Курсова робота аспіранта 2-го року кафедри інтелектуальних систем Костюкевича А.В.
Білоруський державний університет
Мінськ 2000
Різні застосування інформаційних систем для роботи з просторовою інформацією.
Областей застосування географічних інформаційних систем (ГІС) існує велика кількість і, по всій видимості, число їх і ще буде рости. У кожній з прикладних областей існують свої специфічні потреби та своя специфічна термінологія, своя історія впровадження геоінформаційних технологій. На початковому етапі ці технології розвивалися в значній мірі незалежно в різних прикладних областях. Це є однією з причин того, що сьогодні в світі налічується вже дуже багато комерційних пакетів програм для роботи з ГІС (може бути, навіть занадто багато), їх функції часто в значній мірі збігаються, але при цьому найчастіше використовується різна термінологія для позначення однакових або подібних функцій та елементів моделей даних. Іноді прямо термінологія конкретної прикладної області проникає в термінологію пакета для позначення тих функцій і понять, які, в принципі, мають відношення до загальної геоінформатики, але в практиці застосування даного пакету мають конкретне більш вузьке і специфічне призначення. Наприклад, абсолютно одна і та ж функція проведення ізоліній рівних значень числової величини по регулярній сітці спостережень в одному пакеті може називатися функцією побудов ізогіпс (маючи на увазі рельєф місцевості), а в іншому - функцією побудови ізоліній концентрації (маючи на увазі дані по геохімічним полях ). Подібні термінологічні проблеми, природно, ускладнює розуміння і обговорення багатьох питань, пов'язаних з геоінформатики, так само як і порівняння та освоєння пакетів програм.
1. Сфери застосування ГІС.
З наведеного вище опису призначення геоінформатики ясно, що і побудовані на її базі геоінформаційні технології та геоінформаційні системи, хоча вони й називаються часто географічними інформаційними системами, ніяк не можна трактувати в загальному випадку як інформаційні технології та інформаційні системи для географії (або геології, геодезії). Вони мають значення і застосування значно ширше, ніж тільки в зазначених дисциплінах. Приставка "гео" означає тільки використання "географічного", тобто просторового принципу організації інформації, тільки те, що це технології і системи, призначені для роботи з просторовою інформацією. Тому області застосування ГІС та геоінформатики сьогодні знаходяться майже в усіх сторонах людської діяльності. Можна сказати, що перерахувати сфери застосування ГІС не простіше, ніж перерахувати сфери застосування СУБД.
Сьогодні можна назвати, залишаючи осторонь суто наукові програми, такі великі області застосування ГІС, причому цей список далеко не повний, і наводиться просто для прикладу:
Управління земельними ресурсами, земельні кадастри.
Інвентаризація та облік об'єктів розподіленої виробничої інфраструктури та управління ними.
Проектування, інженерні вишукування та планування в містобудуванні, архітектурі, промисловому і транспортному будівництві.
Тематичне картографування практично в будь-яких областях його застосування.
Морська картографія та навігація.
Аеронавігаційне картографування і керування повітряним рухом.
Навігація і управління рухом наземного транспорту. Дистанційне зондування.
Управління природними ресурсів і (водними, лісовими і т.д.).
Представлення та аналіз рельєфу місцевості.
Моделювання процесів в природному середовищі, управління природоохоронними заходами.
Моніторинг стану навколишнього середовища. Реагування на надзвичайні та кризові ситуації.
Геологія, мінерально-сировинні ресурси і гірничодобувна промисловість.
Планування та оперативне управління перевезеннями.
Планування розвитку транспортних і телекомунікаційних мереж.
Маркетинг, аналіз ринку. Археологія.
Комплексне управління і планування розвитку території, міста.
Безпека, військову справу і розвідка. Загальне та спеціальну освіту. Сільське господарство [1].
Ніякого особливого порядку в цьому списку немає. Зазначимо тільки, що в ньому присутні як терміни, що стосуються предмета активності (земельні ресурси), так і пов'язані з завданням або дідам (планування розвитку, управління перевезеннями), а також і до методів і засобів (дистанційне зондування).
