Informacinių sistemų diegimas į įvairias žmogaus veiklos sritis atsiduria geodezijos ir su ja ir kitose antžeminėse srityse susijusiose tyrimų srityse. Lygiagrečiai besivystant ir vystantis palydovinei geodezijai, informacinės sistemos suteikė technologines, valdymo, geologines, meteorologines, kartografines, transporto, daugiašakes galimybes gauti reikiamą tam tikro tikslumo erdvinę informaciją.

Bet kokia geografinė informacinė sistema (GIS), šiuolaikine prasme, pirmiausia yra projektas, pagrįstas moksliniais ir praktiniais duomenimis, siekiant gauti galutinį rezultatą tam tikra tema.

GIS – tai savotiška nauja geotyrimo forma, pagrįsta reikalingų duomenų rinkimu ir apdorojimu geodezijos, taikomosios matematikos ir sukurtomis kompiuterinėmis programomis metodais.

Frazėje „geografinė informacinė sistema“ yra trys pagrindiniai žodžiai, atskleidžiantys jos esmę.

Žodis „geo“ siejamas su visais tyrinėjimo ir tyrimų objektais žemės paviršiuje, šalia ir ant jo.

Frazės „informacijos“ komponentas yra susijęs su gautos informacijos apdorojimo ir konvertavimo į būtiną skaitmeninį grafinį produktą metodais.

„Sistema“ laikoma jungiamuoju komponentu, kuris suteikia vientisumą visam tyrimo vaizdui ir sujungia visus jos elementus bei parametrus į erdvinę formą.

Geografinės informacinės sistemos gali būti laikomos programiniais įrankiais, leidžiančiais dirbti su erdviškai susijusia informacija, su geovaizdu, bet ne su paprastu vaizdu, o kuris yra registruotas. Registracijos (užfiksavimo) procesas apima tam tikrus veiksmus, skirtus vaizdams konkrečiu būdu orientuoti tam tikroje koordinačių sistemoje. Būtent ši galimybė, skirtingai nuo kitų programų, laikoma pagrindine GIS savybe.

Jame taip pat yra specialių įrankių, leidžiančių įprastą žemėlapį paversti tikru esamo paviršiaus modeliu. Taigi tam tikru momentu kilo mintis sujungti žemėlapį su informacija, tai yra, žemėlapis nėra jis pats, o turi specialių atributų (aprašomųjų charakteristikų), kurie yra neerdviniai. Erdvinės informacijos koreliavimas su neerdvine informacija, susiejimas į vieną sistemą ir analizės priemonių kūrimas lėmė GIS struktūrų atsiradimą. Pagrindine GIS konstrukcijų know-how galima laikyti pozicinės ir nepozicinės informacijos derinį.

Geografinės informacinės sistemos struktūra

Geoinformacinė struktūra susideda iš keturių komponentų:

• Pirmoji dalis apima duomenų ir medžiagos rinkimą iš įvairių pirminių informacijos šaltinių; yra poziciniai (su koordinačių nuoroda) ir nepoziciniai (aprašomieji, atributų lentelėse) pirminiai šaltiniai;
• Antroji dalis susideda iš reikiamų duomenų atrinkimo ir saugojimo kompiuterinėse laikmenose;
• Trečioji dalis – technologinė, skirta duomenims įvairiais būdais sisteminti, aprašyti, lyginti, išryškinti, o svarbiausia analizuoti;
• Ketvirtoji dalis yra gauta, su galutinių rezultatų išvadomis reikiamomis formomis pagal technines specifikacijas.

Galimybės, kurios atsiranda dirbant GIS

Dirbdami su geografinėmis informacinėmis sistemomis galime daryti išvadą, kad jos leidžia greitai atsakyti į daugelį klausimų ir priimti optimalius sprendimus įvairiose žmogaus veiklos srityse, būtent:

• Kas yra tam tikrose vietovės srityse?
• Kur yra konkretus objektas?
• Įvertinti laiko, erdvės, tūrio ir tt pokyčių dinamiką;
• kokios erdvinės struktūros egzistuoja?
• Leidžia modeliuoti konkrečiomis techninėmis projektavimo sąlygomis (pavyzdžiui, žemės masių kartograma)

Pagrindinės GIS programų funkcijos yra šios:

• Geovaizdų registravimas;
• Naujų geovaizdų kūrimas (vektorizavimas);
• Duomenų bazių kūrimas ir statistinis jų apdorojimas;
• Erdvinių duomenų analizė ir apdorojimas (geoanalizė);
• Neerdvinių (atributinių) duomenų analizė;
• Vizualizacija ir kartografavimas;
• Duomenų saugykla.

Geografinės informacijos konstravimo rūšys

Verta pabrėžti galimybę klasifikuoti GIS pagal skirtingus kriterijus:

• Pagal teritorinį pagrindą (pasaulinis, nacionalinis, regioninis, teritorinis, vietinis)
• Pagal temą (geologinis, žemės ūkio, miškininkystės, meteorologinis, urbanistinis ir kt.)
• Pagal funkcines charakteristikas (daugialypis, spatiotemporal)

Geoinformacinių struktūrų plėtros perspektyvos

Šiuo metu perspektyviomis geoinformacinės tvarkos kūrimo sritimis laikomos šios:

• žemės nuotolinio stebėjimo duomenys (viskas, ką gauname iš kosminių įvairių diapazonų multispektrinių vaizdų, radijo duomenų iš dirbtinių žemės palydovų);
• pasaulinė padėties nustatymas (GPS technologija) su GIS programomis ryšio erdvėje;
• Interneto ir geografinės informacinės sistemos (informacijos saugojimas internete naudojant debesų technologijas, paieškos sistemas, kitus portalus);
• GIS televizija;
• GIS2 (GIS, kuri tiria save).

