Выбор программы обработки гис. Программное обеспечение ГИС Географические информационные системы Тверской государственный университет

Геоинформационные системы с развитием интернет-технологий приобретают большое значение как для личного пользования, так и для предприятий большого масштаба. При этом ГИС сейчас обеспечиваются современными программными средствами. Техподдержка осуществляется с разных точек – начиная от программ для рисования и проектирования схем, заканчивая снимками со спутниковых тарелок.

GIS – что это такое

Аббревиатура расшифровывается как «географические информационные системы». Целью этих проектов является ряд действий с пространственными данными:

• их сбор путем фотографий с разных источников;
• хранение на разных носителях, аккумуляция и последующая передача;
• анализ, уточнение, корректировка изменений;
• двухмерная и трехмерная визуализация.

Обеспечивает развитие технологий наука геоинформатика – симбиоз географии и информатики.

Основные черты ГИС:

• работа с базой данных, постоянно пополняемой и обновляемой;
• пространственная 3D-карта, ее обзор.

Также к этому присоединяются дополнительные возможности, например:

• навигация (с определением местоположения);
• проложение пути;
• анализ земельных участков;
• БД для кадастровых инженеров и геодезистов.

Работа постоянно ведется и с растровыми, и с векторными источниками, а вся информация идет слоями по географической привязке.

Преимущества создания геоинформационных систем с помощью программного обеспечения

Вот плюсы использования GIS:

• большой аналитический ресурс;
• множество инструментов для обработки и использований сведений;
• легкое восприятие данных пользователей (наглядность изображения);
• автоматизированные сводки и отчеты по выбранным параметрам;
• расшифровка информации, полученной из аэро- и спутниковой съёмки;
• значительная экономия временных, денежных затрат и трудоресурсов из-за свободного доступа;
• возможность удаленного и оперативного создания 3D-модели любого объекта;
• автоматический ввод данных;
• сборка отчетов в виде таблиц или диаграмм;
• определение присутствия или отсутствия в рамках заданных координат построек;
• изучение геопространственных сведений – плотность населения, количества производственных зданий на процент жилых помещений и проч.

Геоинформационными системами пользуется широкий круг лиц, используя при этом компьютерные программы или приложения для гаджетов.

Пользователи:

• Кадастровые инженеры. Их сфера деятельности – обзор земельных участков, их анализ, кадастр, межевание земель, расположение границ, пересечений, решение спорных вопросов, составление актов, внесение в Росреестр.
• Предприниматели, владеющие сетями объектов – магазинов, автомобильных заправок, заводов или любых других точек со связью между ними. Это упрощает планирование, управление, а также планы на расширение или уменьшение системы.
• Инженерные изыскания: геологические, географические, экологические и другие. Специалисты получают возможность через программы ГИС создавать список участков и их особенностей в рельефе, ландшафте.
• Разработчики и проектировщики строений с начала или реконструкций зданий.
• Архитекторы.
• Картографы. GIS помогают создавать карты любых форматов на любые участки местности с большей или меньшей детализацией на различную тематику – маршрутизаторы, ландшафтные и проч.
• Штурманы и водители любого транспорта – наземного, воздушного, водного.
• Частные пользователи – все чаще обычные горожане пользуются электронными ресурсами для поиска пути.

Дополнительные сферы:

• Природоохранительные мероприятия – мониторинг экологии, управление ресурсами, всеми участками природы.
• Геология и добыча горной руды – разработка месторождений.
• Аналитика возможных чрезвычайных ситуаций.
• Войны и охранительные учреждения – разработка стратегии с электронными ресурсами становится легче.
• Сельское хозяйство.

МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СОЧИНСКИЙ ИНСТИТУТ

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ»

КАФЕДРА ФИЗИОЛОГИИ

РЕФЕРАТ ПО ГИС

НА ТЕМУ «ПРОГРАМНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГИС»

Выполнил:

студент 2 курса ОФО

группы Р-13 _________ Сафронов Е.А.

(подпись)

Научный руководитель:

асс. _________ Васильковская О.В.

(подпись)

Сочи, 2015г

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.

Программное обеспечение ГИС Существует некоторая путаница с термином ГИС. Этим словом обычно пользуются для обозначения следующих категорий: - специализированное программное обеспечение; - комплексные системы, включающие все виды обеспечения (методическое, программное, техническое и др.), присущие развитым информационным системам; - геоинформационные базы данных различного назначения на носителях цифровой информации; а иногда и аэро- и космические снимки, тематические карты и изображения, текстовые отчеты.

Рассмотрим подробнее категорию "специализированное программное обеспечение".

