Геоинформационные системы

Введение

На протяжении столетий географические карты были для людей важнейшим инструментом в исследовании и заселении территорий, планировании их развития, борьбе за них. В США карты стали неотъемлемой составляющей планирования и выполнения государственных, частных и некоммерческих проектов на всех уровнях – местном, региональном, федеральном и международном.

Карты говорят нам, где мы находимся. Они помогают нам разбираться в нашем окружении, находить в нем оптимальные маршруты перемещения в нужные пункты. Грамотное и разумное применение карт может быть средством решения споров, некомпетентный подход порождает конфликты. Карты преобразуют неизвестное в известное, существенно облегчая нам поиск ответа на вопрос «Что и как делать?»

Как и многие другие стороны нашей жизни, карты значительно изменились благодаря компьютерам и средствам связи. В былые времена карты были рисунками (чертежами), сейчас карты – это, прежде всего, данные. Сегодня карты создаются с помощью геоинформационных систем, средств дистанционного зондирования, сложных алгоритмов и методов передачи сюжета. Постоянное снижение стоимости хранения, обработки и распространения информации позволило создавать карты с практически неограниченным объемом данных и аналитическими возможностями.

В этих изменениях – корень двух важных взаимосвязанных тенденций. Во-первых, улучшается качество, эффективность и продуктивность действий органов государственной власти. Во-вторых, возникла новая профессия – проектировщик геоинформационных систем, обеспечивающая десятки тысяч людей хорошо оплачиваемой работой как в частном, так и в государственном секторе. Как грибы после дождя возникают новые предприятия, предлагающие всё больше новых продуктов и услуг благодаря чрезвычайной полезности геоинформационных систем для человеческой деятельности.

Сегодня правительство США на федеральном уровне активно использует цифровые картографические данные и ГИС-технологии практически в каждом министерстве и ведомстве – от управления чрезвычайными ситуациями и обеспечения национальной безопасности до изучения окружающей среды, охраны природы и здравоохранения. Применение ГИС и преимущества их использования в этих областях хорошо описаны, количество примеров постоянно растет.

Традиционно, многие из этих применений ГИС были сфокусированы на конкретных проектах. Однако по мере того, как администрации городов, округов и штатов расширяли использование этой технологии, вырисовывалась необходимость реализации всеобъемлющего, корпоративного подхода и создания общенациональной системы.

Такая система должна интегрировать управление ключевыми наборами географических данных страны и обеспечивать различные правительственные агентства геоинформационными услугами и приложениями на их основе. Заслуживающие внимания и всяческого одобрения усилия по созданию такой системы уже неоднократно предпринимались, однако пока они так и не привели к достижению главной цели – созданию работоспособной системы.

Новости. Страница 1

История ГИС

Пионерский период (поздние 1950е — ранние 1970е гг.)

Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

• Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах.
• Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х.
• Создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров.
• Создание формальных методов пространственного анализа.
• Создание программных средств управления базами данных.

Период государственных инициатив (нач. 1970е — нач. 1980е гг.)

Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям:

• Автоматизированные системы навигации.
• Системы вывоза городских отходов и мусора.
• Движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т. д.

Период коммерческого развития (ранние 1980е — настоящее время)

Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

Пользовательский период (поздние 1980е — настоящее время)

Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

Связанные технологии

ГИС тесно связана с рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие
заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных
данных. Хотя единой общепринятой классификации информационных систем не существует,
приведенное ниже описание должно помочь дистанцировать ГИС от настольных картографических
систем (desktop mapping), систем САПР (CAD), дистанционного зондирования (remote
sensing), систем управления базами данных (СУБД или DBMS) и технологии глобального
позиционирования (GPS).

Системы настольного картографирования используют картографическое представление
для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все
основано на картах, карта является базой данных. Большинство систем настольного
картографирования имеет ограниченные возможности управления данными, пространственного
анализа и настройки. Соответствующие пакеты работают на настольных компьютерах
— PC, Macintosh и младших моделях рабочих станций UNIX.