Gana sunku vienareikšmiškai, trumpai apibrėžti šį reiškinį. Geografinė informacinė sistema (GIS) – tai galimybė naujai pažvelgti į mus supantį pasaulį. Be apibendrinimų ir vaizdų, GIS yra moderni kompiuterinė technologija, skirta objektams realiame pasaulyje, taip pat mūsų planetoje vykstantiems įvykiams sudaryti ir analizuoti. Ši technologija sujungia tradicines duomenų bazių operacijas, tokias kaip užklausa ir statistinė analizė, su turtingos vizualizacijos ir geografinės (erdvinės) analizės, kurią suteikia žemėlapis, pranašumais. Šios galimybės išskiria GIS iš kitų informacinių sistemų ir suteikia unikalių galimybių ją panaudoti atliekant įvairiausias užduotis, susijusias su reiškinių ir įvykių aplinkiniame pasaulyje analize ir prognozavimu, suprantant ir išryškinant pagrindinius veiksnius ir priežastis, taip pat jų priežastis. galimas pasekmes, planuojant strateginius sprendimus ir vykdomų veiksmų einamąsias pasekmes.

Žemėlapių sudarymas ir geografinė analizė nėra visiškai naujiena. Tačiau GIS technologija suteikia naują, modernesnį, efektyvesnį, patogesnį ir greitesnį būdą analizuoti ir spręsti problemas, su kuriomis susiduria žmonija apskritai, o konkrečiai – konkrečiai organizacijai ar žmonių grupei. Tai automatizuoja analizės ir prognozavimo procedūrą. Prieš pradedant naudoti GIS, tik nedaugelis turėjo meną apibendrinti ir visapusiškai išanalizuoti geografinę informaciją, kad galėtų priimti pagrįstus optimalius sprendimus, pagrįstus šiuolaikiniais metodais ir įrankiais.

GIS dabar yra kelių milijonų dolerių vertės pramonė, apimanti šimtus tūkstančių žmonių visame pasaulyje. GIS mokoma mokyklose, kolegijose ir universitetuose. Ši technologija naudojama beveik visose žmogaus veiklos srityse – ar tai būtų analizuojant tokias globalias problemas kaip gyventojų perteklius, žemės tarša, miško žemių mažinimas, stichinės nelaimės, ar sprendžiant konkrečias problemas, pavyzdžiui, ieškant geriausio maršruto tarp taškų, optimalios vietos naujam biurui parinkimas, namų paieška jo adresu, vamzdyno nutiesimas teritorijoje, įvairūs savivaldybės darbai.

GIS komponentai

Veikiančią GIS sudaro penki pagrindiniai komponentai: aparatinė įranga, programinė įranga, duomenys, žmonės ir metodai.
Aparatūra. Tai kompiuteris, kuriame veikia GIS. Šiandien GIS veikia įvairių tipų kompiuterių platformose – nuo ​​centralizuotų serverių iki individualių ar tinkle sujungtų stalinių kompiuterių.

GIS programinėje įrangoje yra funkcijų ir įrankių, reikalingų geografinei (erdvinei) informacijai saugoti, analizuoti ir vizualizuoti. Pagrindiniai programinės įrangos produktų komponentai yra šie: geografinės informacijos įvedimo ir manipuliavimo įrankiai; duomenų bazių valdymo sistema (DBVS arba DBVS); įrankiai, skirti palaikyti erdvines užklausas, analizę ir vizualizaciją (rodyti); grafinė vartotojo sąsaja (GUI arba GUI), leidžianti lengvai pasiekti įrankius.

Duomenys. Tai bene svarbiausias GIS komponentas. Erdvinius vietos duomenis (geografinius duomenis) ir susijusius lentelių duomenis vartotojas gali rinkti ir sudaryti pats arba įsigyti iš tiekėjų komerciniais ar kitais pagrindais. Tvarkydamas erdvinius duomenis, GIS integruoja erdvinius duomenis su kitais duomenų tipais ir šaltiniais, taip pat gali naudoti daugelio organizacijų naudojamas DBVS tvarkyti ir prižiūrėti turimus duomenis.

Atlikėjai. Plačiai paplitęs GIS technologijos naudojimas neįmanomas be žmonių, kurie dirba su programinės įrangos produktais ir kuria planus, kaip juos panaudoti sprendžiant realias problemas. GIS vartotojais gali būti tiek technikos specialistai, kuriantys ir prižiūrintys sistemą, tiek paprasti darbuotojai (galutiniai vartotojai), kuriems GIS padeda spręsti aktualius kasdienius reikalus ir problemas.

Metodai. GIS naudojimo sėkmė ir efektyvumas (taip pat ir ekonominis) labai priklauso nuo tinkamai parengto plano ir darbo taisyklių, kurios sudaromos atsižvelgiant į konkrečias kiekvienos organizacijos užduotis ir darbą.

Kaip veikia GIS?

GIS saugo informaciją apie realų pasaulį kaip teminių sluoksnių rinkinį, kuris yra apibendrintas pagal geografinę vietą. Šis paprastas, bet labai lankstus metodas įrodė savo vertę sprendžiant įvairias realaus pasaulio problemas: transporto priemonių ir medžiagų judėjimo sekimą, detalų realių sąlygų ir planuojamos veiklos žemėlapių sudarymą bei globalios atmosferos cirkuliacijos modeliavimą.

