ГЕОІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ

Геоінформаційна система (ГІС) - система збору, зберігання, аналізу та графічної візуалізації просторових (географічних) даних і пов'язаної з ними інформацією про необхідні об'єктах.

Термін також використовується в більш вузькому сенсі - ГІС як інструмент (програмний продукт), що дозволяє користувачам шукати, аналізувати і редагувати цифрові карти, а також додаткову інформацію про об'єкти, наприклад висоту будівлі, адреса, кількість мешканців.

ГІС включають в себе можливості cистем управліннябазами даних (СКБД), редакторів растрової і векторної графіки і аналітичних засобів і застосовуються в картографії, геології, метеорології, землеустрої, екології, муніципальному управлінні, транспорті, економіці, обороні та багатьох інших областях.

За територіальним охопленням розрізняють глобальні ГІС (global GIS), субконтинентальна ГІС, національні ГІС, часто мають статус державних, регіональні ГІС (regional GIS), субрегіональні ГІС та локальні, або місцеві ГІС (local GIS).

ГІС розрізняються предметною областю інформаційного моделювання, наприклад, міські ГІС, або муніципальні ГІС, МГІС (urban GIS), ГІС надрокористувача, гірничо-геологічні ГІС, природоохоронні ГІС (environmental GIS) і т. п.; серед них особливе найменування, як особливо широко поширені, отримали земельні інформаційні системи. Проблемна орієнтація ГІС визначається розв'язуваними в ній завданнями (науковими та прикладними), серед них інвентаризація ресурсів (у тому числі кадастр), аналіз, оцінка, моніторинг, управління і планування, підтримка прийняття рішень. Інтегровані ГІС, ІГІС (integrated GIS, IGIS) поєднують функціональні можливості ГІС і систем цифрової обробки зображень (даних дистанційного зондування) в єдиній інтегрованій середовищі.

Полімасштабние, або масштабно-незалежні ГІС (multiscale GIS) засновані на множинних, або полімасштабних уявленнях просторових об'єктів (multiple representation, multiscale representation), забезпечуючи графічне або картографічне відтворення даних на будь-якому з обраних рівнів масштабного ряду на основі єдиного набору даних з найбільшим просторовим дозволом . Просторово-часові ГІС (spatio-temporal GIS) оперують просторово-часовими даними. Реалізація геоінформаційних проектів (GIS project), створення ГІС в широкому сенсі слова, включає етапи: передпроектних досліджень (feasibility study), в тому числі вивчення вимог користувача (user requirements) і функціональних можливостей використовуваних програмних засобів ГІС, техніко-економічне обгрунтування, оцінку співвідношення «витрати / прибуток» (costs / benefits); системне проектування ГІС (GIS designing), включаючи стадію пілот-проекту (pilot-project), розробку ГІС (GIS development); її тестування на невеликому територіальному фрагменті, або тестовій ділянці (test area ), прототипування, або створення дослідного зразка, або прототипу (prototype); впровадження ГІС (GIS implementation); експлуатацію та використання. Наукові, технічні, технологічні та прикладні аспекти проектування, створення і використання ГІС вивчаються геоінформатикою.

Історія ГІС

Початковий період (пізні 1950е - ранні 1970е рр..)

Дослідження принципових можливостей, прикордонних областей знань і технологій, напрацювання емпіричного досвіду, перші великі проекти і теоретичні роботи.

Запуск першого штучного супутника Землі

Поява електронних обчислювальних машин (ЕОМ) в 50-х роках.

Поява ціфрователей, плотерів, графічних дисплеїв і інших периферійних пристроїв в 60-х.

Створення програмних алгоритмів і процедур графічного відображення інформації на дисплеях і за допомогою плоттерів.

Створення формальних методів просторового аналізу.

Створення програмних засобів управління базами даних.

Період державних ініціатив (поч. 1970е - поч. 1980е рр..)

Державна підтримка ГІС стимулювала розвиток експериментальних робіт в області ГІС, заснованих на використанні баз даних по вуличних мереж:

Автоматизовані системи навігації.

Системи вивозу міських відходів і сміття.

Рух транспортних засобів у надзвичайних ситуаціях і т. д.

Період комерційного розвитку (ранні 1980е - теперішній час)

Широкий ринок різноманітних програмних засобів, розвиток настільних ГІС, розширення області їх застосування за рахунок інтеграції з базами непросторових даних, поява мережевих додатків, поява значного числа непрофесійних користувачів, системи, що підтримують індивідуальні набори даних на окремих комп'ютерах, відкривають шлях систем, що підтримують корпоративні та розподілені бази геоданих.