Системы САПР способны создавать чертежи проектов, планы зданий и инфраструктуры.
Для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными
параметрами. Они основываются на небольшом числе правил объединения компонентов
и имеют весьма ограниченные аналитические функции. Некоторые системы САПР расширены
до поддержки картографического представления данных, но, как правило, имеющиеся
в них утилиты не позволяют эффективно управлять большими базами пространственных
данных и анализировать их.

Дистанционное зондирование и GPS. Методы дистанционного зондирования
— это и искусство, и научное направление для проведения измерений земной поверхности
с использованием сенсоров, таких как различные камеры на борту летательных аппаратов,
приемники системы глобального позиционирования и другие устройства. Эти датчики
собирают данные в виде наборов координат или изображений (в настоящее время
преимущественно цифровых) и обеспечивают специализированные возможности обработки,
анализа и визуализации полученных данных. Ввиду отсутствия достаточно мощных
средств управления данными и их анализа, соответствующие системы в чистом виде,
то есть без дополнительных функций, вряд ли можно отнести к настоящим ГИС.

Системы управления базами данных предназначены для хранения и управления
всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные. СУБД
оптимизированы для подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка
СУБД. Эти системы в массе своей не имеют сходных с ГИС инструментов для анализа
и визуализации.

13.7. ВИРТУАЛЬНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ

Дальнейшее развитие геоинформационных технологий привело к созданию изображений, сочетающих свойства карты, перспективного снимка, блок-диаграммы и компьютерной анимации. Такие изображения получили название виртуальных. Этот термин имеет несколько смысловых оттенков: возможный, потенциальный, не существующий, но способный возникнуть при определенных условиях, временный или непродолжительно существующий, а главное – не реальный, но такой же, как реальный, неотличимый от реального. В машинной графике визуализация виртуальной реальности предполагает, прежде всего, применение эффектов трехмерности и анимации. Именно они создают иллюзию присутствия в реальном пространстве и возможности интерактивного взаимодействия с ним.
В картографии виртуальные модели понимаются как изображения реальных или мысленных объектов, формируемые и существующие в программно-управляемой среде. Как любое картографическое изображение, они имеют проекцию, масштаб и обладают генерализованностью. Сама же виртуальная реальность – это интерактивная технология, позволяющая воспроизводить реальные и (или) мысленные объекты, их связи и отношения в программно-управляемой среде.
Считается, что отказ от условных знаков, стремление придать виртуальным изображениям «натуральность», объемность, естественную окраску и освещение создает иллюзию реального существования объекта. Тем самым ускоряется процесс коммуникации, и повышается эффективность передачи пространственной информации.
Технологии создания виртуальных изображений многообразны. Обычно вначале по топографической карте, аэро- или космическому снимку создается цифровая модель, затем – трехмерное изображение местности. Его окрашивают в цвета гипсометрической шкалы либо совмещают с фотоизображением ландшафта и далее используют как реальную модель.
Одна из наиболее распространенных виртуальных операций – «облет» полученного изображения. Специальные программные модули обеспечивают управление полетом: движение по избранному направлению, развороты, изменение скорости, показ перспективы. С помощью клавиатуры и джойстика (манипулятора в форме рукоятки с кнопками) можно выдерживать полет на заданной высоте, с установленной скоростью, над точками с заранее избранными координатами. Кроме того, предусмотрены возможности выбора состояния неба (облачности), тумана, условий освещения местности, высоты Солнца, времени дня, эффектов дождя или снегопада и т.п. Модули редактирования позволяют дополнительно наносить новое тематическое содержание, менять текстуру местности, использовать цветные сетки и подложки, размещать надписи, выбирая размер и цвет шрифтов, добавлять тексты и даже звуки.
Крупномасштабные тематические виртуальные изображения дают довольно подробное представление о рельефе и ландшафте, геологическом строении, водных объектах, растительном покрове, городах, путях сообщения и т.п. Возможность интеграции разной тематической информации в единой модели – одно из главных достоинств виртуального изображения. Пролетая и «зависая» над горами, можно детально рассмотреть террасированность их склонов, провести морфометрические измерения, определить характер эрозионных и оползневых процессов, а двигаясь над городскими территориями, – оценить особенности застройки и распределения зеленых массивов, спроектировать размещение новых зданий и транспортных магистралей.
При виртуальном моделировании часто используют многоуровневую аппроксимацию. По одной и той же цифровой модели рельефа, ландшафта или растительного покрова выполняют несколько аппроксимаций с разными уровнями детальности. Это позволяет не ограничиваться увеличением или уменьшением масштаба, а переходить при необходимости на иной уровень детальности. Так возникает своеобразная мультиуровневая генерализация.
Наибольшее применение виртуальные изображения имеют при решении таких практических задач, как мониторинг районов природного риска, строительство зданий и автострад, прокладка трубопроводов, оценка загрязнения среды и распространения шумов от аэропортов и т.п. Возможно использование аналогичных технологий в научных и учебных целях, например для создания средне- и мелкомасштабных виртуальных изображений, в том числе глобусов. На глобусах изображают, скажем, природную зональность земного шара, ход климатических процессов, сезонные изменения растительного покрова и ландшафта, миграцию населения, движение транспортных потоков и т.д. Сюжеты виртуальных тематических карт столь же разнообразны, как и в традиционном картографировании.

