Die Einführung von Informationssystemen in verschiedene Bereiche menschlichen Handelns findet ihren Platz im Bereich der Geodäsie und damit verbundenen Forschungsfeldern und anderen terrestrischen Bereichen. Parallel zur Entstehung und Entwicklung der Satellitengeodäsie boten Informationssysteme technologische, verwaltungstechnische, geologische, meteorologische, kartografische, verkehrstechnische und branchenübergreifende Möglichkeiten, die erforderlichen räumlichen Informationen mit einem bestimmten Genauigkeitsgrad zu erhalten.

Jedes geografische Informationssystem (GIS) ist im modernen Sinne in erster Linie ein Projekt, das auf wissenschaftlichen und praktischen Daten basiert und das Ziel hat, ein Endergebnis zu einem bestimmten Thema zu erzielen.

GIS ist eine Art neue Form der Geoforschung, die auf der Sammlung und Verarbeitung notwendiger Daten mit Methoden der Geodäsie, angewandten Mathematik und erstellten Computeranwendungen basiert.

Der Begriff „geografisches Informationssystem“ enthält drei grundlegende Wörter, die sein Wesen offenbaren.

Mit dem Wort „Geo“ werden alle Forschungs- und Forschungsobjekte im Inneren, in der Nähe und auf der Erdoberfläche assoziiert.

Die „Informations“-Komponente des Ausdrucks bezieht sich auf Methoden zur Verarbeitung und Umwandlung der empfangenen Informationen in das erforderliche digitale Grafikprodukt.

Das „System“ gilt als verbindendes Element, das dem Gesamtbild der Forschung Integrität verleiht und alle seine Elemente und Parameter in einer räumlichen Form vereint.

Geografische Informationssysteme können als Softwaretools betrachtet werden, die es ermöglichen, mit raumbezogenen Informationen zu arbeiten, mit einem Geobild, jedoch nicht mit einem einfachen Bild, sondern mit einem registrierten Bild. Der Prozess der Registrierung (Einrasten) umfasst bestimmte Aktionen, um Bilder auf eine bestimmte Weise in einem bestimmten Koordinatensystem auszurichten. Diese Möglichkeit wird im Gegensatz zu anderen Programmen als Hauptmerkmal von GIS angesehen.

Es verfügt außerdem über spezielle Werkzeuge, mit denen Sie eine gewöhnliche Karte in ein reales Modell einer vorhandenen Oberfläche umwandeln können. Irgendwann kam also die Idee auf, eine Karte mit Informationen zu kombinieren, das heißt, die Karte ist nicht sie selbst, sondern weist besondere Attribute (beschreibende Merkmale) auf, die nicht räumlich sind. Die Korrelation räumlicher Informationen mit nichträumlichen Informationen, deren Verknüpfung in einem einzigen System und die Schaffung von Analysetools führten zur Entstehung von GIS-Strukturen. Die Kombination von Positions- und Nicht-Positionsinformationen kann als das wichtigste Know-how von GIS-Konstruktionen angesehen werden.

Struktur des geografischen Informationssystems

Die Geoinformationsstruktur besteht aus vier Komponenten:

• Der erste Teil umfasst die Sammlung von Daten und Materialien aus verschiedenen primären Informationsquellen; es gibt positionelle (mit Koordinatenbezug) und nicht-positionelle (beschreibende, in Attributtabellen) Primärquellen;
• Der zweite Teil besteht darin, die erforderlichen Daten zu sammeln und auf Computermedien zu speichern.
• Der dritte Teil ist technologischer Natur und dient dazu, Daten auf verschiedene Weise zu systematisieren, zu beschreiben, zu vergleichen, hervorzuheben und vor allem zu analysieren.
• Der vierte Teil ist der resultierende Teil mit Schlussfolgerungen zu den Endergebnissen in den erforderlichen Formen gemäß den technischen Spezifikationen.

Chancen, die sich bei der Arbeit im GIS ergeben

Bei der Arbeit mit geografischen Informationssystemen können wir den Schluss ziehen, dass sie es uns ermöglichen, schnelle Antworten auf viele Fragen zu geben und optimale Entscheidungen in verschiedenen Bereichen menschlichen Handelns zu treffen, nämlich:

• Was ist in bestimmten Bereichen des Standorts?
• Wo befindet sich ein bestimmtes Objekt?
• Bewerten Sie die Dynamik von Änderungen in Zeit, Raum, Volumen usw.;
• Welche räumlichen Strukturen gibt es?
• Ermöglicht die Modellierung mit spezifischen technischen Entwurfsbedingungen (z. B. einem Kartogramm der Erdmassen)

Die Hauptfunktionalität von GIS-Anwendungen ist wie folgt:

• Registrierung von Geobildern;
• Erstellung neuer Geobilder (Vektorisierung);
• Erstellung von Datenbanken und deren statistische Aufbereitung;
• Analyse und Verarbeitung von Geodaten (Geoanalyse);
• Analyse nichträumlicher (Attribut-)Daten;
• Visualisierung und Kartierung;
• Datenspeicher.

Arten der geografischen Informationskonstruktion

Hervorzuheben ist die Möglichkeit, GIS nach verschiedenen Kriterien zu klassifizieren:

• Nach territorialer Basis (global, national, regional, territorial, lokal)
• Nach thematischer Grundlage (geologische, landwirtschaftliche, forstwirtschaftliche, meteorologische, städtische und andere)
• Nach funktionalen Merkmalen (multiskalig, raumzeitlich)

Perspektiven für die Entwicklung von Geoinformationsstrukturen

Als vielversprechende Bereiche für die Entwicklung der Geoinformationsordnung gelten derzeit:

• Erdfernerkundungsdaten (alles, was wir aus multispektralen Weltraumbildern unterschiedlicher Reichweite erhalten, Funkdaten von künstlichen Erdsatelliten);
• globale Positionierung (GPS-Technologie) mit GIS-Anwendungen im Kommunikationsbereich;
• Internet- und geografische Informationssysteme (Online-Speicherung von Informationen mithilfe von Cloud-Technologie, Suchmaschinen und anderen Portalen);
• GIS-Fernsehen;
• GIS2 (GIS, das sich selbst studiert).