У цій великій області додатків можна виділити декілька основних типів. Одні пов'язані з завданнями обліково-інвентаризаційного типу, акцент робиться на даних і вимірах (наприклад, завдання земельного кадастру або управління розподіленої виробничої інфраструктурою великого підприємства). Інші пов'язані з завданнями управління та прийняття рішень. По-третє акцент робиться на моделюванні і складному аналізі даних. Перший тип має найбільш важливе значення, хоча б у силу того, що на цей тип завдань припадає максимальна кількість реалізованих і знаходяться в режимі експлуатації систем, у тому числі найбільші за кількістю користувачів і обсягами зібраних даних. (Для програм цього типу взагалі характерна робота з великим числом об'єктів і висока детальність вивчення території.) Використання ГІС в якості інформаційно-довідкових систем починає також широко використовуватися в навчанні. Відзначимо також, що незалежно від того, чи використовуються при роботі з даними потужні аналітичні процедури і складні запити, ГІС дуже часто використовуються як засоби підтримки прийняття рішень. Досягається тут ефективність, навіть при використанні мінімальних коштів, доступних геоінформатики, часто дуже висока за рахунок високої наочності картографічної візуалізації інформації та зручності доступу до інформації.
Знання конкретних потреб тієї чи області застосування, тієї або іншої задачі, є важливим для раціонального вибору програмних засобів і побудови ефективної структури бази даних. Наприклад, для одних застосувань найбільш ефективною є пошарове організація даних, для інших - Об'єктна "бесслойная" модель даних. Часто оптимальним рішенням виявляється комбінування цих двох підходів.
2. Приклади різних вимог до даних.
Пошук шляху - одна з основних людських потреб. Знання того, як зорієнтуватися в системі вулиць міста, знайти оптимальний маршрут від свого дому до роботи, як пояснити дорогу до метро заблукав перехожому - це тільки деякі з проблем знаходження маршруту, в яких ми залучені щодня.
Однак перейдемо від розгляду можливостей системи (вони швидко розвиваються і удосконалюються) до питання про дані, необхідних для її функціонування. Нам необхідна координатна інформація, щоб відобразити у вигляді карти форму і взаєморозташування доріг. Нам потрібні, ймовірно, місцезнаходження кожної поштової адреси, щоб їх можна було використовувати в діалозі з системою, а також назви конкретних місць і районів міста, щоб вони могли бути використані як орієнтири. Природно, необхідні назви вулиць. Якщо ми хочемо, щоб система була досить універсальною, вона повинна бути здатна обробляти різні особливі ситуації, наприклад, не втрачати працездатності у випадках, коли одна і та ж вулиця має декілька назв (різні назви для правого і лівого боку, як це має місце в деяких країнах), коли поштові адреси розподілені уздовж вулиці не в строгому порядку і т.п. Деяка додаткова інформація може бути необхідна при пошуку оптимального маршруту, наприклад, місця і час проведення дорожніх робіт, середній час проїзду по певних вулицях з урахуванням інтенсивності руху (можливо, різною в різні години і дні тижня і неоднакового в різних напрямках). Також дуже важливо знати, які вулиці з'єднані в сенсі можливості зробити поворот, який характер такого з'єднання (з якого напряму руху можливий поворот, в який час доби і тижня, яке середній час виконання повороту в даному напрямку з урахуванням інтенсивності руху). Загалом можна зробити висновок, що дуже і дуже багато різноманітних даних, у тому числі статистичних, оцінних (середній час руху) і вельми оперативних (відомості про перекриття вулиці через аварію або автомобільної пробки) необхідні для правильного і практично корисного функціонування такої системи .
У багатьох застосуваннях ГІС, однак, використовувані дані можуть бути не настільки різноманітні і складні. Але що б ми не займалися, ми, по суті, маємо справу з небагатьма категоріями, такими як:
1. Явищами, умовами або об'єктами, які мають певну мінливість від місця до місця.
2. Природними об'єктами, часто з нечіткими межами або взагалі не мають кордонів.
3. Об'єктами, створеними людиною, зазвичай мають чіткі і ясні межі та форми.
4. Явищами, чітко локалізованими у просторі.
5. Об'єктами, які пов'язані або не пов'язані один з одним у просторі [2].
