Логічна структура понятійно-термінологічного аппарата географічних інформаційних систем

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Логічна структура понятно-термінологічного аппарата географічних інформаційних систем

Наталія Сергєєва

Проаналізовано сукупність понять, які входять до складу поняттєво-термінологічного апарату географічних інформаційних систем (ГІС). Подано дефініції головних понять ГІС. Проаналізовано дефініції головних понять ГІС за допомогою методів математичної логіки. Складено логіко-математичні формули понять і їх дефініцій. Визначено типи відношень між головними поняттями термінологічного апарату ГІС. Побудовано семантичну мережу термінологічного апарату ГІС та проаналізовано відношення між поняттями всередині мережі.

Ключові слова: географічна інформаційна система, логіко-математичні методи, семантична мережа представлення знань, головні поняття ГІС.

термінологічний понятійний географічний інформаційний

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Постановка проблеми

Визначення та впорядкування термінологічного апарату є дуже важливим завданням будь-якої науки. В сучасних умовах все частішого застосування набуває геоінформаційне картографування, ГІС- аналіз, вчені працюють над створенням ГІС- проектів окремих регіонів. Відбувається формування професійної лексики, якою повинен володіти кожен розробник та користувач ГІС. Таким чином, особливої актуальності набуває визначення головних понять у сфері географічних інформаційних систем та створення мережі їх термінологічного апарату.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Наприкінці XX століття з'являються перші праці з геоінформаційної тематики не практичного, а саме навчального та наукового спрямування. Зокрема, з'являється ряд фундаментальних праць А. Берлянта [2], А. Кошкарьова, В. Тікунова [5], В. Цветкова [9] та ін. Також публікують словники термінів Є. Жалковський [10], Ю. Баранов, А. Берлянт, Є. Капралов та ін. [1]. Разом з появою теоретичних праць з'явились і перші спроби аналізу наявних термінів геоінформатики та ГІС та створення загального терміну, який би містив усі попередні напрацювання. Такий аналіз подано в праці А. Кошкарьова, В. Тікунова: розглянувши близько 20 визначень західних вчених, автори прийшли до висновку про мінімальний набір критеріїв, який дозволяє ідентифікувати географічну інформаційну систему [5]. Разом з тим, враховуючи динамічність розвитку геоінформатики та ГІС постає необхідність дослідження останніх змін у термінологічному апараті ГІС, а також встановлення зв'язків цього поняття з іншими поняттями, які використовуються в публікаціях з геоінформаційної тематики.

Постановка завдання. Метою нашого дослідження є узагальнення та систематизація понять, які вживаються в сфері геоінформаційних систем та їх дефініцій. Відповідно, поставлено такі завдання: визначити головні поняття ГІС та їх дефініції; за допомогою логіко-математичних методів та семантичної мережі представлення знань визначити структуру поняттєво-термінологічного апарату ГІС та проаналізувати відношення між поняттями, що входять до складу цього термінологічного апарату.

Виклад основного матеріалу

Під поняттєво-термінологічним апаратом науки розуміємо сукупність її термінів, понять і категорій. Центральною ланкою цього апарату є поняття, для визначення (дефініції) яких необхідні терміни [7, с. 137].

За М.О. Вакуленко, виділяють такі методи дослідження термінології: описовий метод, методи спостереження, ПСИХО-, соціо- та етнолінгвістичні методи, опитування, асоціативного експерименту, а також аналітичні методи, серед яких методи порівняльного, семантичного, концептуального, логіко-поняттєвого, історико-етимологічного, компонентного аналізу, індукцію та дедукцію, таксономізацію, формалізацію, ідеалізацію, структурний метод, функціональний метод, лінгвостатистичний метод, метод гіпотез, фальсифікацію, трансформаційний етап методу аналізу та синтезу, метод граматичної аналогії, метод пріоритетного функціонування, метод акустичних інваріантів тощо [11, с. 16-17].

Поняття про логіко-математичні методи. За [8, с. 223], логіко-математичні методи дослідження ґрунтуються на використанні особливої символічної мови, аксіоматичного методу, формалізації. Математична логіка досліджує предмет формальної логіки методом побудови спеціальних формалізованих мов, або розрахунків.

Математична логіка починається з розгляду зв'язків між висловлюваннями, тобто того, як одні висловлювання будуються на основі інших. Засоби побудови одних висловлювань на основі інших називаються логічними операторами, а дії, виконувані за допомогою цих операторів - логічними операціями. До логічних операцій належать: а) кон'юнкція - логічна операція, яка відповідає сполучнику "і" в звичайній мові (позначається за допомогою оператора А); б) диз'юнкція - логічна операція, котра відповідає сполучникам "або", "чи", "і (або)" (позначається за допомогою оператора V); в) імплікація - логічна операція, котра відповідає сполучникові "якщо...то" (позначається за допомогою оператора -->); г) еквіваленція - логічна операція, яка відповідає сполучнику "тоді і тільки тоді коли" (позначається за допомогою оператора <-»); ґ) заперечення - логічна операція, яка відповідає частці "ні" (позначається за допомогою оператора --і) [6, с.232-237].

З точки зору математичної логіки, дефініція поняття розглядається як предикат, причому зміст поняття подається за допомогою найближчої родової та істотних видових ознак. Обсяг поняття узагальнено відображає множину предметів, які мають ознаки, що становлять його зміст [6, с. 253].

