Форматы данных ГИС

Источники, стандарты и форматы данных

Среди источников данных, используемых в прикладных ГИС, наиболее широко распространены картографические, аэрокосмические и статистические материалы. Для некоторых приложений, в частности, для агроэкологического мониторинга, могут быть использованы данные специально проводимых полевых исследований и съемок, а также литературные источники. Все исходные данные могут быть разбиты на две группы: цифровые и нецифровые (аналоговые), так как от формы данных зависят легкость, стоимость и точность ввода этих данных в цифровую среду ГИС.

Использование географических карт как источников данных для формирования тематических структур данных удобно и эффективно, так как они имеют территориальную привязку, не имеют разрывов территориальной целостности в пределах описываемого участка и в большинстве случаев уже частично формализованы для оцифровки.

Топографические и общегеографические карты различных масштабов в геоинформатике служат для двух целей - получения информации об указанных пространственных объектах и их привязки. Различные группы тематических карт также служат важным источником формирования специализированных баз данных - геологических, метеорологических, почвенных, геоботанических, ландшафтных, экономических, политических и т. д. Сюда же примыкают тематические космокарты, составленные по материалам космосъемок.

Оперативность получения исходных данных и постоянное обновление баз данных является основным требованием многих прикладных ГИС. Эта задача может быть решена за счет широкого использования данных дистанционного зондирования. Сегодня данные дистанционного зондирования наряду с традиционной картографической информацией составляют информационную основу ГИС-технологий. При этом происходит постоянное увеличение удельного веса данных дистанционного зондирования по сравнению с цифрованием имеющихся бумажных карт из-за все больших требований к актуальности и оперативности информации.

Качество, оперативность и доступность данных дистанционного зондирования зависит от целого ряда факторов и условий: типа сенсора, метода получения изображения, ориентации оси съемочного аппарата,

Количества и градаций фиксируемых спектральных диапазонов, геометрических особенностей получаемого изображения, количества фиксированных градаций яркости в каждом диапазоне, времени возможного повтора съемки.

Лучшие съемочные системы оптического диапазона позволяю получить снимки разрешением 1-2 м (камеры КВР-1000 (Россия)), однако эти данные малоинформативны с точки зрения задач Виза и оценки территориальных ресурсов и в настоящее время засекречены. Более предпочтительны снимки, сделанные многоспектральными камерами (МК-4 и КАТЭ-200 (Россия)) в различных диапазонах, в том числе ультрафиолетовом и инфракрасном. При разрешении 10-20 м этих систем позволяют улавливать границы зон с различной температурой, влажностью, густотой и типом растительного покрова.

Основным недостатком фотографических систем является недостаточная оперативность - необходимо ждать возврата пленки со спутника, а для использования в ГИС ее еще необходимо сканировать, поэтому наибольшее применение для целей оперативного монитора должны получить чисто цифровые съемочные системы – сканирования. Наиболее известны космические многозональные системы SPOT Швеция). LANDSAT, NOAA (США). Число спектральных зон, снимаемых цифровыми системами, колеблется от 1-3 (SPOT) до 7 LANDSAT. Уже спроектированы и в конце десятилетия будут запущены гиперспектральные съемочные системы (20 - 1024 спекторных канала). Такие системы могут проводить непрерывную съемку территории и передавать сигнал на наземные приемные станции в режиме реального времени. Для коммерческих заказчиков разработаны передвижные станции для приема и предварительной обработки сигнала с систем SPOT, LANDSAT и NOAA (радиус приема до 2500 км), разработана станция для приема сигнала со спутников серии Ресурс. Особого внимания заслуживают радарные снимки. Основным достоинством является независимость от времени суток и года, погодных условий (облачный покров совершенно прозрачен для радара). Радиоволны длины менее 10 см чувствительны к неровностям поверхности (разрешение 15 -50 м). Более длинные волны чувствительны к содержанию влаги, в некоторых случаях они способны проникать через поверхностные слои и давать информацию о подповерхностных явлениях. Высокая стоимость западных данных, засекреченность или отсутствие данных, переведенных в цифровую форму, для российских систем, полное отсутствие отечественных данных задерживает широкое внедрение методов дистанционного зондирования в практику ГИС в Украине. Сенсоры запущенного в 1995 г Национальным космическим агентством Украины спутника "Сечь-1" обеспечивают минимальное разрешение до 410 м, что совершенно недостаточно для большинства приложений ГИС. Поэтому в настоящее время наибольший интерес представляют авиационные аналоги космических систем, устанавливаемые на легких самолетах. Например, типичный набор такой аппаратуры включает четырехобъективную камеру с диапазонами съемки от 400 до -1000 нм, компьютер с ПО для управления процессом съемки и накопителем данных, GPS-приемник для привязки каждого снимка; Он обеспечивает пространственную точность до 0.5 м.

Конкретные реализации разнообразных структур данных приводят к множеству форматов представления, используемых в программных средствах ГИС. Большая часть этих форматов не является собственно "геоинформационными", поскольку были разработаны для нужд векторных систем автоматизированного проектирования (DXF для AUTOCAD, DGN для Microstation) или растровых графических редакторов (TIFF, PCX, GIF, PICT и др.). Другие форматы разработаны специально для программных средств ГИС, являясь зачастую национальными стандартами на цифровые представления пространственных данных (DLG для Геологической съемки США).

Необходимость работ в области стандартизации обмена пространственными данными уже давно была осознана ведущими разработчиками ПО ГИС. Коммерческие реализации предлагаемых ими стандартов уже начинают появляться в наиболее развитых программных продуктах, но об их повсеместном применении говорить еще рано. При разработке новых стандартов обмена основой является описание модели представления пространственной информации, которое представляет собой набор концепций и правил для определения типов данных и взаимоотношений между ними. Современные развитые стандарты стремятся включать возможно большее число моделей представления пространственной информации.

На базе стандартов пространственных моделей данных строятся спецификации обмена данными в различных предметных областях (ландшафтоведении, земельном кадастре), где определяются классификаторы информации, перечни объектного состава, структуры баз алфавитно-цифровой информации, системы условных знаков и другие элементы.

Важной проблемой является практическая реализация единого стандарта для пользователя. Спецификация стандарта должна описывать структуру файлов данных, протоколы обмена, определять наборы вызываемых функций и их параметров. На нынешнем этапе более предпочтительной является реализация стандарта на основе широко распространенных форматов файлов (DXF, DBF). На практике это должно представлять собой рекомендации по использованию таких форматов как описание структуры текстового файла с сопроводительной информацией. Пользователи также должны получить рекомендации для оценки применимости тех или иных данных в их системах.