ГИС

ГИС-технология

В последнее десятилетие технология Географических Информационных Систем (ГИС-технология) - компьютерная технология ввода, хранения, обработки и представления пространственно координированной информации, получила широкое распространение во многих странах мира. Среди них в первую очередь следует назвать США, Канаду, Швецию, Великобританию, Нидерланды, Францию и Германию, в которых к настоящему времени накоплен значительный опыт разработки и приложений ГИС-технологии. Ежегодно в мире проводятся десятки международных конференций и семинаров разработчиков, пользователей и продавцов программного и аппаратного обеспечения ГИС. Можно « говорить о том, что в мире уже сформировалась целая индустрия ГИС, оборот которой измеряется многими миллиардами долларов США. Спектр приложения ГИС-технологии необычайно широк. Она находит применение не только в географии, как это можно предположить из названия, но также в кадастровых исследованиях, лесном, водном и сельском хозяйстве, инженерном проектировании, бизнесе, коммерции, региональном управлении и планировании, военном деле… Перечень этот может быть продолжен. Отметим только, что будучи синтезом современных достижений географии, картографии, математики, компьютерной графики, дистанционного зондирования, вычислительной техники, ГИС-технология является в настоящее время наиболее адекватным инструментом междисциплинарных проектов, к которым относятся все достаточно крупные проекты, связанные с проблемами охраны и рационального использования природных ресурсов, включая контроль за состоянием, его анализ и оценку, прогноз изменений.

К сожалению, в настоящее время в Украине практически полностью отсутствует научно-методическая литература по ГИС-технологии, что является одним из весьма существенных факторов, сдерживающих ее распространение и развитие в стране. Необходимостью и желанием восполнить существующий пробел и обязана своим появлением настоящая работа, первая из задуманной авторами серии работ, посвященных технологии Географических информационных систем. Кроме технологических основ ГИС в ней дана характеристика наиболее известных и широко применяемых в мире, так называемых "коммерческих" ГИС-пакетов, таких как MAP/INFO, IDRISI, ATLAS*GIS и некоторых других, которые представляют интерес для использования в Украине, а также рассмотрены научно-методические аспекты применения ГИС-технологии в решении достаточно широкого спектра задач - как наиболее типичных (тематическое картографирование, разработка кадастровых систем, информационное обеспечение мониторинга), так и перспективных (моделирование природных процессов, работка географических экспертных систем и пространственных систем поддержки решений) для приложения ГИС-технологии. При этом использован опыт, накопленный авторами в процессе работы с коммерческими ГИС-пакетами в лаборатории ГИС географического факультета Одесского государственного университета им. И. И. Мечникова, а также на Географическом факультете Университета г. Утрехта (Нидерланды).

Определение, структура и функции ГИС

В настоящее время существует большое количество определений географических информационных систем, которые имеют много общего и, в то же время, достаточно существенные различия, характеризуясь, к тому же, значительно различной степенью полноты. Обзор имеющихся определений дан, в частности, в работах. Приведем здесь некоторые наиболее характерные из них:

— информационная система, которая может обеспечить ввод, манипулирование и анализ географически определенных данных для поддержки принятия решений

— реализованное с помощью автоматизированных средств (ЭВМ) хранилище системы знаний о территориальном аспекте взаимодействия природы и общества, а также программного обеспечения, моделирующего функции поиска, ввода, моделирования и др.

— набор средств для сбора, хранения, поиска, трансформации и отображения данных об окружающем мире в определенных целях

— информационная система, предназначенная для работы с пространственными, или географическими, координатами

— совокупность аппаратных, программных средств и процедур, предназначенных для обеспечения ввода, управления, обработки, анализа, моделирования и отображения пространственно координированных данных для решения сложных проблем планирования и управления

— аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества

— научно-технические комплексы автоматизированного сбора, систематизации, переработки и представления (выдачи) геоинформации в новом качестве с условием прироста знаний об исследуемых пространственных системах.

Отметим прежде всего то общее, что характерно практически для всех определений ГИС. Во-первых, ГИС-это информационная система, т. е. "система обработки данных, которая обладает средствами накопления, хранения, обновления, поиска и выдачи данных", во-вторых, эта информационная система относится к категории автоматизированных информационных систем, "использующих ЭВМ на всех этапах обработки информации". Электронно-вычислительная машина (компьютер) является непременным атрибутом и основой геоинформационной технологии. В-третьих, эта информационная система способна обрабатывать пространственную (пространственно-распределенную, пространственно-координированную) информацию.

Отличительной особенностью географических информационных систем является наличие в их составе специфических методов анализа пространственных данных, которые в совокупности со средствами ввода, хранения, манипулирования и представления пространственно-координированной информации и составляют основу технологии географических информационных систем, или ГИС-технологии. Именно наличие совокупности способных генерировать новое знание специфических методов анализа с использованием как пространственных, так и непространственных атрибутов и определяет главное отличие ГИС-технологии от технологий, например, автоматизированного картографирования или систем автоматизированного проектирования (так называемых САDовских систем). Однако, эта отличительная особенность геоинформационных систем в явном виде отмечается лишь некоторыми авторами. В частности, в определении С. Н. Сербенюка говорится о способности ГИС "представлять геоинформацию в новом качестве с условием прироста знаний об исследуемых пространственных системах". Способность же географических информационных систем выполнять "трансформацию", "анализ", "моделирование" пространственных данных, в общем случае, не характерные для других информационных систем, как правило, отмечается в существующих определениях.

Представляется необходимым обратить внимание на то, что определение "географическая" в названии географических информационных систем и геоинформационной технологии, по-сути, является синонимом пространственности информации. На это, в частности, непосредственно указывается во многих определениях (например, в приведенных выше определениях Дж. Витека и др., Дж. Стара и Дж. Истеса). Однако, это еще с большей очевидностью вытекает из анализа истории развития и современных областей применения ГИС-технологии, охватывающих кроме географических наук кадастр, инженерные изыскания и проектирование, транспорт, связь, коммерцию, государственное управление и пр. Тем не менее, известны попытки выделения "чисто" географических информационных систем с точки зрения профессионально-географической направленности. Необходимым и достаточным критерием выделения "чисто" географических информационных систем по мнению В. С.Тикунова является проблемная ориентация системы, то есть то, для каких целей она предназначается и используется и какого типа задачи решает. "В географии ГИС перерабатывают географические потоки, которые формируются в пределах географической оболочки и представляют собой информационное отображение системы объектов географического изучения"

Любая геоинформационная система состоит из трех основных структурных компонентов:

— аппаратного комплекса;

— программного комплекса;

— информационного блока.

Аппаратный комплекс включает электронно-вычислительную машину (компьютер) с достаточно большими (оговариваемыми в каждом конкретном случае) объемами оперативной и постоянной памяти и быстродействием и набор периферийных устройств, обеспечивающих ввод и вывод информации - цифрователи (дигитайзеры), сканеры, принтеры, графопостроители (плоттеры).

Программный комплекс представляет собой совокупность взаимосвязанных (интегрированных) программных модулей, обеспечивающих выполнение основных функций ГИС с. соблюдением определенного стандарта пользовательского интерфейса. Принципы структурирования программного комплекса, перечень операций в группах и даже групп, равно как и стандарт интерфейса пользователя для различных ГИС; может существенно меняться, определяясь степенью универсальности ГИС, требованиями к ее функциональным возможностям и совершенству пользовательского интерфейса, финансовыми возможностями и пр. Довольно часто в литературе под ГИС понимается именно программное обеспечение (в том числе и в виде, так называемых, коммерческих ГИС-пакетов), позволяющее реализовывать современную геоинформационную технологию для создания конкретных географических информационных систем, что, безусловно, является некорректным. Применительно к программному обеспечению ГИС (GIS software) должны использоваться термины "программный ГИС-пакет" (или короче - ГИС-пакет) либо его официальное название, например, "растровый пакет географического анализа и обработки изображений IDRISI" или "модульная ГИС-среда фирмы ИНТЕРГРАФ (МGЕ INTERGRAPH)

Информационный блок геоинформационных систем содержит пространственную информацию в виде соответствующим образом закодированных слоев однородных картографических данных (почвы, гидрографическая сеть, дорожная сеть, административное деление и пр.), а также пространственно привязанную цифробуквенную (атрибутивную) информацию для определенной территории. Число слоев картографических данных, а также объем атрибутивной информации ограничиваются лишь емкостью постоянного запоминающего устройства компьютера и могут быть весьма большими.

Основными функциями, реализуемыми ГИС, в общем случае являются:

— ввод и обновление данных;

— хранение и манипулирование данными;

— анализ данных;

— вывод и представление данных и результатов.

 Функциональные возможности ГИС определяют основные направления их практического использования:

— создание и ведение банков-данных (информационно-справочное);

— автоматизированное картографирование;

— пространственный анализ природных, природно-хозяйственных и социально-экономических территориальных систем;

— моделирование природных, природно-хозяйственных и социально-экономических процессов;

— поддержка принятия решений в планировании, проектировании и управлении.

Первое, второе и, отчасти, третье направления являются традиционными (если так можно говорить о новой технологии) направлениями практического использования ГИС, последние два отражают современную тенденцию в приложениях ГИС-технологии, которая заключается в разработке пространственно-распределенных систем поддержки принятия решений.