Іншими словами, ми маємо справу з властивостями просторових об'єктів, як-то розташованих в деякій системі координат або прив'язки. Можна також відзначити виключно високу роль забезпеченості ГІС даними, які є одним з найважливіших компонентів працюючої системи й необхідною умовою її практично корисного функціонування. У наступних розділах книги ми неодноразово будемо повертатися до проблеми даних в ГІС - різним їх видами, різним вимогам до даних, які висуваються конкретними завданнями, різним їх джерел і технологій введення даних і т.д.
Ресурси Internet у сфері геоінформаційних систем
Пошук в Internet
Як і всяка інша інформація, географічні дані широко представлені в мережі Internet. Для того, щоб знайти необхідне, можна скористатися послугами пошукових серверів. Серед них можна виділити як сервера «загального призначення», наприклад
http://www.altavista.com/ - проект Altavisha.com,
http://www.yahoo.com/ - проект Yahoo.com,
http://adm.atrus.ru/ - проект @ Rus,
http://www.rambler.ru/- проект Rambler.ru,
http://www.open.by/ - сайт «Відкритий контакт»,
http://www.09.open.by/ - пошуковик "Відкритого контакту",
http://www.zubr.by/ - регістр білоруських WWW-ресурсів,
так і тематичні, наприклад
http://wholeminsk.nsys.by/ - пошук у Мінську по телефону, за адресою або за назвою та спеціалізовані:
http://www.dataplus.ru/WIN/search/search.asp - пошуковик з геоінформаційних технологій на сайті фірми Дата +,
http://www.esri.com/data/online/index.html - ArcData OnLine - пошук даних на сайті компанії ESRI,
http://www.mapinfo.com/data/index.html - пошук даних на сайті компанії MapInfo.
Ресурси Internet в галузі географічних даних
У геоінформаційних системах можна виділити такі види даних, як растрові і векторні. До растровим можна віднести:
вихідні аеро-і космічні знімки поверхні Землі різного спектрального та просторового дозволу;
відскановані карти і плани місцевості;
зображення, синтезовані з векторних тематичних даних.
Векторні дані задаються координатами об'єктів у будь-якій кордінатной системі.
У рішенні прикладних географічних завдань виникає необхідність у вихідних даних і в програмному забезпеченні. Великі фірми, як правило, надають і те, і інше. Так, наприклад, фірма MapInfo, Inc. (Http://www.mapinfo.com/) надає як готові ГІС Mapinfo зі своєю мовою управління MapBasic і додатковими програмами, так і векторні дані у власному форматі (який, до речі, сумісний з додатками Microsoft Office - Excell і Word).
З російськомовних сайтів слід виділити http://www.dataplus.ru/ московської фірми Дата +.
Дата + пропонує на Російському ринку ліцензійні програмні продукти, розроблені і вироблені фірмами:
ESRI, Редландс, Каліфорнія, США - http://www.esri.com/ - надає повний інструментарій ГІС від обробки первинних зображень до створення кінцевого продукту, в тому числі Arc / INFO, ArcView.
ERDAS, Атланта, штат Джорджія, США - http://www.erdas.com/- надає інструменти ГІС для просторового аналізу, сумісні з продукцією ESRI.
Дата + пропонує дані дистанційного зондування Землі (аеро-та космічної зйомки у видимому та ІЧ діапазоні), будучи офіційним дистриб'ютором фірм:
SPOT IMAGE, Франція - www.spotimage.fr
SPACE IMAGING, США - www.spaceimaging.com
EURIMAGE, Італія - www.eurimage.it
СканЕкс, Росія - scanex.ss.msu.ru
СОВІНФОРМСПУТНІК, Росія - www.sovinformsputnik.com
У сукупності ці постачальники надають космічні знімки, здатні значно полегшити вирішення багатьох господарських завдань.
На сторінці Дата + також представлені посилання на сайт інформаційно-освітнього видання Дата + "ArcReview" (огляд сучасних геоінформаційних технологій) - http://www.dataplus.ru/WIN/ARC REV / index.htm.
Серед тем цього журналу - "ГІС і транспорт", "ГІС і бізнес.", "ГІС і дистанційне зондування. "," ГІС і екологія "," ГІС у нафтовій та газовій промисловості "," ГІС і телекомунікації "," ГІС і інженерні комунікації ".