Користувальницький період (пізні 1980е - теперішній час)

Підвищена конкуренція серед комерційних виробників геоінформаційних технологій послуг дає переваги користувачам ГІС, доступність і «відкритість» програмних засобів дозволяє використовувати і навіть модифіковані програми, поява користувальницьких «клубів», телеконференцій, територіально роз'єднаних, але пов'язаних єдиною тематикою користувальницьких груп, зросла потреба в геоданих, початок формування світової геоінформаційної інфраструктури. Морфометрический аналіз рельєфу на основі ГІС-технологій новий напрямок у цій галузі.

Представлення даних

Дані в ГІС описують реальні об'єкти, такі як дороги, будівлі, водойми, лісові масиви. Реальні об'єкти можна розділити на дві абстрактні категорії: дискретні (будинки, територіальні зони) і безперервні (рельєф, рівень опадів, середньорічна температура). Для представлення цих двох категорій об'єктів використовуються векторні і растрові дані.

Растрові дані

Растрові дані зберігаються у вигляді наборів величин, упорядкованих у формі прямокутної сітки. Осередки цієї сітки називаються пікселями. Найбільш поширеним способом отримання растрових даних про поверхню Землі є дистанційне зондування, проведене за допомогою супутників. Зберігання растрових даних може здійснюватися в графічних форматах, наприклад TIF або JPEG, або в бінарному вигляді в базах даних.

Векторні дані

Найбільш поширеними типами векторних об'єктів є:

Точки

Використовуються для позначення географічних об'єктів, для яких важливо місце розташування, а не їх форма або розміри. Можливість позначення об'єкта точкою залежить від масштабу карти. У той час як на карті світу міста доцільно позначати точковими об'єктами, то на карті міста саме місто представляється у вигляді безлічі об'єктів. У ГІС точковий об'єкт зображується у вигляді деякої геометричної фігури невеликих розмірів (квадратик, гурток, хрестик), або піктограмою, що передає тип реального об'єкта.

Полілінії

Служать для зображення лінійних об'єктів. Полілінія - ламана лінія, складена з відрізків прямих. Полілініями зображуються дороги, залізничні колії, річки, вулиці, водопровід. Допустимість зображення об'єктів полілініями також залежить від масштабу карти. Наприклад, велика річка в масштабах континенту цілком може зображуватися лінійним об'єктом, тоді як вже в масштабах міста потрібно її зображення майданних об'єктом. Характеристикою лінійного об'єкта є довжина.

Багатокутники (полігони)

Служать для позначення майданних об'єктів з чіткими кордонами. Прикладами можуть служити озера, парки, будівлі, країни, континенти. Характеризуються площею і довжиною периметра.

У ГІС до векторних об'єктів можуть бути прив'язані семантичні дані. Наприклад, на карті територіального зонування до майданних об'єктах, які становлять зони, може бути прив'язана характеристика типу зони. Структуру і типи даних визначає користувач. На основі чисельних значень, присвоєних векторним об'єктам на карті, може будуватися тематична карта, на якій ці значення позначені кольорами відповідно з колірною шкалою, або колами різного розміру.

Векторні дані також можуть описувати безперервні поля величин. Поля при цьому зображуються у вигляді ізоліній або контурних ліній. Одним із способів подання рельєфу є нерегулярна тріангуляційна сітка (TIN, triangulated irregular networks). Така сітка формується безліччю точок з прив'язаними значеннями (в даному випадку висота). Значення в довільній точці всередині сітки виходять шляхом інтерполяції значень у вузлах трикутника, в який потрапляє ця точка.

Векторні дані зазвичай мають набагато менший розмір, ніж растрові. Їх легко трансформувати і проводити над ними бінарні операції. Векторні дані дозволяють проводити різні типи просторового аналізу, наприклад пошук найкоротшого шляху в дорожній мережі.

Структура ГІС

Дані (просторові дані):

позиційні (географічні): місце розташування об'єкта на земній поверхні.

непозиційної (атрибутивні): описові.

Апаратне забезпечення (ЕОМ, мережі, накопичувачі, сканер, дигітайзери і т. д.).

Програмне забезпечення (ПЗ).

Технології (методи, порядок дій і т. д.).

Запитання, на які може відповісти ГІС

Що знаходиться в ...? (Визначається місце).

Де це знаходиться? (Просторовий аналіз).

Що змінилося починаючи з ...? (Визначити тимчасові зміни на певній площі).

Які просторові структури існують?

Що якщо? (Моделювання, що станеться, якщо додати нову дорогу).