Основываясь на данных "Ассоциации развития рынка геоинформационных технологий и услуг" можно выделить несколько классов программного обеспечения, различающегося по своим функциональным возможностям и технологическим этапам обработки информации: - инструментальные ГИС; - ГИС-вьюверы; - средства обработки данных дистанционного зондирования; - векторизаторы растровых картографических изображений; - средства пространственного моделирования; - справочно-картографические системы.

Инструментальные ГИС Это в наибольшем числе случаев самодостаточный пакет, включающий такой набор функционала, который покрывает все стадии технологической цепочки: ввод - обработка-анализ - вывод результатов. Самые мощные представители этого класса именуются "full GIS" (полнофункциональная ГИС).

Наиболее известными представителями этого класса являются: - линия пакетов ARC/INFO компании ESRI, США (ARC/INFO, PC ARC/INFO, ArcCAD); - линия пакетов компании Intergraph, США; - SMALLWORLD (SmallWorld System, Великобритания); - MapInfo (MapInfo Corporation, США).

ГИС-вьюверы Это недорогие (по сравнению с full GIS), облегченные пакеты, с ограниченной возможностью редактирования данных, предназначенные в основном для визуализации и выполнения запросов к базам данных (в том числе и графическим), подготовленным в среде инструментальных ГИС. Большинство из них позволяют оформить и вычертить карту. Как правило, все разработчики полнофункциональных ГИС предлагают и ГИС-вьюверы: ArcView1 и 2 (ESRI, США), WinCAT(Simens Nixdorf, Германия).

Средства обработки данных дистанционного зондирования Материалы, получаемые в результате аэро- и космических съемок, требуют большой предварительной обработки, которая и производится с помощью продуктов этого класса.

Основные этапы обработки - предварительный (геометрическая и яркостная коррекции, составление мозаики из нескольких снимков); - тематический - классификация, построение цифровой модели рельефа (ЦМР), автоматическое выделение (распознавание, дешифрирование) объектов.

Для пользователя ГИС основная обработка - это проблемная, связанная в итоге с дешифрированием снимков. Самые известные представители: ERDAS Imagine, ER Mapper, серия продуктов Intergraph, TNT Mips.

Векторизаторы растровых картографических изображений Этот класс продуктов связан с вводом картографических данных. Поскольку основная аналитическая работа в ГИС-пакетах реализуется на векторной модели данных, то существует обширная группа задач по обработке отсканированных растровых картографических изображений. Векторизаторы - это ГИС-аналоги популярнейшего семейства OCR (FineReader, CuneiForm). В этом классе продуктов наблюдается бум у Российских разработчиков. Западные решения чрезмерно дороги и базируются исключительно на UNIX-машинах. Отечественные разработчики предлагают более 15 различных пакетов, функционирующих на разных платформах и по эффективности использования не уступающих зарубежным аналогам.

Среди них отметим: - SpotLight, Vectory (Consistent Software, Россия); - Easy Trace (Easy Trace Group, Россия); - MapEdit (АО "Резидент", Россия); - AutoVEC(IBS, Россия).

Средства пространственного моделирования Эти средства предназначены для решения задач моделирования пространственно-распределенных параметров. К этим задачам следует отнести: - обработку результатов полевых измерений; - построение 3-мерной модели рельефа; - построение моделей гидрографической сети и определение участков затопления; - расчет переноса загрязнения и т.д. Представители: - линия продуктов фирмы Eagle Point, США; - линия продуктов фирмы SOFTDESK, США.

Справочно-картографические системы Это закрытые (в отношении формата и адаптации) оболочки, содержащие простой механизм запросов и отображения. Пользователь, как правило, лишен возможности изменения данных. Представители этого класса ГИС-пакетов известны широкому кругу компьютерной общественности. Многие пользовались или видели электронную карту Москвы, разошедшуюся многотысячным тиражом благодаря системам СИТИ (ЭРМА Интернешнл), Модель Москвы (или МОМ, Nhsoft), M-CITY (ТОО "Макроплан"). Сейчас подготовлены карты Московской области, Санкт-Петербурга, Калининграда, Уфы, России.

Естественно, что эта классификация "не таблица Менделеева" в ГИС. Некоторые пакеты подпадают под несколько классов, другие предназначены для решения узкоспециальных задач (изыскания, гидрогеология и т.д.).