Visoje geografinėje informacijoje yra informacija apie erdvinę vietą, nesvarbu, ar tai nuoroda į geografines ar kitas koordinates, ar nuorodas į adresą, pašto kodą, rinkimų ar surašymo apygardą, žemės ar miško identifikatorių, kelio pavadinimą ir kt. Kai tokios nuorodos naudojamos automatiškai nustatyti objekto (-ių) vietą ar vietas, naudojama procedūra, vadinama geokodavimu. Su jo pagalba galite greitai nustatyti ir žemėlapyje pamatyti, kur yra jus dominantis objektas ar reiškinys, pvz., namas, kuriame gyvena jūsų draugas ar jums reikalinga organizacija, kur įvyko žemės drebėjimas ar potvynis, koks maršrutas lengviau ir greičiau pasiekti reikiamą tašką arba namuose.

Vektoriniai ir rastriniai modeliai. GIS gali dirbti su dviejų labai skirtingų tipų duomenimis – vektoriniais ir rastriniais. Vektoriniame modelyje informacija apie taškus, linijas ir daugiakampius užkoduojama ir saugoma kaip X,Y koordinačių rinkinys. Taško (taškinio objekto), pavyzdžiui, gręžinio, vieta apibūdinama koordinačių pora (X,Y). Linijinės ypatybės, tokios kaip keliai, upės ar vamzdynai, saugomos kaip X, Y koordinačių rinkiniai. Daugiakampio ypatybės, pvz., upių baseinai, žemės sklypai ar aptarnaujamos teritorijos, saugomi kaip uždaras koordinačių rinkinys. Vektorinis modelis yra ypač naudingas aprašant atskirus objektus ir yra mažiau tinkamas aprašant nuolat kintančias savybes, tokias kaip dirvožemio tipai ar objekto pasiekiamumas. Rastrinis modelis yra optimalus darbui su nuolatinėmis savybėmis. Rastrinis vaizdas yra atskirų elementarių komponentų (ląstelių) reikšmių rinkinys, panašus į nuskaitytą žemėlapį ar paveikslėlį. Abu modeliai turi savo privalumų ir trūkumų. Šiuolaikinės GIS gali dirbti tiek su vektoriniais, tiek su rastriniais modeliais.

Problemos, kurias sprendžia GIS. Bendrosios paskirties GIS paprastai atlieka penkias duomenų veiklas (užduotis), be kita ko: įvedimą, manipuliavimą, valdymą, užklausas ir analizę bei vizualizavimą.

Įeikite. Kad būtų galima naudoti GIS, duomenys turi būti konvertuoti į tinkamą skaitmeninį formatą. Duomenų konvertavimo iš popierinių žemėlapių į kompiuterines bylas procesas vadinamas skaitmeninimu. Šiuolaikinėse GIS šis procesas gali būti automatizuotas naudojant skaitytuvo technologiją, kuri ypač svarbi dideliems projektams, arba, atliekant nedidelius darbus, duomenis galima įvesti naudojant skaitmenintuvą. Daugelis duomenų jau buvo išversti į formatus, kurie yra tiesiogiai suprantami GIS paketams.

Manipuliacija. Dažnai, norint užbaigti konkretų projektą, esami duomenys turi būti toliau modifikuojami, kad atitiktų jūsų sistemos reikalavimus. Pavyzdžiui, geografinė informacija gali būti skirtingo mastelio (gatvių vidurio linijos yra 1:100 000 mastelio, surašymo trakto ribos yra 1:50 000, o gyvenamųjų namų – 1:10 000). Bendram apdorojimui ir vizualizavimui patogiau visus duomenis pateikti vienoje skalėje. GIS technologija suteikia įvairių būdų manipuliuoti erdviniais duomenimis ir išgauti duomenis, reikalingus konkrečiai užduočiai atlikti.

Kontrolė. Mažuose projektuose geografinė informacija gali būti saugoma kaip įprasti failai. Tačiau didėjant informacijos kiekiui ir vartotojų skaičiui, duomenims saugoti, struktūrizuoti ir tvarkyti efektyviau naudoti duomenų bazių valdymo sistemas (DBVS) arba specialius kompiuterinius įrankius darbui su integruotais duomenų rinkiniais (duomenų bazėmis). ). GIS patogiausia naudoti reliacinę struktūrą, kurioje duomenys saugomi lentelės pavidalu. Šiuo atveju lentelėms susieti naudojami bendrieji laukai. Šis paprastas metodas yra gana lankstus ir plačiai naudojamas daugelyje GIS ir ne GIS programų.

Užklausa ir analizė. Turėdami GIS ir geografinę informaciją galėsite gauti atsakymus į paprastus klausimus (Kas yra šio žemės sklypo savininkas? Kokiu atstumu vienas nuo kito yra šie objektai? Kur yra ši pramoninė zona?) ir sudėtingesnius klausimus. užklausos, reikalaujančios papildomos analizės (Kur yra vietos naujo namo statybai? Koks yra pagrindinis dirvožemio tipas po eglynais? Kaip naujo kelio tiesimas paveiks eismą?). Užklausas galima nustatyti tiesiog spustelėjus konkretų objektą arba naudojant išplėstinius analizės įrankius. Naudodami GIS galite nustatyti ir nustatyti paieškos šablonus ir žaisti tokius scenarijus kaip „kas bus, jei...“. Šiuolaikinės GIS turi daug galingų analizės įrankių, tarp kurių du yra svarbiausi: artumo analizė ir perdangos analizė. Norėdami analizuoti objektų artumą vienas kito atžvilgiu, GIS naudoja procesą, vadinamą buferizavimu. Tai padeda atsakyti į tokius klausimus: kiek namų yra 100 m atstumu nuo šio vandens telkinio? Kiek klientų gyvena 1 km atstumu nuo šios parduotuvės? Kokia dalis naftos išgaunama iš gręžinių, esančių 10 km atstumu nuo šio naftos ir dujų gavybos skyriaus valdymo pastato? Perdangos procesas apima duomenų, esančių skirtinguose teminiuose sluoksniuose, integravimą. Paprasčiausiu atveju tai yra atvaizdavimo operacija, tačiau atliekant daugybę analitinių operacijų fiziškai sujungiami skirtingų sluoksnių duomenys. Perdanga arba erdvinis agregavimas leidžia, pavyzdžiui, integruoti duomenis apie dirvožemį, šlaitą, augmeniją ir žemės valdymą su žemės mokesčio tarifais.