Es ist ziemlich schwierig, dieses Phänomen eindeutig und kurz zu definieren. Das geografische Informationssystem (GIS) ist eine Gelegenheit für einen neuen Blick auf die Welt um uns herum. Ohne Verallgemeinerungen und Bilder ist GIS eine moderne Computertechnologie zur Kartierung und Analyse von Objekten in der realen Welt sowie von Ereignissen auf unserem Planeten. Diese Technologie kombiniert traditionelle Datenbankoperationen wie Abfragen und statistische Analysen mit den Vorteilen einer umfassenden Visualisierung und geografischen (räumlichen) Analyse, die eine Karte bietet. Diese Fähigkeiten unterscheiden GIS von anderen Informationssystemen und bieten einzigartige Möglichkeiten für seinen Einsatz bei einem breiten Spektrum von Aufgaben im Zusammenhang mit der Analyse und Vorhersage von Phänomenen und Ereignissen in der umgebenden Welt, wobei die Hauptfaktoren und Ursachen sowie deren Ursachen verstanden und hervorgehoben werden mögliche Konsequenzen, mit der Planung strategischer Entscheidungen und den weiteren Folgen der ergriffenen Maßnahmen.

Kartierung und geografische Analyse sind nicht ganz neu. Die GIS-Technologie bietet jedoch einen neuen, moderneren, effizienteren, bequemeren und schnelleren Ansatz zur Analyse von Problemen und zur Lösung von Problemen, mit denen die Menschheit im Allgemeinen und eine bestimmte Organisation oder Personengruppe im Besonderen konfrontiert sind. Es automatisiert das Analyse- und Prognoseverfahren. Vor dem Einsatz von GIS verfügten nur wenige über die Kunst, geografische Informationen zusammenzufassen und vollständig zu analysieren, um auf der Grundlage moderner Ansätze und Tools fundierte optimale Entscheidungen zu treffen.

GIS ist heute eine Multimillionen-Dollar-Industrie, an der Hunderttausende Menschen auf der ganzen Welt beteiligt sind. GIS wird in Schulen, Hochschulen und Universitäten gelehrt. Diese Technologie wird in fast allen Bereichen menschlichen Handelns eingesetzt – sei es bei der Analyse globaler Probleme wie Überbevölkerung, Landverschmutzung, Reduzierung der Waldflächen, Naturkatastrophen oder bei der Lösung bestimmter Probleme, wie der Suche nach der besten Route zwischen Punkten, Auswahl des optimalen Standorts für ein neues Büro, Suche nach Häusern an seiner Adresse, Verlegung einer Pipeline in der Umgebung, verschiedene kommunale Aufgaben.

Komponenten von GIS

Ein funktionierendes GIS besteht aus fünf Schlüsselkomponenten: Hardware, Software, Daten, Personen und Methoden.
Hardware. Dies ist der Computer, auf dem das GIS ausgeführt wird. Heutzutage werden GIS auf verschiedenen Arten von Computerplattformen betrieben, von zentralen Servern bis hin zu einzelnen oder vernetzten Desktop-Computern.

GIS-Software enthält die Funktionen und Werkzeuge, die zum Speichern, Analysieren und Visualisieren geografischer (räumlicher) Informationen erforderlich sind. Die Schlüsselkomponenten von Softwareprodukten sind: Tools zur Eingabe und Bearbeitung geografischer Informationen; Datenbankverwaltungssystem (DBMS oder DBMS); Werkzeuge zur Unterstützung räumlicher Abfragen, Analysen und Visualisierung (Anzeige); grafische Benutzeroberfläche (GUI oder GUI) für einfachen Zugriff auf Tools.

Daten. Dies ist wahrscheinlich die wichtigste Komponente eines GIS. Räumliche Standortdaten (geografische Daten) und zugehörige Tabellendaten können vom Benutzer selbst gesammelt und erstellt oder auf kommerzieller oder anderer Basis von Lieferanten erworben werden. Bei der Verwaltung räumlicher Daten integriert ein GIS räumliche Daten mit anderen Datentypen und -quellen und kann auch die DBMS nutzen, die von vielen Organisationen zum Organisieren und Verwalten ihrer Daten verwendet werden.

Darsteller. Eine flächendeckende Nutzung der GIS-Technologie ist ohne Menschen, die mit Softwareprodukten arbeiten und Pläne für deren Einsatz zur Lösung realer Probleme entwickeln, nicht möglich. GIS-Benutzer können sowohl technische Spezialisten sein, die das System entwickeln und warten, als auch normale Mitarbeiter (Endbenutzer), denen GIS bei der Lösung aktueller alltäglicher Angelegenheiten und Probleme hilft.

Methoden. Der Erfolg und die (auch wirtschaftliche) Effizienz des GIS-Einsatzes hängen weitgehend von einem ordnungsgemäß erstellten Plan und Arbeitsregeln ab, die entsprechend den spezifischen Aufgaben und Arbeiten jeder Organisation erstellt werden.

Wie funktioniert GIS?

Ein GIS speichert Informationen über die reale Welt als eine Reihe thematischer Ebenen, die basierend auf dem geografischen Standort aggregiert werden. Dieser einfache, aber sehr flexible Ansatz hat sich bei der Lösung einer Vielzahl realer Probleme bewährt: Verfolgung der Bewegung von Fahrzeugen und Materialien, detaillierte Kartierung realer Bedingungen und geplanter Aktivitäten sowie Modellierung der globalen atmosphärischen Zirkulation.