5. Перспективы Исследование рынка ГИС-технологий выходит за рамки этой статьи. Поэтому ограничусь тем, что в краткой форме перечислю факты, которые позволяют сделать вывод о том, что ГИС-технологии стоят на пороге массового применения. Уже началось ознакомление широких масс с элементами геоинформационных технологий. Так, ГИС-модулями оснащаются широко распространенные офисные пакеты (Excel, Lotus 1-2-3, CorelDRAW!). Новая модель notebook фирмы DELL (затем и других производителей) будет в стандартной конфигурации снабжаться приемником GPS, а значит, и программами отображения местоположения на карте. В этом году начнется серия запусков американских коммерческих спутников высокого разрешения. В течение ближайших 10 лет планируется запустить не менее 99 (!) систем такого типа. Обобщенные характеристики получаемых материалов: " цифровая съемочная аппаратура с разрешением уже у первых аппаратов 3 м в панхроматическом и 15 м в 4-зональном режиме съемки, а в будущем - 0,85 м и лучше; " время получения информации потребителем планируется иметь не хуже 48 часов с момента съемки, а в некоторых системах это время будет около 15 минут; " точность привязки может быть доведена до 10 см, то есть до точности, достаточной для составления карт масштаба 1:2000 - 1:5000; " повторяемость этих съемок около 24 часов; " по ценам эти снимки будут конкурировать с аэрофотосъемкой. Такая доступность высокоточных снимков очень напоминает эпизод из фильма "Игры патриотов" с Харисоном Фордом. В штабе ЦРУ при помощи спутниковых систем, как говорится, "в прямом эфире" наблюдают за операцией по уничтожению группы террористов, которая проводится на другом континенте.

Готовы ли мы к такой открытости? В очередной раз перед нами дилемма: или идти в ногу со всем цивилизованным миром, или ничего не менять в наших режимах (сейчас запрещены российские космические съемки с разрешением лучше 4 м) и возводить новый железный занавес.

6. Глобальная Система Позиционирования - GPS Вплоть до 90-х годов нашего столетия не было создано ни одной универсальной навигационной системы, лишенной серьезных недостатков. И только с появлением Глобальной Системы Позиционирования (GPS) произошли кардинальные изменения в этой области. Ядро этой сложнейшей технической системы, синтезировавшей огромное число важнейших научных и технологических достижений современной цивилизации, составляют 24 космических спутника. GPS действительно оправдывает свое название глобальной системы.

В любой точке на Земле и в околоземном пространстве, в любое время суток она обеспечивает решение любых задач, требующих определения местоположения и параметров движения.

США создали систему GPS, израсходовав 12 млрд. долл., и сегодня поддерживают ее в работоспособном состоянии с помощью специальных наземных станций слежения, обеспечивающих регулярное определение параметров движения спутников и коррекцию бортовой информации о собственных орбитах. Непрерывно передавая радиосигналы, космические спутники создают вокруг земного шара "информационное поле". Сигналы улавливаются специальными GPS-приемниками, которые и вычисляют местоположение своей антенны. Эта функция всегда первична в любой системе, базирующейся на GPS. В основу концепции GPS положена спутниковая дальнометрия. Это означает, что мы определяем координаты, занимаемой нами позиции путем измерения дальностей до нескольких космических спутников. При этом спутники играют роль прецизионных опорных точек. В настоящий момент эксплуатируется спутниковая навигационная система (СНС) NAVSTAR, развернутая Министерством обороны США и введенная в эксплуатацию в 1988 году. Все приемники, принимающие сигналы СНС NAVSTAR, принято называть GPS-приемниками. Несмотря на то, что эксплуатацию этой СНС, включая сеть контрольных станций, ведет МО США, ею разрешено пользоваться бесплатно всем гражданским организациям, но только с ограничением по точности определения координат (так называемый селективный доступ). Это обеспечивается путем зашумления радионавигационного сигнала используемого для измерений. Для точных измерений используется специальный дифференциальный метод. На Российском рынке различными государственными и многочисленными коммерческими организациями предлагаются GPS-оборудование большинства западных производителей: Ashtech Inc. (США), Geotronics AB (Швеция), Leica AG (Швейцария), Magellan (CША), Sercel (Франция), Trimble Navigation Ltd. (США).

Технология GPS Положение объекта на земле вычисляется по измеренному расстоянию до космического спутника. Для определения положения объекта нужно иметь результаты трех измерений. Расстояние до спутника определяется путем измерения времени прохождения радиосигнала от спутника до антенны GPS-приемника. Аппаратура спутников и приемники генерируют одинаковые псевдослучайные коды в одни и те же моменты времени. Время прохождения сигнала спутника определяется по задержке принятого кода относительно такого же кода, сформированного приемником. Основой точного измерения расстояния до спутников является прецизионный отсчет времени, что выполняется на спутниках благодаря использованию атомных часов. Приемники же не нуждаются в прецизионных часах, так как ошибки измерения компенсируются дополнительными тригонометрическими расчетами, для которых требуется измерение дальности до четвертого спутника.

