множества объектов. В ГИС точечный объект изображается в виде некоторой геометрической фигуры небольших размеров (квадратик, кружок, крестик), либо пиктограммой, передающей тип реального объекта.
    • Полилинии
    Служат для изображения линейных объектов. Полилиния — ломаная линия, составленная из отрезков прямых. Полилиниями изображаются дороги, железнодорожные пути, реки, улицы, водопровод. Допустимость изображения объектов полилиниями также зависит от масштаба карты. Например, крупная река в масштабах континента вполне может изображаться линейным объектом, тогда как уже в масштабах города требуется её изображение площадным объектом. Характеристикой линейного объекта является длина.
    • Многоугольники (полигоны)
    Служат для обозначения площадных объектов с четкими границами. Примерами могут служить озера, парки, здания, страны, континенты. Характеризуются площадью и длиной периметра.
Семантические данные могут быть привязаны к векторным: например, на карте территориального зонирования к площадным объектам, представляющим зоны, может быть привязана характеристика типа зоны. Структуру и типы данных определяет пользователь. На основе численных значений, присвоенных векторным объектам на карте, может строиться тематическая карта, на которой эти значения обозначены цветами в соответствии с цветовой шкалой, либо окружностями разного размера.
Непрерывные поля величин могут быть описаны векторными данными. Поля при этом изображаются в виде изолиний или контурных линий. Одним из способов представления рельефа является нерегулярная триангуляционная сетка (TIN, triangulated irregular networks). Такая сетка формируется множеством точек с привязанными значениями (в данном случае высота). Значения в произвольной точке внутри сетки получаются путем интерполяции значений в узлах треугольника, в который попадает эта точка.
Векторные данные обычно имеют намного меньший размер, чем растровые. Их легко трансформировать и проводить над ними бинарные операции. Векторные данные позволяют проводить различные типы пространственного анализа, к примеру поиск кратчайшего пути в дорожной сети.

Структура ГИС[править | править исходный текст]

  1. Данные (пространственные данные):
    • позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности.
    • непозиционные (атрибутивные): описательные.
  2. Аппаратное обеспечение (ЭВМ, сети, накопители, сканер, дигитайзеры и т. д.).
  3. Программное обеспечение (ПО).
  4. Технологии (методы, порядок действий и т. д.).

Вопросы, на которые может ответить ГИС[править | править исходный текст]

  1. Что находится в…? (определяется место).
  2. Где это находится? (пространственный анализ).
  3. Что изменилось начиная с…? (определить временные изменения на определенной площади).
  4. Какие пространственные структуры существуют?
  5. Что если? (моделирование, что произойдет, если добавить новую дорогу).

Хронология развития ГИС[править | править исходный текст]

Начальный период (кон. 1950-х — нач. 1970-х гг.)[править | править исходный текст]

Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

  • Запуск первого искусственного спутника Земли
  • Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах.
  • Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х.
  • Создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров.
  • Создание формальных методов пространственного анализа.
  • Создание программных средств управления базами данных.

Период государственных инициатив (1970е — нач. 1980х гг.)[править | править исходный текст]

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.

Период коммерческого развития (с нач. 1980-х гг. — наст. время)[править | править исходный текст]

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, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

Пользовательский период (кон. 1980-х — наст. время)[править | править исходный текст]

Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры. Морфометрический анализ рельефа на основе ГИС-технологий новое направление в этой области.[5][нет в источнике]

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

Литература[править | править исходный текст]

  • Браун Л. А. История географических карт. — Москва: Центрполиграф, 2006. — 479 с. — ISBN 5-9524-2339-6 [История ГИС от древности до ХХ века].
  • Геоинформационные технологии в недропользовании (на примере ГИС K-MINE) / Г. И. Рудько, М. В. Назаренко, С. А. Хоменко, А. В. Нецкий, И. А. Федорова. — К.: «Академпрес», 2011. — 336 с. — ISBN 978-966-7541-12-5
  • Журкин И. Г., Шайтура С. В. Геоинформационные системы. — Москва: КУДИЦ-ПРЕСС, 2009. — 272 с. — ISBN 978-5-91136-065-8