Alle geografischen Informationen enthalten Informationen über den räumlichen Standort, unabhängig davon, ob es sich um einen Verweis auf geografische oder andere Koordinaten oder um Verweise auf eine Adresse, eine Postleitzahl, einen Wahl- oder Volkszählungsbezirk, eine Land- oder Waldkennung, einen Straßennamen usw. handelt. Wenn solche Links zur automatischen Bestimmung des Standorts oder der Standorte der Merkmale verwendet werden, kommt ein Verfahren namens Geokodierung zum Einsatz. Mit seiner Hilfe können Sie schnell feststellen und auf der Karte sehen, wo sich das Objekt oder Phänomen befindet, an dem Sie interessiert sind, z. B. das Haus, in dem Ihr Freund lebt, oder die Organisation, die Sie benötigen, wo sich ein Erdbeben oder eine Überschwemmung ereignet hat und auf welcher Route ist es einfacher und schneller, an den gewünschten Punkt oder nach Hause zu gelangen.

Vektor- und Rastermodelle. GIS kann mit zwei deutlich unterschiedlichen Datentypen arbeiten – Vektor- und Rasterdaten. In einem Vektormodell werden Informationen über Punkte, Linien und Polygone kodiert und als Satz von X- und Y-Koordinaten gespeichert. Die Lage eines Punktes (Punktobjektes), beispielsweise eines Bohrlochs, wird durch ein Koordinatenpaar (X,Y) beschrieben. Lineare Features wie Straßen, Flüsse oder Pipelines werden als Sätze von X- und Y-Koordinaten gespeichert. Polygon-Features wie Flusswassereinzugsgebiete, Landparzellen oder Einzugsgebiete werden als geschlossener Koordinatensatz gespeichert. Das Vektormodell ist besonders nützlich für die Beschreibung diskreter Objekte und weniger geeignet für die Beschreibung sich ständig ändernder Eigenschaften wie Bodentypen oder Objektzugänglichkeit. Das Rastermodell eignet sich optimal für die Arbeit mit kontinuierlichen Eigenschaften. Ein Rasterbild ist eine Menge von Werten für einzelne Elementarkomponenten (Zellen), es ähnelt einer gescannten Karte oder einem gescannten Bild. Beide Modelle haben ihre Vor- und Nachteile. Moderne GIS können sowohl mit Vektor- als auch mit Rastermodellen arbeiten.

Probleme, die GIS löst. Ein Allzweck-GIS führt in der Regel fünf Datenaktivitäten (Aufgaben) aus, unter anderem: Eingabe, Bearbeitung, Verwaltung, Abfrage und Analyse sowie Visualisierung.

Eingeben. Für die Verwendung in einem GIS müssen die Daten in ein geeignetes digitales Format umgewandelt werden. Der Prozess der Umwandlung von Daten aus Papierkarten in Computerdateien wird als Digitalisierung bezeichnet. In modernen GIS lässt sich dieser Vorgang mithilfe der Scannertechnologie automatisieren, was besonders bei großen Projekten wichtig ist, oder bei kleinen Aufträgen die Dateneingabe über einen Digitalisierer durchführen. Viele Daten wurden bereits in Formate übersetzt, die für GIS-Pakete direkt verständlich sind.

Manipulation. Um ein bestimmtes Projekt abzuschließen, müssen häufig vorhandene Daten weiter geändert werden, um den Anforderungen Ihres Systems gerecht zu werden. Beispielsweise können geografische Informationen in unterschiedlichen Maßstäben vorliegen (Straßenmittellinien haben einen Maßstab von 1:100.000, Zählbezirksgrenzen haben einen Maßstab von 1:50.000 und Wohnimmobilien haben einen Maßstab von 1:10.000). Für die gemeinsame Verarbeitung und Visualisierung ist es bequemer, alle Daten in einem einzigen Maßstab darzustellen. Die GIS-Technologie bietet verschiedene Möglichkeiten, räumliche Daten zu bearbeiten und die für eine bestimmte Aufgabe erforderlichen Daten zu extrahieren.

Kontrolle. In kleinen Projekten können geografische Informationen als reguläre Dateien gespeichert werden. Mit zunehmender Informationsmenge und zunehmender Benutzerzahl ist es jedoch effektiver, Datenbankverwaltungssysteme (DBMS) zum Speichern, Strukturieren und Verwalten von Daten oder spezielle Computertools für die Arbeit mit integrierten Datensätzen (Datenbanken) zu verwenden ). In GIS ist es am bequemsten, eine relationale Struktur zu verwenden, in der Daten in Tabellenform gespeichert werden. In diesem Fall werden gemeinsame Felder zum Verknüpfen von Tabellen verwendet. Dieser einfache Ansatz ist recht flexibel und wird häufig in vielen GIS- und Nicht-GIS-Anwendungen verwendet.

Abfrage und Analyse. Wenn Sie über GIS und geografische Informationen verfügen, können Sie Antworten auf einfache Fragen (Wer ist der Eigentümer dieses Grundstücks? In welcher Entfernung voneinander befinden sich diese Objekte? Wo befindet sich dieses Industriegebiet?) und komplexere Fragen erhalten Fragen, die eine zusätzliche Analyse erfordern (Wo gibt es Orte für den Bau eines neuen Hauses? Was ist die Hauptbodenart unter den Fichtenwäldern? Wie wird sich der Bau einer neuen Straße auf den Verkehr auswirken?). Abfragen können entweder durch einfaches Klicken auf ein bestimmtes Objekt oder mithilfe erweiterter Analysetools eingestellt werden. Mithilfe von GIS können Sie Suchmuster identifizieren und festlegen sowie Szenarien wie „Was passiert, wenn …“ durchspielen. Moderne GIS verfügen über zahlreiche leistungsstarke Analysewerkzeuge, von denen zwei die bedeutendsten sind: die Näherungsanalyse und die Overlay-Analyse. Um die Nähe von Objekten relativ zueinander zu analysieren, verwendet GIS einen Prozess namens Pufferung. Es hilft bei der Beantwortung von Fragen wie: Wie viele Häuser befinden sich im Umkreis von 100 m um dieses Gewässer? Wie viele Kunden wohnen im Umkreis von 1 km um dieses Geschäft? Wie hoch ist der Anteil des Öls, das aus Bohrlöchern im Umkreis von 10 km um das Verwaltungsgebäude dieser Öl- und Gasproduktionsabteilung gefördert wird? Beim Overlay-Verfahren handelt es sich um die Integration von Daten, die sich in verschiedenen thematischen Ebenen befinden. Im einfachsten Fall handelt es sich um eine Kartierungsoperation, bei einer Reihe von Analyseoperationen werden jedoch Daten aus verschiedenen Schichten physikalisch kombiniert. Überlagerung oder räumliche Aggregation ermöglicht beispielsweise die Integration von Daten zu Böden, Neigung, Vegetation und Landbesitz mit Grundsteuersätzen.