Области применения GPS Число областей применения GPS-средств впечатляюще велико. Их можно систематизировать по содержанию основных задач. Практически все виды GPS-приемников обеспечивают: - определение трех текущих координат (долгота, широта и высота над уровнем моря); - определение трех составляющих скорости объекта; - определение точного времени с точностью не менее 0,1 с; - вычисление истинного путевого угла объекта; - прием и обработку вспомогательной информации.

Эти задачи являются основными. Различия в классах приемников начинаются там, где проявляются специфические требования, связанные с областью применения. Навигация подвижных объектов. Местоположение объекта определяется с точностью до нескольких десятков метров. Это очень высокая точность для большинства задач навигации. Кроме обычного использования на кораблях, самолетах и космических аппаратах GPS-средства сейчас применяют в системах слежения за передвижением высокоценных грузов, например инкассаторских машин (что уже реализовано для одного крупного российского банка). Измерение Земли и ее поверхности. Землеустроительные задачи, привязка и координирование строительных проектов, картография, дистанционное зондирование, геофизика, геология и др. Наиболее мощные средства геодезического назначения представляют собой не отдельные приемники, а целые измерительно-вычислительные комплексы. Они снабжены и линиями радиосвязи, и внешними компьютерами, и программами постпроцессорной обработки. Здесь точность измерений может доходить до долей сантиметра. Информационно-измерительные системы. Строятся на основе сочетания возможностей GPS и других технических средств, позволяет получить новые качества в решении старых задач.

При современной технологии производства интегральных схем GPS-приемники вскоре станут столь миниатюрными и дешевыми, что их сможет носить с собой каждый человек, а значит, определять в любое время, где он находится и "как отсюда выбраться". GPS-приемник станет новым "бытовым прибором", таким же привычным, как телефон. GPS позволяет "присвоить" уникальный адрес буквально каждому квадратному метру поверхности Земли, а это означает,что в ближайшем будущем мы престанем теряться и метаться в поисках нужного объекта.

7. Дистанционное зондирование

Наряду с традиционной картографической информацией, данные дистанционного зондирования (ДЗ) составляют информационную основу ГИС-технологий, и чем дальше, тем больше этот источник информации доминирует над традиционными картами. Этап "первоначального накопления", черпающий данные из фондов существующих бумажных карт, в достаточно близкой исторической перспективе закончится. И далее встанет во весь рост проблема обновления карт в ГИС.

Под дистанционным зондированием понимаются исследования неконтактным способом, различного рода съемки с летательных аппаратов - атмосферных и космических, в результате которых получается изображение земной поверхности в каком-либо диапазоне (диапазонах) электромагнитного спектра.

Какие бывают методы съемок? Обычно выделяют космические и аэросъемки. На самом деле, с точки зрения конечного пользователя, между ними большого и принципиального отличия нет. Да, это съемки с разных летательных аппаратов и с разных высот. Но и сами методы съемки, и основы устройств съемочных камер сегодня могут быть похожи и для космических и для аэросъемок. Представление о резком различии космических и аэросъемок родилось тогда, когда появились первые доступные снимки из космоса. Они были мелкомасштабными, захватывали одним кадром целые регионы (что действительно невозможно сделать с помощью аэросъемки), часто были многозональными (что было тогда мало привычно, хотя и возможно, для аэросъемки), наконец, именно через космические снимки систем LANDSAT TM и LANDSAT MSS широкие круги специалистов впервые познакомились с цифровыми ("сканерными") снимками. Да, такие космические мелкомасштабные съемки уникальны, поскольку позволяют охватить взглядом целый регион и выявить такие обобщенные особенности, которые при попытке воссоздания их по мелким фрагментам просто ускользают от изучения. Космических же снимков высокого разрешения наши, да и зарубежные массовые потребители практически не знали - о них только говорили как о легенде. Все с обеих сторон было сугубо военное. По поводу космических снимков заметим еще, что основной объем космических снимков сегодня и тем более завтра - это снимки с ИСЗ (искусственных спутников земли), а не с пилотируемых аппаратов.