Какие условия нужны для успеха работ по созданию национальной ГИС?

• Лидеры, то есть лица, способные реализовать такую систему, кому доверяют, оказывают поддержку и за кем готовы следовать другие.
• Продемонстрированное постоянное действие по формированию и наполнению системы, поскольку возобновляемость данных очень важна.
• Четкое определение того, что собой должна представлять Национальная карта/ Национальная ГИС, и тщательная подготовка плана ее реализации.
• Поддержка со стороны ведущих государственных органов: Геологическая служба (основное картографическое ведомство), Министерство внутренних дел, Министерство финансов, Конгресс и др.
• Хорошее информационное взаимодействие. Оно необходимо для передачи всем не только видения системы, но также и плана реализации, текущего состояния дел и достигнутых результатов.
• Готовность сотрудничать и идти на компромиссы на всех уровнях власти. Это нужно для того, чтобы свести к минимуму дублирование усилий везде, где возможно, чтобы было легче поддерживать и развивать базы данных.
• Ресурсы (кадры, инвестиции, пропаганда идей, обучение и т.д.)
• Ведущая организация по воплощению в жизнь и сопровождению системы.
• Финансирование, упрощенная процедура согласований и поставок на межправительственном уровне.
• Более четкое понимание преимуществ ГИС-технологии руководителями верхнего уровня.

2015

Названы оператор и непосредственный куратор ГИСП

15 октября 2015 года стало известно о том, кто будет курировать создание государственной информационной системы промышленности. Непосредственным руководителем проекта выбран бывший топ-менеджер «Ростеха» Сергей Парфенов.

Его назначили заместителем директора Фонда развития промышленности (ФРП), который, как стало известно ранее в октябре 2015 года, является оператором проекта создания ГИС «Промышленность», говорится в сообщении ФРП.

Перед Сергеем Парфеновым поставлена задача в 2015 году запустить государственную информационную систему промышленности

По словам директора фонда Алексея Комиссарова, от Сергея Парфенова требуется организация начала эксплуатации ГИС «Промышленность» до конца 2015 года. Кроме того, перед ним поставлена задача по разработке концепции и детализированного трехлетнего плана развития проекта, отметил Комиссаров.

На базе ФРП планируется создать систему комплексной поддержки промышленных инвестиционных проектов в режиме «одного окна». К середине октября 2015 года уже запущен консультационный центр, который помогает промышленным предприятиям разобраться в критериях и процедурах различных мер господдержки. Запуск новой информационной системы и объединение данных о федеральных и региональных программах развития промышленности позволит сделать эту работу более эффективной, сообщают в ФРП.