Vizualizacija. Daugelio tipų erdvinių operacijų galutinis rezultatas yra duomenų atvaizdavimas žemėlapio arba grafiko pavidalu. Žemėlapis yra labai efektyvus ir informatyvus geografinės (erdvinės nuorodos) informacijos saugojimo, pateikimo ir perdavimo būdas. Anksčiau žemėlapiai buvo kuriami taip, kad tarnautų šimtmečius. GIS suteikia nuostabių naujų įrankių, kurie plečia ir tobulina kartografijos meną ir mokslą. Jos pagalba pačių žemėlapių vizualizaciją galima nesunkiai papildyti ataskaitiniais dokumentais, trimačiais vaizdais, grafikais ir lentelėmis, nuotraukomis ir kitomis priemonėmis, pavyzdžiui, multimedija.

Susijusios technologijos. GIS yra glaudžiai susijusi su daugybe kitų informacinių sistemų tipų. Pagrindinis jo skirtumas yra galimybė manipuliuoti ir analizuoti erdvinius duomenis. Nors nėra vienos visuotinai priimtos informacinių sistemų klasifikacijos, šis aprašymas turėtų padėti atitolinti GIS nuo darbalaukio žemėlapių sudarymo, CAD, nuotolinio stebėjimo, duomenų bazių valdymo sistemų (DBVS) ir technologijų globalaus padėties nustatymo (GPS).

Darbalaukio žemėlapių sistemos naudokite kartografinį vaizdą, kad organizuotumėte vartotojo sąveiką su duomenimis. Tokiose sistemose viskas remiasi žemėlapiais, žemėlapis yra duomenų bazė. Dauguma darbalaukio žemėlapių sistemų turi ribotas duomenų valdymo, erdvinės analizės ir tinkinimo galimybes. Atitinkami paketai veikia staliniuose kompiuteriuose – PC, Macintosh ir žemos klasės UNIX darbo vietose.

CAD sistemos galintis parengti pastatų ir infrastruktūros projektų brėžinius ir planus. Norėdami sujungti į vieną struktūrą, jie naudoja komponentų rinkinį su fiksuotais parametrais. Jie pagrįsti nedideliu komponentų derinimo taisyklių skaičiumi ir turi labai ribotas analitines funkcijas. Kai kurios CAD sistemos buvo išplėstos, kad palaikytų kartografinį duomenų vaizdavimą, tačiau paprastai jose turimos komunalinės paslaugos neleidžia efektyviai valdyti ir analizuoti didelių erdvinių duomenų bazių.

Nuotolinis stebėjimas ir GPS. Nuotolinis stebėjimas – tai žemės paviršiaus matavimų menas ir mokslas naudojant jutiklius, tokius kaip įvairios orlaivių kameros, pasaulinės padėties nustatymo sistemos imtuvai ar kiti įrenginiai. Šie jutikliai renka duomenis vaizdų pavidalu ir suteikia specializuotas gautų vaizdų apdorojimo, analizės ir vizualizavimo galimybes. Kadangi trūksta pakankamai galingų duomenų valdymo ir analizės priemonių, atitinkamos sistemos vargu ar gali būti priskirtos tikroms GIS.

Duomenų bazių valdymo sistemos skirta saugoti ir tvarkyti visų tipų duomenis, įskaitant geografinius (erdvinius) duomenis. DBVS yra optimizuotos tokioms užduotims, todėl daugelis GIS turi integruotą DBVS palaikymą. Šios sistemos neturi analizės ir vizualizavimo įrankių, panašių į GIS.

Kuo GIS gali padėti?

Atlikite erdvines užklausas ir analizę. GIS galimybė ieškoti duomenų bazėse ir atlikti erdvines užklausas daugeliui įmonių sutaupė milijonus dolerių. GIS padeda sutrumpinti atsakymo į klientų užklausas laiką; nustatyti reikalingai veiklai tinkamas sritis; nustatyti ryšius tarp įvairių parametrų (pavyzdžiui, dirvožemio, klimato ir pasėlių derliaus); nustatyti maitinimo trūkių vietas. Naudodami GIS nekilnojamojo turto pardavėjai surastų, pavyzdžiui, visus tam tikroje vietovėje esančius namus, kuriuose yra šiferio stogai, trys kambariai ir 10 metrų virtuvės, o vėliau pateikia išsamesnius šių konstrukcijų aprašymus. Užklausą galima patikslinti įvedant papildomus parametrus, pavyzdžiui, išlaidų parametrus. Galite gauti sąrašą visų namų, esančių tam tikru atstumu nuo tam tikro greitkelio, miškingo ploto ar darbo vietos.