По методу регистрации изображения можно подразделить на аналоговые и цифровые. Аналоговые системы - сегодня практически только фотографические системы. Системы с телевизионной регистрацией существуют, но за исключением некоторых специальных случаев их роль ничтожно мала. В фотографических системах все происходит примерно так же, как и в обычном фотоаппарате: изображение фиксируется на пленку, которая после приземления летательного аппарата или специальной спускаемой капсулы проявляется и сканируется для использования в компьютерных технологиях. Среди цифровых систем съемки можно выделить сканерные, то есть системы с линейно расположенным набором светочувствительных элементов и некоторой системой развертки, часто оптико механической, изображения на эту линейку. Все большее распространение получают также системы с плоскими двухмерными массивами светочувствительных элементов. И хотя в последнем случае никакой реальной развертки изображения, как в сканере, не происходит, такие цифровые системы иногда по традиции тоже именуют сканерами. Наконец, существуют еще радиолокационные системы, совсем по-особому устроенные. Сырые данные, получаемое с радара, еще далеко не изображение; его надо восстанавливать с помощью сложной обработки, специфической для конкретного типа радара. Соответствующее программное обеспечение, как правило, не распространяется на рынке, а является собственностью владельца и разработчика съемочной системы.

Радар - совершенно особый источник данных. В отличие от других, радар - активный сенсор. Он сам "освещает" снимаемый участок, поэтому время суток для радарных съемок роли не играет. Все цифровые системы съемки имеют преимущество перед фотографическими в отношении оперативности получаемых данных. Ведь в случае космических съемок они передаются на Землю по радиоканалу, и не надо ждать, пока аппарат израсходует весь запас пленки (а это может быть много тысяч кадров) и на Землю будет сброшена спускаемая капсула, пленка в ней будет проявлена и отсканирована. До недавнего времени было, однако, общепризнано, что цифровые системы уступают фотографическим в отношении разрешающей способности изображения - сегодня это уже не совсем так.

Понятие о Геоинформационной системе (ГИС)

Г еоинформационная система (ГИС) – это программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной и атрибутивной информации по объектам территории. Одна из основных функций ГИС – создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений (Берлянт, 2001). Основой любой информационной системы служат данные. Данные в ГИС подразделяются на пространственные, семантические и метаданные.

Пространственные данные – данные, описывающие местоположение объекта в пространстве. Например, координаты угловых точек здания, представленные в местной или любой другой системе координат. Семантические (атрибутивные) данные – данные о свойствах объекта. Например, адрес, кадастровый номер, этажность и прочие характеристики здания.

Как работает ГИС?

Каждому пространственному объекту соответствует запись в базе данных с набором атрибутивной информации

ГИС хранит информацию в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения

Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач

Вопрос 2

Геоинформационная технология - это современная область знаний, которая все еще развивается быстрыми темпами. В литературе встречается огромное количество разнообразных определений ГИС:

самые простые: "ГИС - компьютерная система, способная хранить и использовать данные, описывающие территории на поверхности Земли";

достаточно ограниченные: "ГИС - пакет программ..."

всеобъемлющие: "ГИС - одновременно телескоп, микроскоп, компьютер и ксерокс регионального анализа и синтеза".

Следовательно, можно предположить, что действительное определение не столь важно, как основные идеи, на которых зиждется геоинформационная технология:

· будучи "географической ", она содержит данные и концепции, которые связаны с пространственными распределениями;

· будучи "информационной ", она выражает данные, идеи или методы, обычно помогающие в принятии решения;

· будучи "системой ", она предполагает последовательность входов, процессов и выходов;

· три упомянутых выше пункта дают возможность работать на основе современных "высоких технологий".

ГИС - географическая информационная система.

Географическая - подразумевает работу с пространственными объектами, положение которых описывается системой координат, т. е. для ГИС характерны методы присущи географической науке, которая изучает и представляет закономерности присущие природным и антропогенным объектам в пределах географической оболочки земли. Географическая оболочка земли включает: лито - ,гидро - , био - , атмосферы – пределы проникновения жизни.

Информационная - как такого определения не существует. Это совокупность данных и знаний, которые подлежат обработке и представлению. С точки зрения ГИС особым видом информации является знание, определенным образом упорядоченных данных и предписаний по их использованию.

Система - определенным образом упорядоченная совокупность компонентов, образующих функциональное целое. Целостность - универсальное свойство системы, функциональное - значит предназначено для чего-то. Назначение ГИС - работа с пространственной информацией.

Вопрос

ГИС системы разрабатываются с целью решения научных и прикладных задач по мониторингу экологических ситуаций, рациональному использованию природных ресурсов, а также для инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, для принятия оперативных мер в условиях чрезвычайных ситуаций др.

ВИДЫ ГИС

Классифицировать ГИС можно на профессионального (рабочие станции и сетевая эксплуатация системы) и настольного типа (персональные компьютеры). Кроме того, классифицировать ГИС можно исходя из архитектурных принципов построения. Все ГИС принадлежат к трем типам архитектурам:

· закрытым;

· специализированным;

· открытым.