Смещение планируемой даты запуска

В первом официальном заявлении Минпромторга о планах создания ГИС промышленности от августа 2014 года говорилось, что система должна заработать с 2015 года.

В апреле 2015 года на общественное обсуждение был вынесен проект правительственного постановления «О порядке создания, эксплуатации и совершенствования государственной информационной системы промышленности»

В июне 2015 года директор департамента информационных технологий и общественных связей Минпромторга Сергей Валуев заявил в интервью CNews, что «уже завершено общественное обсуждение документа, и сейчас он проходит этап согласования с другими ведомствами».

Изменения подхода к выбору подрядчика

В сообщении Минпромторга в августе 2014 года о создании ГИС промышленности говорилось, что «в ближайшее время планируется объявить конкурс среди ИТ-компаний» на ее разработку.

В июне 2015 года источник TAdviser, знакомый с деятельностью Минпромторга, сообщил, что разработчиком ГИСП может без конкурса стать госкорпорация «Ростех» (вероятно, принадлежащий ей «Национальный центр информатизации»). Для этого «Ростех» должен получить статус единственного исполнителя.

Собеседник CNews говорит, что за такой подход выступает министр связи Николай Никифоров. По словам источника, близкого к Минпромторгу, «Ростех» действительно предлагал себя в качестве единственного исполнителя, но от этого предложения в министерстве пока отказались.

В «Ростехе» не смогли прокомментировать ситуацию, в Минкомсвязи сообщили, что оператором ГИСП является Минпромторг, который и должен принять решение об исполнителе.

ГИС — классификация

Классификаций этих систем существует несколько. Если делить их по принципу охвата территории, то каждую ГИС можно будет отнести к глобальным, субконтинентальным, национальным, региональным, субрегиональным, а также местным или локальным системам.

Если отталкиваться от уровня управления, то данные системы состоят из федеральных, региональных, муниципальных и корпоративных.

Различают их и по функционалу. ГИС (расшифровка аббревиатуры понятна большому числу пользователей) могут быть как полнофункциональными, так и специализированными, предназначенными для решения определенных задач — например, просмотра данных, их ввода и обработки.

В зависимости от предметной области ГИС можно отнести к картографическим, геологическим, природоохранным, а также муниципальным или городским.

Интегрированные географические информационные системы — те, в которых, помимо стандартного функционала, имеется возможность подвергать изображения цифровой обработке. Полномасштабные ГИС воспроизводят данные в любом выбранном масштабе. Пространственно-временные системы дают возможность оперировать информацией в прошлом или будущем времени.

Немного истории

Первые попытки подобных разработок относятся к концу 50-х — началу 70-х годов прошлого столетия. Именно тогда нарабатывался первый практический опыт, создавались пилотные проекты и теоретические разработки. К этому же времени относится появление первых ЭВМ.

Десятилетием позже уже существовал ряд периферийных устройств. Был придуман графический дисплей и многое другое, затем стали появляться программные алгоритмы обработки информации. Постепенно были выработаны и утверждены способы осуществлять пространственный анализ и появились программы для работы с БД (базами данных).

Про ГИС

ГИС – это набор компьютерного оборудования, географических
данных и программного обеспечения для сбора, обработки, хранения,
моделирования, анализа и отображения всех видов пространственно привязанной
информации.

ГИС – это среда, которая связывает
географическую информацию (где что находится) с описательной (что собой это
представляет). В отличие от обычных бумажных карт (даже отсканированных), на
которых «что вы видите, то и получите», ГИС предоставляет в ваше распоряжение
множество слоев разнообразной общегеографической и тематической информации.

Взглянув на бумажную карты, вы увидите привычное представление
городов и дорог, гор и рек, административных и прочих границ. Города
представлены точками и кружками, дороги – черными линиями, горные пики
треугольничками, а озера – голубыми областями.