Visualisierung. Bei vielen Arten räumlicher Operationen ist das Endergebnis eine Darstellung der Daten in Form einer Karte oder eines Diagramms. Eine Karte ist eine sehr effektive und informative Möglichkeit, geografische (räumlich bezogene) Informationen zu speichern, darzustellen und zu übertragen. Früher wurden Karten für Jahrhunderte erstellt. GIS bietet erstaunliche neue Werkzeuge, die die Kunst und Wissenschaft der Kartografie erweitern und voranbringen. Mit seiner Hilfe kann die Visualisierung der Karten selbst problemlos durch Berichtsdokumente, dreidimensionale Bilder, Grafiken und Tabellen, Fotos und andere Mittel, beispielsweise Multimedia, ergänzt werden.

Verwandte Technologien. GIS ist eng mit einer Reihe anderer Arten von Informationssystemen verbunden. Der Hauptunterschied liegt in der Fähigkeit, räumliche Daten zu manipulieren und zu analysieren. Obwohl es keine einheitliche allgemein anerkannte Klassifizierung von Informationssystemen gibt, soll die folgende Beschreibung dazu beitragen, GIS von Desktop-Mapping, CAD, Fernerkundung, Datenbankverwaltungssystemen (DBMS) und globaler Positionierungstechnologie (GPS) zu unterscheiden.

Desktop-Mapping-Systeme Verwenden Sie eine kartografische Darstellung, um die Benutzerinteraktion mit Daten zu organisieren. In solchen Systemen basiert alles auf Karten; die Karte ist eine Datenbank. Die meisten Desktop-Mapping-Systeme verfügen über begrenzte Datenverwaltungs-, räumliche Analyse- und Anpassungsfunktionen. Die entsprechenden Pakete funktionieren auf Desktop-Computern – PC, Macintosh und Low-End-UNIX-Workstations.

CAD-Systeme fähig zu Projektzeichnungen und Plänen von Gebäuden und Infrastruktur. Um sie zu einer einzigen Struktur zu kombinieren, verwenden sie eine Reihe von Komponenten mit festen Parametern. Sie basieren auf wenigen Regeln zur Kombination von Komponenten und haben nur sehr begrenzte analytische Funktionen. Einige CAD-Systeme wurden um die kartografische Darstellung von Daten erweitert, die darin verfügbaren Dienstprogramme ermöglichen jedoch in der Regel keine effiziente Verwaltung und Analyse großer räumlicher Datenbanken.

Fernerkundung und GPS. Unter Fernerkundung versteht man die Kunst und Wissenschaft der Messung der Erdoberfläche mithilfe von Sensoren wie verschiedenen Kameras an Bord von Flugzeugen, Empfängern globaler Positionierungssysteme oder anderen Geräten. Diese Sensoren sammeln Daten in Form von Bildern und bieten spezielle Verarbeitungs-, Analyse- und Visualisierungsfunktionen für die resultierenden Bilder. Mangels ausreichend leistungsfähiger Datenverwaltungs- und Analysetools sind die entsprechenden Systeme kaum als echte GIS einzuordnen.

Datenbankmanagementsystem Entwickelt für die Speicherung und Verwaltung aller Arten von Daten, einschließlich geografischer (räumlicher) Daten. DBMS sind für solche Aufgaben optimiert, daher verfügen viele GIS über integrierte DBMS-Unterstützung. Diese Systeme verfügen nicht über Tools zur Analyse und Visualisierung wie GIS.

Was kann GIS für Sie tun?

Führen Sie räumliche Abfragen durch und führen Sie Analysen durch. Die Fähigkeit von GIS, Datenbanken zu durchsuchen und räumliche Abfragen durchzuführen, hat vielen Unternehmen Millionen von Dollar gespart. GIS trägt dazu bei, die Zeit zu verkürzen, die für die Beantwortung von Kundenanfragen benötigt wird. Identifizieren Sie Bereiche, die für die erforderlichen Aktivitäten geeignet sind. Beziehungen zwischen verschiedenen Parametern identifizieren (z. B. Böden, Klima und Ernteerträge); Identifizieren Sie Orte von Stromversorgungsunterbrechungen. Immobilienmakler nutzen GIS, um beispielsweise alle Häuser in einem bestimmten Gebiet zu finden, die über Schieferdächer, drei Zimmer und 10-Meter-Küchen verfügen, und geben dann detailliertere Beschreibungen dieser Strukturen ab. Die Anfrage kann durch die Einführung zusätzlicher Parameter, beispielsweise Kostenparameter, verfeinert werden. Sie können eine Liste aller Häuser erhalten, die sich in einer bestimmten Entfernung von einer bestimmten Autobahn, einem Waldgebiet oder einem Arbeitsplatz befinden.

Verbessern Sie die Integration innerhalb der Organisation. Viele Organisationen, die GIS verwenden, haben herausgefunden, dass einer der Hauptvorteile darin liegt, dass sie die Verwaltung ihrer Organisation und ihrer Ressourcen verbessern können, indem sie vorhandene Daten geografisch aggregieren und sie auf koordinierte Weise zwischen verschiedenen Abteilungen teilen und ändern können. Durch die Möglichkeit, die Datenbank für verschiedene Struktureinheiten gemeinsam zu nutzen und ständig zu erweitern und zu korrigieren, können Sie die Effizienz sowohl jeder Einheit als auch der gesamten Organisation steigern. So kann ein Versorgungsunternehmen Reparatur- oder Wartungsarbeiten klar planen, von der Einholung vollständiger Informationen und der Anzeige relevanter Bereiche wie Wasserleitungen auf einem Computerbildschirm (oder auf Papierkopien) bis hin zur automatischen Identifizierung von Bewohnern, die von diesen Arbeiten betroffen sein werden Benachrichtigung über den Zeitpunkt erwarteter Abschaltungen oder Unterbrechungen der Wasserversorgung.

Treffen Sie fundiertere Entscheidungen. GIS bestätigt wie andere Informationstechnologien das bekannte Sprichwort, dass bessere Informationen zu besseren Entscheidungen führen. GIS ist jedoch kein Werkzeug zur Entscheidungsfindung, sondern ein Werkzeug, das dazu beiträgt, den Entscheidungsprozess zu beschleunigen und effizienter zu gestalten, indem es Antworten auf Abfragen und Funktionen zur Analyse räumlicher Daten bereitstellt und Analyseergebnisse visuell und einfach darstellt -Formular lesen. GIS hilft beispielsweise bei der Lösung solcher Probleme wie der Bereitstellung vielfältiger Informationen auf Anfrage von Planungsbehörden, der Lösung territorialer Konflikte, der Auswahl optimaler (aus verschiedenen Blickwinkeln und nach unterschiedlichen Kriterien) Standorten für die Platzierung von Objekten usw. Die Informationen Die für die Entscheidungsfindung erforderlichen Informationen können in prägnanter kartografischer Form mit zusätzlichen textlichen Erläuterungen, Grafiken und Diagrammen dargestellt werden. Die Verfügbarkeit von Informationen, die der Wahrnehmung und Verallgemeinerung zugänglich sind, ermöglicht es Entscheidungsträgern, ihre Bemühungen auf die Suche nach einer Lösung zu konzentrieren, ohne viel Zeit mit dem Sammeln und Analysieren der verfügbaren heterogenen Daten zu verbringen. Sie können schnell mehrere Lösungsoptionen in Betracht ziehen und die effektivste und effizienteste auswählen.

Karten erstellen. Karten nehmen im GIS einen besonderen Platz ein. Der Prozess der Kartenerstellung in GIS ist viel einfacher und flexibler als herkömmliche manuelle oder automatische Kartierungsmethoden. Es beginnt mit der Erstellung einer Datenbank. Als Quelle für die Gewinnung erster Daten kann auch die Digitalisierung herkömmlicher Papierkarten genutzt werden. GIS-basierte kartografische Datenbanken können kontinuierlich sein (nicht in separate Kacheln oder Regionen unterteilt) und keinem bestimmten Maßstab zugeordnet sein. Basierend auf solchen Datenbanken ist es möglich, Karten (in elektronischer Form oder in Papierform) für jedes Gebiet, in jedem Maßstab, mit der erforderlichen Auslastung, mit deren Auswahl und Anzeige mit den erforderlichen Symbolen zu erstellen. Die Datenbank kann jederzeit mit neuen Daten (z. B. aus anderen Datenbanken) aktualisiert und die vorhandenen Daten bei Bedarf angepasst werden. In großen Organisationen kann die erstellte topografische Datenbank als Grundlage für andere Abteilungen und Abteilungen genutzt werden, während ein schnelles Kopieren der Daten und deren Versand über lokale und globale Netzwerke möglich ist.

Geografisches Informationssystem oder einfach Geoinformationssysteme (GIS) sind Geodatenmanagement. Geodaten Dabei handelt es sich wiederum um Daten, die die Position von Objekten im Raum beschreiben, meist in Form einer zwei- oder dreidimensionalen Geometrie. Geografische Informationssysteme ermöglichen es Ihnen, mit Geodaten alles zu tun, was alle anderen Informationssysteme mit ihren Daten tun, nämlich: Sie bieten die Möglichkeit zum Hinzufügen, Löschen, Aktualisieren, Abfragen, Anzeigen, Analysieren usw.

Es gibt zwei Hauptformate für die Darstellung räumlicher Daten: in Form von Vektorgrafiken und in Form von Rastern:

Rastergrafiken Bei einem Rasterbild handelt es sich in der Regel um eine zweidimensionale Anordnung von Punkten, die jeweils durch eine andere Farbe dargestellt werden. Mit modernen GIS können Sie mit Rasterbildern nahezu aller Formate arbeiten, von BMP, PNG und JPEG bis hin zu TIFF/GeoTIFF. Rastergrafiken werden üblicherweise zur Gestaltung des „Hintergrunds“ einer digitalen Karte verwendet, auf dem bereits Vektorgeometrie angezeigt wird. Sie müssen nicht lange nach Beispielen suchen: Öffnen Sie Google Maps oder Yandex Maps und Sie werden dort eine riesige Anzahl von Rastern sehen. Auf diesen Karten wird nur sehr wenig in Form von Vektorgrafiken dargestellt, nämlich ein Straßendiagramm, Gebietsgrenzen und einige andere Objekte. Der unbestreitbare Vorteil von Rasterbildern auf digitalen Karten besteht darin, dass Sie mit relativ wenig Speicher eine große Menge räumlicher Informationen anzeigen können. Der Nachteil besteht darin, dass die Qualität des Bildes im Raster mit einer deutlichen Vergrößerung des Anzeigemaßstabs stark abnimmt. Daher werden für verschiedene Maßstäbe Raster mit unterschiedlicher territorialer Abdeckung und Auflösung verwendet, die sich gegenseitig ersetzen, wenn das Bild vergrößert und verkleinert wird . Sie können sehen, wie dies geschieht, wenn Sie mit denselben Google Maps- und Yandex-Karten arbeiten.

Vektorgrafiken– Dabei handelt es sich tatsächlich um Geometrie, die in Form von Koordinatensätzen dargestellt wird. Das Vektorgrafik-Präsentationsformat speichert das Bild selbst nicht – es wird „on the fly“ vom GIS-Rendering-Subsystem (Visualisierung) generiert, und daher ist die Bildqualität unabhängig vom aktuellen Maßstab immer hoch. Folgende Arten von vektoriellen Geodaten werden unterschieden:

• Punktgeometrie. Es wird in Fällen verwendet, in denen in einem bestimmten Maßstab einer elektronischen Karte nur der Standort eines Objekts wichtig ist. Typischerweise wird Punktgeometrie als Punkt auf einer Karte mit einer bestimmten Farbe dargestellt. In einigen GIS können Sie diesen Punkt jedoch durch ein Rasterbild oder ein Vektorsymbol wie einen Pfeil, ein Symbol oder ein Symbol ersetzen. Zusätzlich zu den Koordinaten eines Punktes kann die Punktgeometrie selbst durch ihre Ausrichtung auf einer Ebene oder im Raum weiter parametrisiert werden, was den Rotationswinkel des entsprechenden Symbols oder Icons auf der Karte bestimmt. Mit der Punktgeometrie können fast alle Objekte visualisiert werden, mit Ausnahme erweiterter Objekte, da alles vom Maßstab der Karte abhängt.


• Lineare Geometrie. Wird zur Darstellung von Objekten verwendet, bei denen es wichtig ist, ihre Ausdehnung (Länge) und lineare Konfiguration wiederzugeben. Zu diesen Objekten zählen Straßen, Flüsse (im kleinen Maßstab), Abschnitte von Gebietsgrenzen und andere ähnliche Objekte. Auch hier können in größeren Maßstäben dieselben Objekte bereits in Form flächenhafter Geometrie abgebildet werden.


• Flächengeometrie. Es wird verwendet, wenn alles wichtig ist: Standort, Länge und Fläche. Beispielsweise kann ein Grundstück mit einem Haus im kleinen Maßstab durch Punktgeometrie und im größeren Maßstab durch Flächen- und Liniengeometrie dargestellt werden. Flächengeometrie besteht nicht nur aus Polygonen, sondern auch aus Komplexen, die aus linearen Fragmenten und Bögen mit verschiedenen Radien bestehen und auch Löcher enthalten, die durch andere Polygone dargestellt werden.

Grundlagen von GIS und Informationsmodellierung

Vektor- und Rastergeometrie in GIS konkurrieren nicht miteinander, sondern erfüllen jeweils ihre eigenen Funktionen. Rastergrafiken werden verwendet, um eine grafische Darstellung einer elektronischen Karte zu entwerfen. Es erleichtert dem Benutzer die Navigation beim Anzeigen und Suchen nach Objekten auf der Karte, da das Gelände am häufigsten durch Luftaufnahmen des Gebiets dargestellt wird. Vektorgrafiken sind ein Mittel zur Darstellung von Objekten auf einer Karte, die im Kontext der aktuellen GIS-Konfiguration von Bedeutung sind – also Objekte, deren Daten vom Informationssystem verwaltet werden. Handelt es sich um einen Stadtplan, so werden Straßen, Häuser, Kunstbauten und andere städtische Infrastrukturobjekte meist in Form von Vektorgrafiken dargestellt. Handelt es sich dabei um Versorgungsnetze, beispielsweise Wasserversorgungsnetze oder Wärmenetze, so sind wesentliche Objekte in diesem Fall zusätzlich Rohrleitungsabschnitte, Umspannwerke, Anlagen etc.

Zu den Vorteilen von Vektorgrafiken gehört neben der oben erwähnten konstanten Bildqualität in jedem Maßstab die Möglichkeit, Objekte auf der Karte auszuwählen, ihre Darstellung mit integrierten GIS-Tools zu bearbeiten oder räumliche Abfragen für solche Daten durchzuführen.

Räumliche Abfrage ist eine strukturierte Abfrage räumlicher Daten, deren Kriterien Bedingungen sind, die mit den Koordinaten der Vektorgeometrie verknüpft sind. Sie können beispielsweise alle Objekte eines bestimmten Typs abfragen, die sich innerhalb eines bestimmten Umrisses befinden, eine bestimmte Grenze schneiden oder sich in einer bestimmten Entfernung von einem bestimmten Punkt befinden.

Jede nicht-grafische Information, die ein bestimmtes Objekt im System zusätzlich charakterisiert, kann auch mit Geodaten verknüpft werden. Darüber hinaus kann jedes Objekt eines Informationsmodells in einem GIS durch eine Reihe räumlicher Objekte und Mengen zugehöriger semantischer Attribute dargestellt werden, die dieses Objekt auf die gleiche Weise beschreiben, als ob es in einem nichtgrafischen System dargestellt würde. Nehmen wir an, wenn ein GIS ein DBMS zum Speichern seiner Daten verwendet, dann besteht der semantische Teil der Beschreibung von Objekten aus Datensätzen in Tabellen einer relationalen Datenbank. Beispiel: GIS verwaltet Daten des Gasleitungsnetzes. Das Objekt „Abschnitt der Gasleitung“ kann in diesem Fall durch lineare Geometriestrukturen dargestellt werden, um das Netzwerk in einem kleinen Kartenmaßstab anzuzeigen; Flächengeometrie für einen großen Maßstab und eine separate Tabelle zum Speichern von Länge, Radius, Material und anderen technischen Eigenschaften. Sehr oft sind strukturierte Abfragen von GIS-verwalteten Daten eine Symbiose aus traditionellen Datenbank- und räumlichen Abfrageparametern. Beispielsweise eine Anfrage zur Auswahl aller Abschnitte einer Gaspipeline mit einem bestimmten Radius in einem durch ein bestimmtes Polygon angegebenen Gebiet.

Sie können sich mit den Grundprinzipien der Informationsmodellierung vertraut machen, die auch für GIS gelten.

Woraus besteht ein Geoinformationssystem und wie funktioniert es?

Subsystem für die Arbeit mit räumlichen Datenspeichern. Es gibt GIS-Lösungen, die Datenbanken als Geodatenspeicher nutzen und mit einem DBMS interagieren. Es gibt Softwareprodukte, die Daten in Dateien ihres eigenen Formats speichern, und es gibt solche, die mit verschiedenen Quellen grafischer Informationen arbeiten können. Das Subsystem für die Arbeit mit Geodaten-Repositorien sind die GIS-Softwarekomponenten, die für die Herstellung von Verbindungen mit den Repositorien selbst und den Datenaustausch mit ihnen, auch über Netzwerkprotokolle, verantwortlich sind.

Modul zur Steuerung von Koordinatensystemen. Die Koordinaten, mit denen räumliche Daten in einem geografischen Informationsspeicher dargestellt werden, können entweder einem rechteckigen (kartesischen) oder einem auf der Basis eines Ellipsoiden aufgebauten geografischen Koordinatensystem entsprechen. Glaubte man früher, die Erde sei rund, so wird ihre Form in unserer Zeit durch eine ziemlich komplexe Figur beschrieben - Geoid. Die Oberfläche des Geoids fällt mit dem Wasserspiegel des Weltozeans zusammen, der sich bedingt unter den Kontinenten erstreckt. Ellipsoid ist wiederum der Ort der Punkte, die man durch Drehen des Geoids um seine Hauptachse erhält. Ich bin kein Spezialist für Geodäsie, daher werde ich nicht auf die Feinheiten der Konstruktion irdischer Koordinatensysteme eingehen, sondern meine Geschichte aus der Perspektive eines GIS-Benutzers fortsetzen. Das Koordinatensystem kann auch global (über das gesamte Erdgebiet) oder lokal sein – vorgesehen für die Positionierung innerhalb bestimmter Grenzen der Erdoberfläche. Es gibt lokale geografische Koordinatensysteme, die für ein bestimmtes Gebiet eine höhere Genauigkeit aufweisen als das Weltkoordinatensystem. Dies wird dadurch erreicht, dass solche Koordinatensysteme auf der Grundlage eines lokalen Ellipsoids erstellt werden, das unter den Bedingungen eines bestimmten Gebiets (im Vergleich zu seiner globalen Beschreibung) genauer ist. Rechteckige Koordinatensysteme sind ihrer Natur nach alle lokal, da der Fehler, der damit verbunden ist, dass die Erde nicht flach, sondern rund ist, nur in kleinen Bereichen die Erstellung relativ genauer Karten nicht beeinträchtigt. Der Koordinatenursprung solcher Koordinatensysteme wird willkürlich gewählt und sie werden für verschiedene Zwecke erstellt, unter anderem um eine Vorstellung von der relativen Position von Objekten zu bekommen, aber aus Sicherheitsgründen die Möglichkeit auszuschließen, ihre wahre Position zu erhalten ( Weltkoordinaten. Ein Beispiel für ein lokales Koordinatensystem ist das lokale Koordinatensystem der Stadt Moskau, das im Bereich des Hauptgebäudes der Moskauer Staatsuniversität Nullkoordinaten hat.

Das Koordinatensystem-Steuerungsmodul dient dazu, Punkte aus dem ursprünglichen Koordinatensystem des räumlichen Datenspeichers in ebene Koordinaten umzuwandeln, mit denen der Grafikkern des Betriebssystems arbeitet, sodass das Bild auf dem Bildschirm, Drucker und anderen Ausgabegeräten angezeigt werden kann . Dieses Modul ist auch für die Rücktransformation verantwortlich: Transformation der Koordinaten eines Punktes auf einer Ebene in die Koordinaten des Informationsspeichers (Welt- oder lokale Koordinaten). Die inverse Transformation wird beim Bearbeiten (Digitalisieren) von Geometrie mit GIS-Tools verwendet. Am häufigsten handelt es sich bei GIS um das Koordinatensystem WGS 84 (World Geodetic System), bei dem es sich um ein einziges Koordinatensystem für das gesamte Territorium des Planeten Erde handelt. Ein geografisches oder, wie es auch genannt wird, geozentrisches Koordinatensystem, wie z. B. WGS 84, ist ein ellipsoides Koordinatensystem, das die Koordinaten von Objekten relativ zum Massenschwerpunkt der Erde bestimmt. Geografische Koordinatensysteme unterscheiden sich voneinander durch die Form des ihnen zugrunde liegenden Ellipsoids. Der Satz von Transformationen, mit denen die Koordinaten eines geografischen Koordinatensystems in ein kartesisches Koordinatensystem umgewandelt werden, wird als Kartenprojektion bezeichnet. Mit anderen Worten, Kartenprojektion– ist eine Spiegelung (Entfaltung) eines Ellipsoids eines geografischen Koordinatensystems auf eine Ebene. Die am häufigsten verwendeten Projektionen sind die UTM-Projektion (Universal Transverse Mercator) und die Gauss-Kruger-Projektion (GK).

Legende oder Subsystem zum Einrichten der grafischen Darstellung. Jeder räumliche Datenspeicher wird durch eine Reihe von Vektor- und Rastergrafikobjekten dargestellt. In 2D-GIS werden einzelne Geodatenobjekte häufig als Ebenen bezeichnet, da das im elektronischen Kartenfenster erstellte Bild nacheinander erstellt wird: Das Anzeigesubsystem „zeichnet“ nacheinander jeden Objekttyp. Das Ergebnis der Bilderzeugung ist somit ein mehrschichtiges zweidimensionales Bild, bei dem jede nachfolgende Schicht über der vorherigen aufgetragen wird. Eine Legende ist das Hauptwerkzeug im GIS, mit dessen Hilfe nicht nur die Reihenfolge bestimmt wird, in der Objekte auf der Karte angezeigt werden (Reihenfolge der Ebenen), sondern auch die Parameter ihrer Anzeige (Farbe, Linienstärke, Beschriftung). Schriftart usw.). Mithilfe der Legende können einzelne Features in die Liste der angezeigten Ebenen auf der Karte aufgenommen oder daraus ausgeschlossen werden. Die Legende kann die Schichten beschreiben, die die vom Geodaten-Subsystem aus verschiedenen Verbindungen abgerufenen Features darstellen. Beispielsweise kombiniert eine Karte topografische Kartendaten (Geländedaten) aus einer Quelle und Versorgungsnetzdaten (Gaspipeline, Wärmenetz usw.) aus einer anderen Quelle.

Subsystem anzeigen. Ein wichtiger Parameter zum Einrichten der grafischen Darstellung räumlicher Daten ist nominaler Kartenmaßstab. Dies ist der Fall, wenn der Maßstab der Datenanzeige im elektronischen GIS-Kartenfenster dem Nennmaßstab entspricht, die Linienstärke, die Schriftgröße und andere Parameter den in der Legende angegebenen entsprechen und unter Bedingungen eines anderen Maßstabs dies der Fall sein kann Wenn der Benutzer sie leicht ändern kann, werden die Stärke der Linien und die Schriftgröße entsprechend vergrößert oder verkleinert. Somit ist der nominale Kartenmaßstab der Bezugspunkt für das Anzeigesubsystem. Das Prinzip, nach dem das Anzeigesubsystem eine grafische Darstellung räumlicher Daten erstellt, wird weitgehend durch die Legende einer bestimmten Karte bestimmt. Ein GIS-Arbeitsplatz kann aus einem ganzen Satz elektronischer Karten bestehen, die jeweils durch eine eigene Legende dargestellt werden.

Subsystem zur Bearbeitung räumlicher Daten. Dabei handelt es sich tatsächlich um eine Reihe von GIS-Benutzertools, mit denen Sie räumliche Daten bearbeiten können. Beim Zeichnen neuer oder Bearbeiten vorhandener Geometrie kommt es in der Regel darauf an, nacheinander Punkte auf der Karte anzuzeigen. Wenn diese Punkte ausgewählt werden, wandelt das Koordinatensystem-Steuermodul die Cursorkoordinaten auf dem Bildschirm in Punkte um, die dem Informationsspeicher-Koordinatensystem entsprechen. Moderne grafische Eingabesysteme ermöglichen bei der Angabe von Punkten auch das „Fangen“ an vorhandenen Daten, beispielsweise an den Ecken oder Mittelpunkten von Polyliniensegmenten, an der Punktgeometrie usw.

Subsystem zur räumlichen Datenanalyse. Dasselbe Subsystem, mit dem Sie räumliche Abfragen konfigurieren, ausführen und die Ergebnisse anzeigen können. Über die Legende werden auch die Parameter für die grafische Darstellung der Ergebnisse räumlicher Abfragen festgelegt.

Drucksubsystem. Eine Art Anzeigesubsystem zur Ausgabe von Fragmenten elektronischer Karten an einen Drucker oder Plotter (Plotter). Zu den zusätzlichen Funktionen des Drucksubsystems im Vergleich zum Subsystem zur Anzeige von Bildern auf dem Bildschirm gehört das Einrichten und Erzeugen einer grafischen Darstellung der Legende selbst auf dem Ausdruck sowie eines Symbols für Maßstab, Kompass und andere erforderliche Attribute für die Arbeit mit der Papierversion der Karte.

Geschäftslogik-Subsystem. Jede Software, die zur Konfiguration des Betriebs eines geografischen Informationssystems verwendet wird, um ein bestimmtes Anwendungsproblem oder eine Gruppe von Problemen zu lösen. Solche Tools können ein Subsystem zur Informationsmodellierung eines Fachgebiets, zur Integration mit anderen Informationssystemen und beispielsweise auf einem integrierten GIS erstellt werden und vieles mehr. Die Zusammensetzung des Geschäftslogik-Subsystems für verschiedene Softwareprodukte dieser Klasse kann sich erheblich unterscheiden oder ganz fehlen, da alles vom Zweck einer bestimmten Lösung abhängt.

Das berühmteste moderne GIS

Die bekanntesten Vertreter von GIS-Softwarekomponenten sind die Produkte dreier amerikanischer Unternehmen. Dazu gehören die Geomedia-Lösungsfamilie von Intergraph, die ArcGIS-Produkte von ESRI und die MapInfo-Tools von Pitney Bowes. In Russland sind aufgrund einer Reihe von Umständen die letzten beiden am beliebtesten, obwohl Geomedia in vielerlei Hinsicht ein universelleres und moderneres Produkt ist. Insbesondere ermöglichen Geomedia und Geomedia Professional dem Benutzer, direkt mit Geodaten verschiedener Formate (einschließlich ArcGIS- und MapInfo-Daten) zu arbeiten, ohne auf vorläufige Verfahren zu deren Konvertierung und Import zurückgreifen zu müssen, während konkurrierende Lösungen es vorziehen, nur mit ihren Datenformaten zu arbeiten.

P.S. Beispiele für den Entwurf von GIS-Subsystemen in C# im Kontext der Untersuchung eines objektorientierten Programmieransatzes, nämlich: Klassen für die Arbeit mit Vektorgrafiken, ein Subsystem für die Arbeit mit Geoinformationsspeicherung, die Architektur eines linearen Transformationsdienstes und einige andere werden in betrachtet ein Programmierkurs.