Дмитрий Марков - Основы использования геоинформационных систем в образовании

Рис. 1. Результаты исследования по определению величины радиационного фона в пойме р. Теза. Слева табличный вариант представления данных А – долгота, В – широта, С – радиационный фон в (мкР/ч). Справа – графическое отображение представленных значений в программе Surfer 8.0.

Попробуйте по приведенной таблице за 5 секунд определить, в какой точке радиационный фон выше и ниже всего. А теперь сделайте то же по рисунку. Очевидно, что графическое представление информации является более информативным и позволяет обрабатывать большее количество материала.

В исследованиях по географии, биологии, экологии и истории, которые, как правило, посвящены изучению природных или социальных явлений и процессов, имеющих точную локализацию на земной поверхности, использование картографических материалов является необходимым условием эффективного выполнения проекта. Поэтому нам необходимо определиться с теми средствами, которые необходимо использовать для создания собственных карт.

Что такое ГИС?

Если говорить строго, то ГИС – это инструменты для обработки пространственно-временной информации (обычно привязанной к некоторой части земной поверхности) и используемые для управления ею. Геоинформационные системы в общем случае представляют собой не только информационные системы для географии (геологии, геодезии), но имеют более широкое значение и применение. Приставка «гео» означает использование «географического», т.е. пространственного принципа организации информации [Толковый, 2009].

При этом нужно разграничивать понятия «геоинформационные системы» и «геоинформационные технологии».

Геоинформационные технологии – совокупность методов и приемов практического использования достижений геоинформатики для манипулирования пространственно-временными данными, их сбора, представления и обработки, в том числе анализа. Геоинформационные технологии возникли на стыке географии, информатики, теории информационных систем и картографии. В настоящее время геоинформационные технологии становятся междисциплинарным интегрирующим средством, позволяющим объединять и изучать любые пространственно-временные и тематические данные [Толковый, 2009].

Как работают ГИС?

Мы уже знаем, что под ГИС понимают прикладные компьютерные программы, которые позволяют анализировать размещение объектов, процессов и явлений по территории с учетом правил картографии и проводить работу по сбору, хранению, анализу и отображению пространственной и атрибутивной (электронные таблицы) информации. В самом первом приближении ГИС можно представить как единый комплекс редактора растровой (Paint, Adobe Photoshop) и векторной (Corel Draw) графики с редактором электронных таблиц (MS Excel, Ststistica). При использовании такого «комбайна» мы можем анализировать графическую и статистическую информацию, интегрировать ее и отображать в удобном виде. Представление о функциональных возможностях современных ГИС дает следующий рисунок.

Рис. 2. Функциональный возможности ГИС

Примером принципиальной структуры ГИС является следующий рисунок, иллюстрирующий работу с базой данных «Шуя».

Рис. 3. Геоинформационный проект «Шуя»

Указанная база данных создана с использованием средств ГИС ArcGIS 10.0. Она представляет собой электронную карту города, которая состоит из последовательности слоев, каждый из которых представляет собой аналог прозрачной пленки. Слои накладываются один на другой и формируют составное изображение. Пользователь может включить или отключить отображение слоя, соответственно карта будет изменяться в зависимости от решаемых задач. Важной составной частью ГИС является встроенный редактор электронных таблиц (во многом аналогичный MS Excel). Электронная таблица содержит текстовую и цифровую информацию, а также гиперссылки и позволяет проводить ряд статистических операций. При этом каждый объект, нанесенный на карту, отображается в таблице, и наоборот. Есть у ГИС еще одно важное преимущество по сравнению с другими прикладными программами – они позволяют отображать информацию с учетом кривизны земной поверхности (о системах координат и проекциях мы поговорим ниже).

Если бы ГИС могли только интегрировать графическую и табличную (атрибутивную) информацию, они уже были бы мощным средством анализа географической информации. Но на этом функциональные возможности ГИС не ограничиваются. Современные ГИС представляют собой не просто электронное хранилище информации, они являются интерактивным инструментами взаимодействия с картами. Мы можем совмещать информацию из разных источников, проводить расчет статистических показателей, выводить результаты расчета в виде деловой графики, строить цифровые модели рельефа и выполнять другие операции. Таким образом, использование ГИС заменяет целый ряд специализированных компьютерных программ.

Зачем нужно использовать ГИС?

Как мы уже узнали изучение ГИС требует серьезной подготовки и сопряжено со значительными затратами времени и сил. Поэтому ответ на поставленный вопрос зависит от Ваших конечных целей и может быть выражен следующей аналогией – если требуется посадить растение, то достаточно использования обычного садового совка, а для разработки песчаного карьера уже не обойтись без экскаватора. Если Вашей главной задачей является создание «картинки», на которой будут отмечены «кружочки» (пунсоны), то вполне можно ограничиться использованием базового набора компьютерных программ (Paint, MS Office и др.). В принципе, создать элементарную карту можно и в многофункциональном текстовом редакторе MS Word. Правда изображение, как правило, будет не столь точным и эффектным, как хотелось бы создателю. Если же Вашей целью является получение достойного (ожидаемого) результата, за который будет не стыдно ни перед коллегами, ни перед самим собой, то, разумеется, необходимо использовать профессиональные средства. Термин «профессиональные» здесь используется не для того, чтобы испугать начинающих пользователей, а для того, чтобы указать на широкий спектр возможностей, которыми обладают эти программы.

Примером использования разных технологий при создании картографических материалов являются приведенные ниже карты. Первая из них отражает плотность сельского населения по муниципалитетам Ивановской области (создана в программах Paint и MS Word). Вторая иллюстрирует общую численность населения на 01.01.2009 г. (изготовлена с использованием полнофункциональной ГИС Arc GIS 10.0).