Работать с ГИС-картой столь же просто. Вы также можете увидеть
на ней точки, представляющие такие объекты, как города, линии, представляющие
протяженные объекты (например, дороги), и небольшие замкнутые области,
соответствующие площадным объектам, таким как озера.

При это вся исходная информация –
где расположены точки, какова длина дорог или площадь озера – хранится в
отдельных слоях в цифровом виде на компьютере. И все эти географические данные
рассортированы по слоям, причем каждый слой представляет свой тип объектов
(тему). Одна из таких тем может содержать все дороги на определенной
территории, другая – озера, а третья – все города и другие населенные пункты на
той же территории.

И эти темы можно накладывать друг на
друга и получить комплексную информацию по данной территории. В любой момент
можно включить или отключить отображение любого из слоев, поменять их
очередность в зависимости от решаемых задач и вопросов, на которые ищутся
ответы. Вы также всегда можете контролировать объем и полноту отображаемой на
карте информации, проводить комплексный пространственный анализ и моделирование
имеющихся данных.

Как пользователи ГИС работают с географической информацией

Существует два основных способа работы с географическими данными:

• В качестве наборов данных, однородные коллекции географических объектов, растров и атрибутов организованы по таким темам с данными, как земельные участки, колодцы, строения, ортофотоизображения и основанные на растрах цифровые модели рельефа (ЦМР)
• В качестве отдельных элементов или поднаборов, такие отдельные пространственные объекты, растры и значения атрибутов содержатся в отдельных наборах данных

Работа с наборами данных ГИС

В ArcGIS однородные коллекции географических объектов организованы по таким темам с данными, как земельные участки, колодцы, строения, ортофотоизображения и основанные на растрах цифровые модели рельефа (ЦМР).

Многие выполняемые в ArcGIS операции работают с наборами данных как входными данными или создают новые наборы данных на выходе. Наборы данных также чаще всего используются для обеспечения общего доступа к данным пользователям ГИС.

Наборы данных предоставляют первичные источники информации для всего описанного ниже:

Карты, глобусы, 3D сцены: на них географическая информация принципиально отображается как серии слоев карты. Каждый слой карты ссылается на определенный набор данных ГИС и используется для отображения и надписывания наборов данных. Таким образом, слои карты »оживляют» наборы данных ГИС.

Слои на 2D картах и 3D сценах используются для отображения и надписывания наборов данных ГИС. Таким образом, на карте есть слои городов, автострад, региональных и государственных границ, рек и озер. Каждый из этих слоёв используется для изображения набора данных ГИС.

Входные и производные данные геообработки: наборы данных ГИС — это обычные источники данных для геообработки, которые используются для автоматической обработки данных и ГИС-анализа. Наборы данных используются в качестве входных и производятся как результаты работы разнообразных инструментов геообработки.

Геообработка помогает автоматизировать многие задачи как серии операций, чтобы их можно было запустить за один раз. Это позволяет создать повторяемый, хорошо документированный рабочий процесс по обработке данных.

Пользователи работают с наборами данных ArcGIS также и для выполнения пространственного анализа.

Эта модель показывает, как найти и проранжировать возможные места для обустройства новых парков. В подходящих местах должна быть высокая численность населения, и они не должны находиться поблизости от существующих парков.

Работа с отдельными пространственными объектами и элементами наборов данных

Помимо работы с наборами данных, пользователи также работают с отдельными элементами, содержащимися в наборах данных. Эти элементы включают отдельные пространственные объекты, ряды и столбцы атрибутивных таблиц и отдельные ячейки наборов растровых данных. Например, если вы щёлкаете мышкой и идентифицируете отдельный земельный участок, то вы работаете с отдельным элементом набора данных:

При редактировании пространственных объектов вы работаете с отдельными элементами данных — как в данном примере с редактированием осевых линий дорог:

При работе с таблицами используется описательная информация, содержащаяся в строках и столбцах, как показано ниже: