Программные средства ГИС

Программные средства географических информационных систем

1. Общая характеристика

Программные средства ГИС представляют собой совокупность в большей или меньшей степени интегрированных программных модулей, обеспечивающих реализацию основных функций ГИС. В общем случае можно выделить шесть базовых модулей:

1) ввода и верификации данных,

2) хранения и манипулирования данными,

3) преобразования систем координат и трансформации картографических проекций,

4) анализа и моделирования,

5) вывода и представления данных,

6) взаимодействия с пользователем.

Учитывая широкий спектр и весьма специфические особенности реализуемых функций, программное обеспечение геоинформационных систем в настоящее время составляет часть мирового рынка программного обеспечения. Известно достаточно большое количество коммерческих пакетов программного обеспечения ГИС, позволяющих выполнять разработку геоинформационных систем с определенными функциональными возможностями для конкретных территорий. Количество таких ГИС-пакетов измеряется многими десятками. Однако, если говорить о наиболее известных и широко применяющихся коммерческих ГИС-пакетах, то их количество может быть ограничено десятью-пятнадцатью.

По итогам исследований фирмы PC GIS Company Datatech (США), занимающейся анализом мирового рынка ГИС, первое место в рейтинге программных ГИС продуктов в последние годы занимает пакет MAPINFO, разработанный Mapping Information Systems Corporation (США) и имеющий около 150000 пользователей по всему миру. К наиболее популярным также относятся ГИС-пакет ARC/INFO, разработанный Калифорнийским институтом исследований природной среды (ESRI), и пакет географического анализа и обработки изображений IDRISI, созданный в Университете Кларка (США). Широкую известность имеют пакеты ATLAS*GIS фирмы Strategic Mapping Inc. (США) MGE фирмы INTERGRAPH (США), SPANS MAP/SPANS GIS Фирмы Tydac Technologies Corp. (США), ILWIS, разработанный в Международном институте аэрофотосъемки и наук о Земле (Нидерланды) SMALLWORLD GIS фирмы Smallworld Mapping Inc. (Великобритания) SYSTEM 9 фирмы Prime Computer-Wild Leitz (США), SICAD фирмы Siemens Nixdorf (Германия). Представляется необходимым назвать также ГИС пакет GEOGRAPH/GEODRAW, разработанный в Центре геоинформационных исследований Института географии Российской Академии наук, который по итогам исследований, проведенных в 1994 году в России, занимал третье место в рейтинге программных ГИС продуктов, а также WINGIS австрийской фирмы PROGIS, занявший пятую позицию в этом рейтинге. Несомненный интерес для исследований окружающей среды представляет ГИС пакет PC-RASTER, разработанный на географическом факультете университета города Утрехта (Нидерланды) и обладающий развитыми аналитическими возможностями.

2. Интерфейс пользователя ГИС

В зависимости от типа и назначения ГИС среда управления (интерфейс пользователя) обычно имеет несколько уровней. ГИС производит "информационные изделия" - списки, карты - которые позже используются для принятия решения различными категориями пользователей. Конечный пользователь в большинстве случаев может не взаимодействовать с системой непосредственно. Например, муниципальная система отчетов производит инвентаризационные списки, которые используются комитетами для выработки решений относительно различных хозяйственных мероприятий. Руководители комитетов не знают ничего относительно организации муниципальной системы, имея только концептуальное понимание о том, какая информация находится в ГИС и ее функциональных способностях. Однако менеджер системы должен иметь подробное представление о том, какая информация находится в базе данных и какие функции может выполнять ГИС. Системный аналитик или программист должен иметь еще более подробное понимание функциональных способностей конкретной прикладной ГИС. Конечный же пользователь взаимодействует с системой обычно через специального оператора, выдающего информацию как по стандартным, так и по индивидуальным запросам.

Степень сложности общения пользователя и ГИС определяется в первую очередь степенью проработки структуры базы данных, правильностью идентификации находящихся в базе данных объектов и наличием перекрестных ссылок между различными группами объектов. Получение какой либо информации из базы данных осуществляется в большинстве случаев при помощи специальных запросов, формируемых явным и неявным образом. Неявные запросы обычно уже программно реализованы и заложены в различные функциональные блоки системы фирмой-производителем программного обеспечения. Например, нажатие курсором мыши на пространственный объект, отображенный на экране, инициализирует алгоритм поиска "по местоположению" связанной с этим объектом атрибутивной информации. Явный запрос пишется пользователем (системным программистом ГИС) при помощи специального языка программирования (обычно SQL, иногда специально разработанный для данной системы язык) в текстовом редакторе, но в последнее время получили распространение диалоговые окна формирования запросов. Такие запросы могут сохранятся в специальной библиотеке и запускаться по мере необходимости.