Открытые системы не имеют возможностей расширения , у них отсутствуют встроенные языки, не предусмотрено написание приложений, они будут выполнять только то, что выполняют на момент их покупки. В большинстве случаев закрытые системы вообще невозможно изменить, поэтому они имеют низкие цены и короткий жизненный цикл.

Специализированные системы предлагаются вместе с библиотекой приложений и строятся из определенного набора этих приложений, необходимого пользователю. В таких системах хорошо то, что вначале они требуют небольших вложений, но если вам потребуются новые возможности, цена на пополнение такой системы может быть непредсказуемо большой.

Открытые системы обычно имеют от 70 до 90% встроенных функций и на 10-30% могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Термин "открытые" системы означает открытость для пользователя, легкость приспособления, расширения, изменения, адаптацию к новым форматам, изменившимся данным, связь между существующими приложениями. Покупка таких ГИС сопряжена с минимальным риском столкнуться с трудностями при развитии решаемых задач в будущем. Открытые системы обычно дороги первоначально, но имеют большой жизненный цикл.

Программное обеспечение ГИС

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам.

Программные обеспечения ГИС делятся на пять основных используемых классов .

Первый наиболее функционально полный класс программного обеспечения - это инструментальные ГИС. Они могут быть предназначены для самых разнообразных задач: для организации ввода информации (как картографической, так и атрибутивной), ее хранения (в том числе и распределенного, поддерживающего сетевую работу), отработки сложных информационных запросов, решения пространственных аналитических задач (коридоры, окружения, сетевые задачи и др.), построения производных карт и схем (оверлейные операции) и, наконец, для подготовки к выводу на твердый носитель оригинал-макетов картографической и схематической продукции. Как правило, инструментальные ГИС поддерживают работу, как с растровыми, так и с векторными изображениями, имеют встроенную базу данных для цифровой основы и атрибутивной информации или поддерживают для хранения атрибутивной информации одну из распространенных баз данных: Paradox, Access, Oracle и др. Наиболее развитые продукты имеют системы run time, позволяющие оптимизировать необходимые функциональные возможности под конкретную задачу и удешевить тиражирование созданных с их помощью справочных систем.

Второй важный класс - так называемые ГИС-вьюверы, то есть программные продукты, обеспечивающие пользование созданными с помощью инструментальных ГИС базами данных. Как правило, ГИС-вьюверы предоставляют пользователю (если предоставляют вообще) крайне ограниченные возможности пополнения баз данных. Во все ГИС-вьюверы включается инструментарий запросов к базам данных, которые выполняют операции позицирования и зуммирования картографических изображений. Естественно, вьюверы всегда входят составной частью в средние и крупные проекты, позволяя сэкономить затраты на создание части рабочих мест, не наделенных правами пополнения базы данных.

Третий класс - это справочные картографические системы (СКС). Они сочетают в себе хранение и большинство возможных видов визуализации пространственно распределенной информации, содержат механизмы запросов по картографической и атрибутивной информации, но при этом существенно ограничивают возможности пользователя по дополнению встроенных баз данных. Их обновление (актуализация) носит цикличный характер и производится обычно поставщиком СКС за дополнительную плату.

Четвертый класс программного обеспечения - средства пространственного моделирования. Их задача - моделировать пространственное распределение различных параметров (рельефа, зон экологического загрязнения, участков затопления при строительстве плотин и другие). Они опираются на средства работы с матричными данными и снабжаются развитыми средствами визуализации. Типичным является наличие инструментария, позволяющего проводить самые разнообразные вычисления над пространственными данными (сложение, умножение, вычисление производных и другие операции).

Пятый класс, на котором стоит заострить внимание - это специальные средства обработки и дешифрирования данных зондирований земли. Сюда относятся пакеты обработки изображений, снабженные в зависимости от цены различным математическим аппаратом, позволяющим проводить операции со сканированными или записанными в цифровой форме снимками поверхности земли. Это довольно широкий набор операций, начиная со всех видов коррекций (оптической, геометрической) через географическую привязку снимков вплоть до обработки стереопар с выдачей результата в виде актуализированного топоплана.

Кроме упомянутых классов существует еще разнообразные программные средства, манипулирующие с пространственной информацией. Это такие продукты, как средства обработки полевых геодезических наблюдений (пакеты, предусматривающие взаимодействие с GPS-приемниками, электронными тахометрами, нивелирами и другим автоматизированным геодезическим оборудованием), средства навигации и ПО для решения еще более узких предметных задач (изыскания, экология, гидрогеология и пр).