Pagerinti integraciją organizacijos viduje. Daugelis organizacijų, naudojančių GIS, atrado, kad vienas iš pagrindinių jos pranašumų yra naujos galimybės pagerinti savo organizacijos ir jos išteklių valdymą, geografiškai apibendrinant esamus duomenis ir leidžiant jais koordinuotai dalytis bei keisti skirtinguose skyriuose. Galimybė dalytis ir nuolat plėsti bei koreguoti duomenų bazę pagal skirtingus struktūrinius padalinius leidžia padidinti tiek kiekvieno padalinio, tiek visos organizacijos efektyvumą. Taigi komunalinių paslaugų įmonė gali aiškiai planuoti remonto ar priežiūros darbus – nuo ​​visos informacijos gavimo ir atitinkamų sričių, pavyzdžiui, vandentiekio vamzdžių, atvaizdavimo kompiuterio ekrane (ar popierinėse kopijose), iki automatinio gyventojų, kuriems šie darbai turės įtakos, atpažinimo ir informuoti juos apie numatomų vandens tiekimo sustabdymų ar nutraukimų laiką.

Priimkite labiau pagrįstus sprendimus. GIS, kaip ir kitos informacinės technologijos, patvirtina gerai žinomą posakį, kad geresnė informacija lemia geresnius sprendimus. Tačiau GIS yra ne sprendimų priėmimo įrankis, o įrankis, padedantis pagreitinti ir padidinti sprendimų priėmimo procedūros efektyvumą, teikiantis atsakymus į užklausas ir erdvinių duomenų analizės funkcijas, pateikiantis analizės rezultatus vaizdžiai ir paprastai. - skaityti formą. GIS padeda, pavyzdžiui, sprendžiant tokias problemas kaip įvairios informacijos teikimas planavimo institucijų prašymu, teritorinių konfliktų sprendimas, optimalių (įvairiais požiūriais ir pagal skirtingus kriterijus) objektų išdėstymo vietų parinkimas ir kt. reikalingus sprendimui priimti, galima pateikti glausta kartografine forma su papildomais tekstiniais paaiškinimais, grafikais ir diagramomis. Informacijos, kuri yra prieinama suvokimui ir apibendrinimui, prieinamumas leidžia sprendimus priimantiems asmenims sutelkti pastangas ieškant sprendimo, nepraleidžiant daug laiko renkant ir analizuojant turimus nevienalyčius duomenis. Galite greitai apsvarstyti keletą sprendimo variantų ir pasirinkti efektyviausią bei efektyviausią.

Žemėlapių kūrimas.Žemėlapiai GIS užima ypatingą vietą. Žemėlapių kūrimo GIS procesas yra daug paprastesnis ir lankstesnis nei tradiciniai rankinio ar automatinio kartografavimo metodai. Tai prasideda nuo duomenų bazės sukūrimo. Įprastų popierinių žemėlapių skaitmeninimas taip pat gali būti naudojamas kaip pradinių duomenų šaltinis. GIS pagrindu sukurtos kartografinės duomenų bazės gali būti ištisinės (nesuskirstytos į atskiras plyteles ar regionus) ir nesusietos su konkrečiu masteliu. Remiantis tokiomis duomenų bazėmis, galima kurti žemėlapius (elektronine forma arba spausdintinėmis kopijomis) bet kokiai teritorijai, bet kokio mastelio, su reikiamu apkrovimu, su jo parinkimu ir atvaizdavimu su reikiamais simboliais. Bet kuriuo metu duomenų bazė gali būti atnaujinta naujais duomenimis (pavyzdžiui, iš kitų duomenų bazių), o esamus duomenis galima koreguoti pagal poreikį. Didelėse organizacijose sukurta topografinė duomenų bazė gali būti naudojama kaip pagrindas kitiems padaliniams ir padaliniams, galimas greitas duomenų kopijavimas ir siuntimas vietiniais ir pasauliniais tinklais.

Geografinės informacinės sistemos arba tiesiog geografinės informacinės sistemos (GIS) yra erdvinių duomenų valdymas. Erdviniai duomenys, savo ruožtu, yra duomenys, apibūdinantys objektų vietą erdvėje, dažniausiai dvimatės arba trimatės geometrijos pavidalu. Geografinės informacinės sistemos leidžia su erdviniais duomenimis daryti viską, ką su savo duomenimis daro bet kurios kitos informacinės sistemos, būtent: suteikia galimybę pridėti, ištrinti, atnaujinti, teikti užklausas, peržiūrėti, analizuoti ir pan.

Yra du pagrindiniai erdvinių duomenų pateikimo formatai: vektorinės grafikos ir rastrų pavidalu:

Rastrinė grafika arba rastrinis vaizdas paprastai yra dvimatis taškų masyvas, kurių kiekvienas pavaizduotas skirtinga spalva. Šiuolaikinės GIS leidžia dirbti su beveik bet kokio formato rastriniais vaizdais nuo bmp, png ir jpeg iki TIFF/GeoTIFF. Rastrinė grafika dažniausiai naudojama kuriant skaitmeninio žemėlapio „foną“, kurio viršuje jau rodoma vektorinė geometrija. Pavyzdžių toli ieškoti nereikia: atidarykite Google Maps arba Yandex žemėlapius ir pamatysite daugybę rastrų. Šiuose žemėlapiuose vektorinės grafikos pavidalu pateikiama labai mažai – kelių grafikas, teritorijų ribos ir kai kurie kiti objektai. Neabejotinas rastrinių vaizdų pranašumas skaitmeniniuose žemėlapiuose yra tas, kad jie leidžia rodyti didžiulį kiekį erdvinės informacijos su palyginti nedideliu atminties kiekiu. Neigiama yra tai, kad ženkliai padidėjus ekrano masteliui, rastro vaizdo kokybė smarkiai sumažėja, todėl skirtingiems masteliams naudojami skirtingos teritorinės aprėpties ir skiriamosios gebos rastrai, kurie keičiasi vienas kitą didinant ir mažinant vaizdą. . Galite pamatyti, kaip tai atsitinka dirbant su tais pačiais „Google Maps“ ir „Yandex“ žemėlapiais.

Vektorinė grafika– iš tikrųjų tai yra geometrija, pateikta koordinačių rinkinių pavidalu. Vektorinės grafikos pateikimo formatas nesaugo paties vaizdo – jį „skraidydamas“ generuoja GIS atvaizdavimo (vizualizacijos) posistemis, todėl vaizdo kokybė visada yra aukšta, nepaisant esamo mastelio. Išskiriami šie vektorinių erdvinių duomenų tipai:

• Taško geometrija. Jis naudojamas tais atvejais, kai tam tikru elektroninio žemėlapio masteliu svarbi tik objekto vieta. Paprastai taško geometrija vaizduojama kaip taškas konkrečios spalvos žemėlapyje, tačiau kai kurios GIS leidžia pakeisti šį tašką rastriniu vaizdu arba vektoriniu simboliu, pvz., rodykle, simboliu ar piktograma. Be taško koordinačių, pačią taško geometriją galima papildomai parametrizuoti pagal orientaciją plokštumoje arba erdvėje, kuri lemia atitinkamo simbolio ar piktogramos pasukimo kampą žemėlapyje. Taškinė geometrija gali būti naudojama norint vizualizuoti beveik visus objektus, išskyrus išplėstinius, nes viskas priklauso nuo žemėlapio mastelio.


• Tiesinė geometrija. Naudojamas objektams, kuriems svarbu atspindėti jų apimtį (ilgį) ir tiesinę konfigūraciją, pavaizduoti. Tokie objektai yra keliai, upės (mažu mastu), teritorinių sienų ruožai ir kiti panašūs objektai. Vėlgi, didesniu masteliu tie patys objektai jau gali būti pavaizduoti plotinės geometrijos pavidalu.


• Arealinė geometrija. Jis naudojamas, kai svarbu viskas: vieta, ilgis ir plotas. Pavyzdžiui, sklypas su namu nedideliu masteliu gali būti pavaizduotas taškine geometrija, o didesniame – plotine ir tiesine geometrija. Arealinė geometrija – tai ne tik daugiakampiai, bet ir kompleksai, susidedantys iš tiesinių fragmentų, įvairaus spindulio lankų, taip pat turinčių kitų daugiakampių pavaizduotų skylių.

GIS ir informacinio modeliavimo pagrindai

Vektorinė ir rastrinė geometrija GIS nekonkuruoja tarpusavyje, bet kiekviena atlieka savo funkcijas. Rastrinė grafika naudojama kuriant grafinį elektroninio žemėlapio vaizdą. Tai padeda vartotojui naršyti peržiūrint ir ieškant objektų žemėlapyje, nes reljefas dažniausiai vaizduojamas vietovės aeronuotraukomis. Vektorinė grafika yra priemonė atvaizduoti žemėlapyje objektus, kurie yra reikšmingi esamos GIS konfigūracijos kontekste – tuos objektus, kurių duomenis tvarko informacinė sistema. Jei tai miesto žemėlapis, tai gatvės, namai, inžineriniai statiniai ir kiti miesto infrastruktūros objektai dažniausiai pateikiami vektorinės grafikos pavidalu. Jei tai yra inžineriniai tinklai, pavyzdžiui, vandentiekio ar šilumos tinklai, tai šiuo atveju reikšmingi objektai yra papildomai vamzdynų atkarpos, centrinės pastotės, įrenginiai ir kt.

Vektorinės grafikos pranašumai, be jau minėtos pastovios vaizdo kokybės bet kokiu masteliu, apima galimybę pasirinkti objektus žemėlapyje, redaguoti jų atvaizdavimą naudojant įmontuotus GIS įrankius arba atlikti erdvines tokių duomenų užklausas.

Erdvinė užklausa yra struktūrizuota erdvinių duomenų užklausa, kurios kriterijai yra sąlygos, susijusios su vektorinės geometrijos koordinatėmis. Pavyzdžiui, galite pateikti užklausą dėl visų tam tikro tipo objektų, kurie yra nurodyto kontūro viduje, kerta tam tikrą ribą arba yra tam tikru atstumu nuo nurodyto taško.

Bet kokia negrafinė informacija, papildomai apibūdinanti tam tikrą objektą sistemoje, taip pat gali būti susieta su erdviniais duomenimis. Be to, bet kuris informacinio modelio objektas GIS gali būti pavaizduotas erdvinių objektų rinkiniu ir susijusių semantinių atributų rinkiniais, apibūdinančiais šį objektą taip, lyg jis būtų pavaizduotas bet kurioje negrafinėje sistemoje. Tarkime, jei GIS savo duomenims saugoti naudoja DBVS, tai semantinė objektų aprašymo dalis yra įrašai reliacinės duomenų bazės lentelėse. Pavyzdys: GIS tvarko dujotiekio tinklo duomenis. Objektas „dujotiekio atkarpa“ šiuo atveju gali būti pavaizduotas tiesinės geometrijos struktūromis, kad tinklas būtų matomas nedideliu žemėlapio masteliu; ploto geometrija dideliam masteliui ir atskira lentelė jos ilgiui, spinduliui, medžiagoms ir kitoms techninėms charakteristikoms saugoti. Gana dažnai struktūrinės GIS valdomų duomenų užklausos yra tradicinių duomenų bazės ir erdvinių užklausų parametrų simbiozė. Pavyzdžiui, prašymas pasirinkti visas tam tikro spindulio dujotiekio atkarpas tam tikro daugiakampio nurodytoje teritorijoje.

Galite susipažinti su pagrindiniais informacijos modeliavimo principais, kurie galioja ir GIS.

Iš ko susideda geografinė informacinė sistema ir kaip ji veikia?

Posistemis darbui su erdvinių duomenų saugyklomis. Yra GIS sprendimų, kurie naudoja duomenų bazes kaip erdvinių duomenų saugyklą, sąveikauja su DBVS. Yra programinės įrangos produktų, kurie saugo duomenis savo formato failuose, ir yra tokių, kurie gali dirbti su įvairiais grafinės informacijos šaltiniais. Darbo su erdvinių duomenų saugyklomis posistemis yra GIS programinės įrangos komponentai, atsakingi už ryšių su pačiomis saugyklomis kūrimą ir duomenų mainus su jomis, taip pat ir per tinklo protokolus.

Koordinačių sistemų valdymo modulis. Koordinatės, kuriomis geografinės informacijos saugykloje pateikiami erdviniai duomenys, gali atitikti stačiakampę (Dekarto) arba geografinę koordinačių sistemą, sukurtą elipsoido pagrindu. Jei anksčiau buvo manoma, kad žemė yra apvali, tai mūsų laikais jos formą apibūdina gana sudėtinga figūra - geoidas. Geoido paviršius sutampa su pasaulinio vandenyno vandens lygiu, kuris sąlyginai tęsiasi po žemynais. Elipsoidas, savo ruožtu, yra taškų, gautų sukant geoidą aplink pagrindinę ašį, vieta. Nesu geodezijos specialistas, todėl nesileisiu į žemiškų koordinačių sistemų konstravimo subtilybes, o tęsiu savo istoriją iš GIS vartotojo perspektyvos. Koordinačių sistema taip pat gali būti globali (visoje žemės teritorijoje) arba lokali – skirta padėties nustatymui tam tikrose žemės paviršiaus ribose. Yra vietinių geografinių koordinačių sistemų, kurios konkrečioje srityje turi didesnį tikslumą nei pasaulinė koordinačių sistema. Tai pasiekiama dėl to, kad tokios koordinačių sistemos yra sukurtos remiantis vietiniu elipsoidu, kuris yra tikslesnis tam tikros srities sąlygomis (palyginti su pasauliniu jo aprašymu). Stačiakampės koordinačių sistemos pagal savo pobūdį yra vietinės, nes tik mažuose plotuose klaida, susijusi su tuo, kad žemė yra ne plokščia, o apvali, netrukdo sudaryti gana tikslių žemėlapių. Tokių koordinačių sistemų koordinačių kilmė parenkama savavališkai, jos kuriamos įvairiems tikslams, taip pat ir tam, kad susidarytų supratimą apie objektų santykinę padėtį, tačiau saugumo sumetimais atmetama galimybė gauti jų tikrąją ( pasaulio) koordinates. Vietinės koordinačių sistemos pavyzdys yra Maskvos miesto vietinė koordinačių sistema, kurios koordinatės yra nulinės Maskvos valstybinio universiteto pagrindinio pastato srityje.

Koordinačių sistemos valdymo modulis skirtas taškus iš pradinės erdvinių duomenų saugyklos koordinačių sistemos konvertuoti į plokštumines koordinates, su kuriomis dirba operacinės sistemos grafinis branduolys, leidžiantis vaizdą rodyti ekrane, spausdintuve ir kituose išvesties įrenginiuose. . Šis modulis taip pat atsakingas už atvirkštinę transformaciją: plokštumos taško koordinačių transformavimą į informacijos saugyklos koordinates (pasaulio arba vietines koordinates). Atvirkštinė transformacija naudojama redaguojant (skaitmeninant) geometriją naudojant GIS įrankius. Dažniausiai GIS susiduria su WGS 84 (Pasaulio geodezinė sistema) koordinačių sistema, kuri yra viena koordinačių sistema visai Žemės planetos teritorijai. Geografinė arba, kaip dar vadinama, geocentrinė koordinačių sistema, pvz., WGS 84, yra elipsoidinė koordinačių sistema, kuri nustato objektų koordinates, palyginti su žemės masės centru. Geografinės koordinačių sistemos skiriasi viena nuo kitos elipsoido, kuriuo jos yra pagrįstos, forma. Transformacijų rinkinys, naudojamas geografinės koordinačių sistemos koordinatėms transformuoti į Dekarto koordinačių sistemą, vadinamas žemėlapio projekcija. Kitaip tariant, žemėlapio projekcija– yra geografinės koordinačių sistemos elipsoido atspindys (išsiskleidimas) į plokštumą. Plačiausiai naudojamos projekcijos yra UTM (Universal Transverse Mercator) ir Gauss-Kruger (GK) projekcija.