У розділі «Все про ГІС» (http://www.dataplus.ru/win/All_Gis/index.htm) - безліч статей по тематиці сайту, інформація про конференції, що проводяться в рамках Дата +. Так, недавно фірма Дата + проводила 2-й конкурс за Програмою Підтримки ВНЗ: http://www.dataplus.ru/WIN/NEWS/concursV.htm
Переможцям робляться великі знижки при пріобетеніі програмних продуктів у цієї фірми, аж до безкоштовного надання. Так, в числі переможців цього конкурсу - Білдержуніверситету.
Багато в чому цікава сторінка Міжрегіональної громадської організації сприяння розвитку ринку геоінформаційних технологій та послуг - http://gisa.saog.ac.ru/. Серед напрямків роботи асоціації видання і підтримка видання спеціальних публікацій, проведення спеціальних виставок, конференцій, семінарів, організація спільної участі розробників систем у найбільших російських і міжнародних виставках, конференціях, семінарах; консалтинг та аналізу розвитку програмно-апаратних засобів, розробка рекомендацій щодо стандартизації обміну географічними даними, сприяння у підготовці та працевлаштування фахівців:
У асоціації є свої видання (http://gisa.saog.ac.ru/gis_serv/our_publ/Index_Our_publ.htm):
Журнал інформаційний бюлетень ГІС-асоціації (http://gisa.saog.ac.ru/gis_serv/our_publ/inf_bull/Index_Inf_Bul.htm)
Інформаційний бюлетень ГІС-Асоціації
Видання матеріалів семінарів, конференцій, форумів
ГІС-щорічник (http://gisa.saog.ac.ru/gis_serv/our_publ/Egegod_obzor/obzor98.htm)
Тлумачний словник з геоінформатики сторінка Ю.Б. Баранова, А.М. Берлянта та ін - http://www.ihst.ru/project_link/glossary/titul.htm
Тут також можна знайти географічні дані, от, приміром, карта центрального району Росії (http://gisa.saog.ac.ru/gis_serv/region/Centr/index_Centr.htm):
Тема: Географічні карти в MS Excel
Серед багатьох інструментальних засобів Microsoft Excel є можливість підключати географічні карти.
Відображення даних на карті може допомогти побачити нові сторони явищ і провести аналіз даних «на око», який часто виявляється дуже точним і істотно покращує розуміння речей і явищ.
При поданні даних у вигляді великих масивів рядків і стовпців чисел зрозуміти взаємозв'язок даних надзвичайно важко. Подібно діаграм, відображення даних на географічній карті може істотно полегшити розуміння сенсу числових даних.
Взаємозв'язок даних з картографічними об'єктами робить доступною для аналізу нову інформацію, якої не було в даних до цього. А значить, відображення даних на карті істотно розширює можливості аналізу даних. Наприклад, відображення на карті демографічних даних може істотно допомогти в проведенні аналізу плану продажів і дій по рекламі товарів (Мал. 1).
Рис. 1. Демографічна ситуація у світі
Цей приклад був створений на основі файлу Mapstats.xls, включеного в стандартний набір прикладів по картографії для MS Excel. У нього включені демографічні дані по Росії, по країнах світу та Європи - статевовікова структура, кількість робітників і т.п. На жаль, через неповноти відомостей у файлі Mapstats.xls багато країн виглядають на карті білими плямами.
Кроки виконання:
1 Обраний діапазон. При цьому один із стовпців діапазону повинен містити наявні в базі даних назви географічних об'єктів (наприклад, назви країн).
2 У меню Вставка вибираємо команду Карта або натискаємо кнопку .
3 За допомогою миші вказуємо область, в яку слід помістити карту на аркуші Excel.
Натиснувши кнопку , Ми можемо налаштувати параметри відображення (Мал. 2):
Рис. 2. Налаштування параметрів карти
Перетягуючи у виділену пунктиром область одну з ікон в лівій частині, ми вибираємо варіант відображення даних - кругова або стовпчаста діаграма, щільність точок або колір заливки.
5. Після закриття цього вікна, клацнувши двічі за легендою цікавить нас теми, ми можемо налаштувати її відображення, наприклад, число градацій кольору для ступеня урбанізації на рис. 1.
Список літератури
1. Демерс М.М. Географічні Інформаційні Системи. - М.: Видавництво СП Дата +, 1999 .- 491 с.
2. Кошкар А.В., Тикунов BC Геоінформатика. — М.: Картоцентр -Геодезиздат, 1993. — 213 с.