Естественно, возможны и другие принципы классификации программного обеспечения: по сферам применения, по стоимости, поддержке определенным типом (или типами) операционных систем, по вычислительным платформам (ПК, рабочие Unix-станции) и т д.
Стремительный рост количества потребителей ГИС-технологий за счет децентрализации расходования бюджетных средств и приобщения к ним все новых и новых предметных сфер их использования.

Все многообразие ГИС по типу аппаратного обеспечения можно классифицировать на два класса :

Для эксплуатации на персональных компьютерах;

Для эксплуатации на рабочих станциях.

Персональные компьютеры

Программное обеспечение ГИС, созданное специально для персональных компьютеров - это, как правило, имеют учебный или справочно-информационный характер. Однако непосредственно персональный компьютер может использоваться как рядовая машина сети, на которой могут выполняться второстепенные задачи.

Базовые технические характеристики компьютеров в целом определяются основными структурными компонентами:

Микропроцессором, который управляет работой компьютера и выполняет все вычисления. В настоящее время наибольшее расспространение получили процессоры Pentium Intel, AMD, Cyrix. Быстродействие компьютера зависит от частоты используемого процессора - 166, 200 МГц;

· оперативной памятью, в которой располагаются программы, выполняемые компьютером в момент их работы, и используемые ими данные. От объема оперативной памяти сильно зависит быстродействие ГИС;

· контроллеры, которые управляют работой различных устройств компьютера (монитор, накопитель на магнитных и оптических дисках дисках и т.д.) и переферии (мышь, принтер, плоттер, сканер и т.д.).

На сегодняшний день можно рекомендовать следующую конфигурацию персонального компьютера для работы с ГИС - Pentium Intel 200 (процессор) / 64 MB (емкость оперативная память) / 2.5 GB (емкость жесткого диска) / 2MB (емкость видеопамяти) / 17"" SVGA (размер диагонали цветного монитора).

Рабочие станции

Рабочая станция - это гораздо мощный компьютер, отличительной особенность которого является возможность подключения большого количества менее мощных персональных компьютеров. Поскольку функционирование большинства ГИС связано с манипулированием графикой высокого качества, что требует огромных ресурсов по объему памяти и скорости работы, то рабочие станции в ГИС-технологиях получили наибольшее распространение. Базовые технические характеристики рабочих станций также определяются основными структурными компонентами: процессором, видеосистемой, системным интерфейсом.

Похожая информация.

Рассмотрим некоторые вопросы этапа кодирования программного обеспечения.

Программа (program, routine) – последовательность команд и данных к ним, которые предназначены для управления конкретными компонентами системы обработки данных в целях реализации определенного алгоритма.

Программное обеспечение (ПО, software) – совокупность программ системы и программных документов, необходимых при эксплуатации этих программ. Различают системное и прикладное программное обеспечение.

Системное ПО (system software) включает программы, необходимые для согласования работы всего вычислительного комплекса при решении различных задач, а также при разработке новых программ.

Прикладное ПО (application software) разрабатывается и используется для решения конкретных задач пользователей ЭВМ.

ПО ГИС (GIS software) поддерживает тот или иной набор функциональных возможностей ГИС и включает специализированные программные средства, такие как:

Универсальные полнофункциональные ГИС (full GIS);

Инструментальные ГИС (GIS software tools);

Картографические визуализаторы (map viewer);

Картографические браузеры (map browser);

Средства настольного картографирования (desktop mapping);

Информационно-справочные системы (help-desk system).

Кроме того, существуют специальные программные средства, обслуживающие отдельные функциональные группы:

Конвертирование форматов;

Оцифровку;

Векторизацию;

Создание и обработку цифровых моделей рельефа;

Взаимодействие с системами спутникового позиционирования.

Комплект поставки программного обеспечения ГИС может включать отдельные функциональные модули, приобретаемые и используемые в наборе, обеспечивающем решение задач.

В комплексе с ПО ГИС используются такие программные продукты как:

Настольные издательские пакеты (Adobe Page Maker, Quark Xpress, Adobe InDesign);

Пакеты статистического анализа (Statistica);

Системы управления базами данных (MS Access, Oracle, DBase);

Системы автоматизированного проектирования (AutoCAD);

Электронные таблицы (MS Excel);

Средства цифровой обработки изображений (Adobe Photoshop).

ПО для разработки ГИС можно разделить на три группы:

1. Системы с широкими возможностями, включающими ввод данных, хранение, сложные запросы, пространственный анализ, вывод данных. Такие системы имеют собственные языки программирования, которые позволяют расширять данную систему функциями пользователей (ArcInfo). Разработку такой системы можно сравнить с разработкой обычных программ под конкретную операционную систему. Только в данном случае в роли операционной системы будет выступать инструментальная ГИС, а в роли программы – новые функции разработчиков, которыми эта ГИС будет дополнена.

2. Программные компоненты или библиотеки, которые содержат в себе ряд полезных функций (MapObjects, GeoConstructor). Используя эти функции и ПО из третьей группы, разработчики могут создать новую систему, которая будет функционировать в операционной системе, под которую она разрабатывалась.

3. Среды разработки ПО на различных языках программирования (C++, Basic, Delphi). Используя их, разработчик может часть работы в новой системе переложить на программные компоненты и библиотеки из второй группы, а может создать абсолютно новую систему без привлечения дополнительных вспомогательных средств.

ArcGIS -- семейство программных продуктов американской компании ESRI, одного из лидеров мирового рынка геоинформационных систем. ArcGIS построена на основе технологий COM, .NET, Java, XML, SOAP. Новейшая версия -- ArcGIS 10.

Рис.3.1

ArcGIS позволяет визуализировать (представить в виде цифровой карты) большие объёмы статистической информации, имеющей географическую привязку. В среде создаются и редактируются карты всех масштабов: от планов земельных участков до карты мира.

Также в ArcGIS встроен широкий инструментарий анализа пространственной информации.

ArcGis используется в самых различных областях:

• · Земельный кадастр, землеустройство
• · Учёт объектов недвижимости (см.: АИС учёта объектов недвижимости, ИСОГД)
• · Инженерные коммуникации
• · МВД и МЧС
• · Телекоммуникации
• · Нефть и газ
• · Экология
• · Государственная пограничная служба
• · Транспорт
• · Лесное хозяйство
• · Водные ресурсы
• · Дистанционное зондирование
• · Геология и недропользование
• · Геодезия, картография, география
• · Бизнес
• · Торговля и услуги
• · Сельское хозяйство
• · Образование
• · Туризм

Данное программное обеспечение используется для всех видов компьютеров: настольных (ArcView, ArcEditor, ArcInfo), серверных(ArcGIS Server, ArcSDE) и карманных (ArcPad).

Intergraph GeoMedia

GeoMedia -- это ГИС-технология из семейства ГИС-продуктов.

Технология GeoMedia является архитектурой ГИС нового поколения, позволяющая работать напрямую без импорта/экпорта одновременно с множеством пространственных данных в различных форматах. Это достигается применением специальных компонентов доступа к данным -- Intergraph GeoMedia Data Server.

Рис.3.2

На сегодняшний день пользователям GeoMedia доступны компоненты для всех основных индустриальных форматов хранилищ цифровых картографических данных: ArcInfo, ArcView, ASCII, AutoCAD, FRAMME, GeoMedia, GML, MapInfo, MGE, MicroStation, Oracle Spatial и др., включая растровые, табличные и мультимедийные данные. При этом пользователи могут разработать собственный GeoMedia Data Server на основе шаблона для произвольного формата. Компоненты Intergraph GeoMedia Data Server позволяют на одной карте увидеть и одновременно проанализировать данные из произвольного количества источников, хранящихся в разных форматах, системах координат, имеющие различную точность.

Такой подход позволяет сохранить инвестиции в уже существующие ГИС-решения, одновременно с этим перейдя на новый уровень интеграции информационных ресурсов предприятия. Семейство продуктов GeoMedia включает две базовые линейки продуктов -- настольные и серверные, плюс дополнительные прикладные модули.

GeoMedia является прообразом первой версии международных стандартов в области ГИС, разрабатываемых Open GIS Consortium и, одновременно, является первой реализацией этих стандартов.

Intergraph GeoMedia - программное средство для получения, отображения и анализа географических данных из различных информационных систем. Используется на удаленных клиентских местах как универсальное средство доступа к традиционным ГИС, таким как MGE и FRAMME.

GeoMedia является одновременно настольной системой и средством для разработки собственных специализированных приложений. Кроме того, в GeoMedia встроены средства по компоновке карт, недоступные в других существующих ГИС.

Основные функции:

• · Полный доступ к данным ГИС-проектов MGE, FRAMME (Intergraph), ESRI (ARC/Info), ESRI (ARC/View), MapInfo, файлам Bentley/MicroStation и AutoCAD.
• · Пространственный анализ
• · Полная интеграция географических данных из различных ГИС
• · Настройка под требования пользователя
• · Преобразования координат
• · Отображение растровых файлов, поддержка различных форматов
• · Построение буферных зон
• · Построение тематических карт, символизация, размещение меток.
• · Работа с Oracle SDO.