Legenda arba posistemis grafiniam vaizdui nustatyti. Bet kokia erdvinių duomenų saugykla yra vaizduojama vektorinės ir rastrinės grafikos objektų rinkiniu. 2D GIS atskiri erdvinių duomenų objektai dažnai vadinami sluoksniais, nes elektroninio žemėlapio lange formuojamas vaizdas kuriamas nuosekliai: rodymo posistemis „braižo“ kiekvieną objekto tipą paeiliui. Taigi, vaizdo formavimo rezultatas yra daugiasluoksnis dvimatis paveikslėlis, kuriame kiekvienas paskesnis sluoksnis uždedamas ant ankstesnio. Legenda yra pagrindinis GIS įrankis, kurio pagalba nustatoma ne tik objektų atvaizdavimo tvarka žemėlapyje (sluoksnių tvarka), bet ir jų rodymo parametrai (spalva, linijos storis, užrašas). šriftas ir pan.). Naudojant legendą, atskiri objektai gali būti įtraukti arba neįtraukti į rodomų žemėlapyje sluoksnių sąrašą. Legenda gali apibūdinti sluoksnius, vaizduojančius erdvinių duomenų posistemio iš skirtingų jungčių gautas ypatybes. Pavyzdžiui, viename žemėlapyje sujungiami vieno šaltinio topografinio žemėlapio (reljefo) duomenys ir kito šaltinio inžinerinių tinklų (dujotiekio, šilumos tinklų ir kt.) duomenys.

Ekrano posistemis. Svarbus parametras nustatant erdvinių duomenų grafinį vaizdavimą yra vardinis žemėlapio mastelis. Būtent tada, kai duomenų atvaizdavimo mastelis GIS elektroninio žemėlapio lange atitinka vardinį mastelį, linijų storis, šrifto dydis ir kiti parametrai atitinka nurodytus legendoje ir kito mastelio sąlygomis, kurios gali būti lengvai keičiamas vartotojas, atitinkamai bus padidintas arba sumažintas eilučių storis ir šrifto dydis. Taigi vardinis žemėlapio mastelis yra ekrano posistemio atskaitos taškas. Principą, pagal kurį rodymo posistemis formuoja grafinį erdvinių duomenų vaizdą, daugiausia lemia konkretaus žemėlapio legenda. GIS darbo vietą gali sudaryti visas elektroninių žemėlapių rinkinys, kurių kiekvienas pavaizduotas savo legenda.

Erdvinių duomenų redagavimo posistemis. Iš tikrųjų tai yra GIS vartotojo įrankių rinkinys, leidžiantis redaguoti erdvinius duomenis. Naujos geometrijos piešimas arba esamos geometrijos redagavimas paprastai reiškia nuoseklų taškų žymėjimą žemėlapyje. Pasirinkus šiuos taškus koordinačių sistemos valdymo modulis paverčia žymeklio koordinates ekrane į taškus, atitinkančius informacijos saugojimo koordinačių sistemą. Šiuolaikinės grafinės įvesties sistemos taip pat gali leisti nurodant taškus „prisijungti“ prie esamų duomenų, pavyzdžiui, polilinijos atkarpų kampų ar vidurio taškų, taško geometrijos ir pan.

Erdvinių duomenų analizės posistemis. Ta pati posistemė, leidžianti konfigūruoti, vykdyti ir rodyti erdvinių užklausų rezultatus. Taip pat legendos pagalba nustatomi erdvinių užklausų rezultatų grafinio pateikimo parametrai.

Spausdinimo posistemis. Ekrano posistemio tipas, skirtas elektroninių žemėlapių fragmentams išvesti į spausdintuvą arba braižytuvą (ploterį). Papildomos spausdinimo posistemio funkcijos, lyginant su vaizdų rodymo ekrane posistemiu, apima pačios legendos spaudinio grafinio atvaizdo, taip pat skalės, kompaso ir kitų būtinų atributų simbolio sukūrimą ir generavimą. darbui su popierine žemėlapio versija.

Verslo logikos posistemis. Bet kokia programinė įranga, naudojama geografinės informacinės sistemos veikimui konfigūruoti, siekiant išspręsti konkrečią programos problemą ar problemų grupę. Tokios priemonės gali apimti dalykinės srities informacinio modeliavimo, integravimo su kitomis informacinėmis sistemomis posistemį, sukurtą, pavyzdžiui, įtaisytoje GIS ir daug daugiau. Įvairių šios klasės programinės įrangos produktų verslo logikos posistemio sudėtis gali labai skirtis arba jos visai nebūti, nes viskas priklauso nuo konkretaus sprendimo tikslo.

Garsiausias šiuolaikinis GIS

Žinomiausi GIS programinės įrangos komponentų atstovai yra trijų Amerikos kompanijų produktai. Tai apima „Intergraph“ „Geomedia“ sprendimų šeimą, ESRI „ArcGIS“ produktus ir „Pitney Bowes“ „MapInfo“ įrankius. Rusijoje dėl daugelio aplinkybių pastarieji du yra populiariausi, nors Geomedia daugeliu aspektų yra universalesnis ir modernesnis produktas. Visų pirma, „Geomedia“ ir „Geomedia Professional“ leidžia vartotojui tiesiogiai dirbti su įvairių formatų erdviniais duomenimis (įskaitant „ArcGIS“ ir „MapInfo“ duomenis), nesiimant išankstinių jų konvertavimo ir importavimo procedūrų, o konkuruojantys sprendimai nori dirbti tik su savo duomenų formatais. .

P.S. GIS posistemių projektavimo pavyzdžiai C# kalbant apie objektinį programavimo metodą, būtent: klasės, skirtos darbui su vektorine grafika, posistemis darbui su geoinformacijos saugykla, linijinės transformacijos paslaugos architektūra ir kai kurie kiti. programavimo kursas.