Александр Грачев - Информационные технологии в экологии и природопользовании

Природа географических данных:

– географическое положениепространственных объектов представляется 2-, 3- или 4-мерными координатами в географически соотнесенной системе координат (широта/долгота);

– свойства (атрибуты)являются описательной информацией. Атрибутивная информация может быть самой различной, например: для городского здания – количество этажей, год постройки, принадлежность определенному владельцу, организации, которые в этом здании находятся и т. д.; для реки – скорость течения, запасы рыбы, загрязненность и пр.;

– пространственные отношенияопределяют внутренние взаимоотношения между пространственными объектами (направление, расстояние, вложенность);

– временные характеристикипредставляются в виде сроков получения данных, они определяют их жизненный цикл, изменение свойств во времени, определяют актуальность данных.

Данные в геоинформационных системах хранятся в базах данных.

База данных(БД) – совокупность данных, организованных по определенным правилам, устанавливающим общие принципы описания, хранения данных и манипулирования ими. Хранение данных в БД обеспечивает централизованное управление, соблюдение стандартов, безопасность и целостность данных, сокращает избыточность и устраняет противоречивость данных. Создание БД и обращение к ней (по запросам) осуществляются с помощью системы управления базами данных(СУБД). Средствами СУБД поддерживаются различные операции с данными, включая ввод, хранение, манипулирование, обработку запросов, поиск, выборку, сортировку, обновление, сохранение целостности и защиту данных от несанкционированного доступа или потери. Обычно в ГИС используются реляционные СУБД,в которых пользователь воспринимает данные как таблицы.

Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

– каждый элемент таблицы – один элемент данных;

– все ячейки в столбце таблицы однородны, т. е. все элементы в столбце имеют один тип (числовой, символьный и т. д.);

– каждый столбец имеет уникальное имя;

– одинаковые строки в таблице отсутствуют;

– порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Основополагающими элементами базы данныхявляются смоделированные элементы действительности.

Информационную основу ГИС составляют данные из следующих основных источников:

– Текстовые(отчеты экспедиций, статьи, книги) и статистические материалы(государственная статистика, данные переписи населения, справочники, каталоги и кадастры).

– Картографические источники(топографические, политические, административные и пр.). В геоинформатике эти карты служат для получения информации об объектах и их картографической привязки.

– Дистанционное зондирование. В настоящее время имеются снимки всей поверхности Земли, полученные со спутников дистанционного зондирования(космические снимки) с метровым разрешением. Эти данные могут быть получены не только в области видимого света, но и в других в электромагнитных диапазонах (инфракрасном, радио). Для получения снимков с большим масштабом используются данные аэрофотосъемки.

– Данные глобальной системы позиционирования(GPS, ГЛОНАСС). Приемники GPS дают возможность оперативно получать координаты.

1 . Место.Вопрос состоит в выяснении, что находится в данном месте. Место может быть определено по географическим координатам, по названию местности, по почтовому коду.

2 . Условие.Где нечто находится? Для ответа требуется пространственный анализ. Например, необходимо определить место (одно или несколько), в котором удовлетворяются некоторые условия (например, нужно найти площадку более 2 000 м 2в пределах 100 м от дороги, подходящую для строительства).

Тенденции.Что изменилось? Вопрос представляет собой попытку определить временные изменения на определенной площади (например, как меняется картина загрязнения района на протяжении года).

Структуры.Какие пространственные структуры (распределения) существуют? Построение площадных объектов на основе дискретных точек.

Моделирование.Что, если..? Это вопрос ставят, если хотят, например, выяснить, как повлияет изменение или добавление фактора на общую структуру, например что произойдет, если к существующей сети добавить новую дорогу или если токсичное вещество просочится в грунтовые воды.

С точки зрения геоинформатики классификацию всех информационных систем можно представить в виде таксономического дерева:

Схема 1. Классификация информационных систем

По территориальному охватуразличаются глобальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС и локальные ГИС. ГИС различаются по предметной областиинформационного моделирования, например: муниципальные ГИС, природоохранные ГИС, инженерные и т. п. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений.

По другому признаку классификации в настоящее время в применяются 2 типа ГИС: топологические и нетопологические.Первые способны обрабатывать информацию, связанную с категориями соседства, включенности (различают правую и левую стороны объектов), вторые – нет. Пример первого типа – линейка продуктов ArcGIS компании ESRI и подобные ей системы. Пример второго типа – ГИС Mapinfo. Оба программных продукта также могут иллюстрировать другую дифференцировку – по области применения. Первые в основном решают задачи аналитического и мониторингового характера, поскольку обладают большим числом интегрированных функций, возможностью автоматизации процедур и даже создания экспертно-аналитических автоматизированных систем. Подобные Mapinfo программы более приспособлены для подготовки картографических материалов.

Логически и организационно во всех ГИС можно выделить несколько конструктивных подсистем, выполняющих определенные функции.

Схема 2. Функциональная структура ГИС

Система вводапредставляет собой аппаратные средства (клавиатура, мышь, дигитайзер, сканер, приемник GPS и т. д.) и интерфейс ввода данных. Затем координатные и атрибутивные данные хранятся в соответствующих базах данныхи по запросу систем управления и обработки и визуализациииспользуются для осуществления всевозможных (математических, логических, аналитических, статистических) операций. Система выводапозволяет выводить результаты этих операций на монитор, печатать, передавать их через Интернет или сохранять для использования в других программах.