Запросы могут значительно различаться по своему назначению и выполняемым в ходе их реализации алгоритмам. Простой запрос данных осуществляется с указанием конкретных идентификаторов объектов или точного местоположения и часто сопровождается указанием

Конкретных значений уточняющих параметров. Другие запросы осуществляют поиск объектов, удовлетворяющих более сложным требованиям. Имеются несколько различных типов поисковых запросов:

1. "Где объект X?". Здесь могут задаваться как точные атрибутивные характеристики искомого объекта, так и определенный диапазон этих характеристик. В некоторых случаях может задаваться радиус и сектор поиска относительно центральной точки, иногда буферная зона другого объекта.

2. "Что есть этот объект?". Объект идентифицирован ("выбран") при помощи диалогового устройства - мыши или курсора. Система возвращает признаки объекта, например, уличный адрес, имя владельца, Производительность нефтяной скважины, высоту над уровнем моря и

3. "Суммировать признаки объектов в пределах расстояния Х или внутри/снаружи определенной зоны". Комбинирование двух предыдущих запросов и статистических операций. "Какой самый лучший маршрут?". Определение оптимального маршрута по различным критериям (минимальная стоимость, минимальное постороннее воздействие, максимальная скорость) между этими двумя и более точками.

5. Использование отношений между объектами, например, поиск нижележащих элементов или определение крутизны уклона для цифровых моделей рельефа.

Для большинства приложений ГИС система должна работать в режиме реального времени: максимальное время, позволенное для ответа— несколько секунд. При достаточно частых обращениях к системе на первое место выдвигаются уже чисто эргономические требования к интерфейсу пользователя - меню и пиктограммы должны быть предпочтены текстовым командам, которые утомительны при наборе. Имеются несколько типов интерфейсов пользователя:

1. Команда, которую пользователь набирает в командной строке, например, С >. Пользователь должен следить за определенным системой синтаксисом команд, используя точную запись и правила пунктуации. Однако в некоторых ГИС таких команд может быть более 1000, очень неудобно для неопытных пользователей. Интерактивная помощь может сократить потребность в знании всех правил и синтаксиса, особенно для редко используемых команд.

2. Меню. Пользователь выбирает пункт меню, отвечающий за проведение определенной функции. Пункт меню представляет выбор, который является единственно возможными в это время. Следствия выбора могут быть отображены в специальном списке около каждого пункта. Однако, сложные системы меню утомительны при их постоянном использовании и не обеспечивают гибкость команд.

3. Пиктографические меню. Эта форма меню использует символические изображения для доступности смысла команд и упрощения управления. Пользователь управляет системой, используя пиктограммы для выполнения наиболее часто встречающихся функций и обычное меню для остальных. Многие пользователи лучше воспринимают символические системы и быстрее осваивают ГИС.

4. Окна. Интерфейс ГИС должен использовать преимущества характера пространственных данных. Имеются два естественных способа доступа к пространственным данным - через пространственные объекты и через их признаки. Современные сложные системы используют несколько экранных окон для отдельного вывода текстовых и графических данных. Окна позволяют одновременно выводить на экран несколько видов одной карты, например, в полном охвате и в увеличенном изображении.

5. Национальный язык интерфейса. Очевидные преимущества при использовании национального языка в системах меню и интерактивной помощи проявляются немедленно. Резко возрастает как скорость освоения системы, так и полнота использования ее функциональных возможностей. Большинство производителей программного обеспечения ГИС в настоящее время продвигают на иноязычные национальные рынки (стандарт - английский язык) "адаптированные" версии своих продуктов.

Многие оболочки ГИС совмещают несколько подходов к организации среды управления системой, создавая комбинированный интерфейс как с обычным "выпадающим" меню, так и с набором блоков пиктографических меню. Иногда дополнительно используется и командная строка, причем распознавание многих команд производится по их сокращенному виду (первые два-три символа).

Развитие аппаратного обеспечения определяет и развитие других типов интерфейса. Сенсорные дисплеи позволят пользователю выбирать объект или отдавать команды простым прикосновением пальца или специального указателя к определенной области экрана. Для некоторых типов прикладных ГИС, работающих с крупномасштабными моделями рельефа, возможно внедрение технологий "виртуальной реальности" при моделировании земной поверхности и находящихся на ней пространственных объектов: зданий, деревьев и т. д.