Поняття про семантичні мережі. Під семантичною мережею розуміють інформаційну модель представлення знань у вигляді орієнтованого графа, вузли якого відповідають об'єктам (поняттям, явища, процеси, події тощо), а ребра - відношенням, які існують між об'єктами. Таким чином, кожен вузол графа відповідає елементу предметної множини, а ребро - предикату. Семантичні мережі, які не мають внутрішньої структури, називаються простими; якщо ж мережа включає вершини, які володіють внутрішньою структурою, то вона називається ієрархічною [3]. Відношення, які використовуються у мережі, класифікують так: відношення клас-підклас - між поняттями; частина-ціле - відношення включення одного об'єкта в інший; елемент-клас - між екземплярами понять і поняттями; властивість-значення; темпоральні (часові) відношення; логічні відношення; глибинно-наголосні семантичні відношення Філмора (виражають семантичні відношення між іменником та дією) [4]. Ми використовуємо семантичні мережі для моделювання структури термінологічного апарату.

Головні поняття ГІС та їхні дефініції. Перш за все, відобразимо місце географічної інформаційної системи у структурі систем загалом. Для цього використаємо такі поняття: система - ієрархічно впорядкована сукупність компонентів, що перебувають у зв'язках і утворюють функціонуючу цілісність; інформаційна система -- це вид системи, який складається з апаратного, програмного, інформаційного, кадрового, організаційно-правового та науково-методичного забезпечення і виконує функції збирання, зберігання, обробки, аналізу, моделювання даних, а також їх відображення та розповсюдження; географічна інформаційна система - це тип інформаційної системи, сферою застосування якої є робота з географічними даними.

Далі подамо визначення забезпечення ГІС і кожного його компоненту: забезпечення ГІС - сукупність компонентів, необхідних для функціонування ГІС. Апаратне забезпечення ГІС - це частина забезпечення ГІС, яка включає сукупність технічних засобів, необхідних для функціонування ГІС. Програмне забезпечення ГІС - це частина забезпечення ГІС, яка включає сукупність програмних засобів, необхідних для функціонування ГІС. Інформаційне забезпечення ГІС - це частина забезпечення ГІС, яка включає сукупність баз даних, необхідних для функціонування ГІС. Кадрове забезпечення ГІС - це частина забезпечення ГІС, яка включає сукупність фахівців, необхідних для функціонування ГІС. Організаційно-правове забезпечення ГІС - це частина забезпечення ГІС, яка включає сукупність нормативно-правових актів і документації, необхідних для функціонування ГІС. Науково-методичне забезпечення ГІС - це частина забезпечення ГІС, яка включає сукупність концепцій, методів і правил, необхідних для функціонування ГІС.

Розглянемо детальніше інформаційне забезпечення ГІС. Вважатимемо його тотожним поняттю баз даних ГІС, оскільки воно включає в себе сукупність баз даних ГІС. Його атрибутами є географічні дані (дані ГІС) і структура баз даних ГІС. Структура бази даних - це спосіб організації бази даних за записами і всередині кожного запису - за інформаційними полями. Географічні дані {дані ГІС) - це дані про географічні об'єкти, які призначені для зберігання в базах даних ГІС та використання в геоінформаційному аналізі та картографічному відображенні. Є два види даних ГІС, я саме: атрибутивні дані ГІС - це дані ГІС, що описують кількісні або якісні характеристики географічних об'єктів; картографічні дані ГІС - це дані ГІС, що описують геопросторову локалізацію або геопросторові відношення географічних об'єктів.

Кожен із вищевказаних видів даних може бути представлений у вигляді кількох моделей даних ПС - фіксованої системи понять і правил для подання структури, стану і динаміки проблемної області в базі даних.

Атрибутивні дані ГІС можуть бути представлені у вигляді чотирьох моделей атрибутивних даних ПС, а саме: реляційна модель мол ель даних ГІС, у якій дані організовані у вигляді простих таблиць; ієрархічна модель - модель даних ГІС, у якій дані організовані у вигляді ієрархічної структури; мережна (мережева) модель -- модель даних ГІС, у якій дані організовані у вигляді мережі; об'єктно-орієнтована модель - модель даних ГІС, у якій дані організовані як елементи ієрархічної системи спеціальних класів разом з властивостями та правилами поведінки цих класів.

До моделей картографічних даних ГІС належать: растрова модель -- це спосіб формалізації даних ГІС, при якому просторова інформація співвідноситься з комірками прямокутної сітки; векторна модель - це спосіб формалізації даних ГІС, при якому просторова інформація співвідноситься з елементарними графічними об'єктами.

Векторна модель картографічних даних ГІС являє собою сукупність шарів елементарних графічних об'єктів, серед яких: точка (точковий об'єкт) - дискретний нульвимірний елементарний просторовий об'єкт; лінія (лінійний об'єкт) - неперервний одновимірний елементарний просторовий об'єкт; полігон (площинний об'єкт, область) - неперервний двовимірний елементарний просторовий об'єкт.

Однією з найважливіших функцій ГІС є геоінформаційний аналіз - сукупність методів дослідження, які полягають у вивченні розміщення, структури, взаємозв'язків об'єктів, явищ і процесів засобами геоінформаційних систем. Геоінформаційний аналіз включає такі методи як: оверлейний аналіз - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті накладання картографічних шарів; аналіз за допомогою полігонів Тіссена - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті поділу території на спеціальні полігони; просторова інтерполяція - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті поширення значень ознак з точок спостереження на всю територію; трендовий аналіз - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті побудови просторового тренду досліджуваних ознак; класифікація - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті групування елементів картографічного зображення; аналіз геометрії - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті визначення метричних характеристик географічних об'єктів; аналіз розміщення - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті вивчення відношень досліджуваних об'єктів до територій; дистанційний аналіз - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті побудови буферних зон навколо досліджуваних об'єктів; аналіз просторового збігу і включення - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті вивчення просторових відношень між географічними об'єктами; мережевий аналіз - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті вивчення лінійно-вузлових географічних об'єктів методами теорії графів; моделювання - це метод геоінформаційного аналізу, який полягає в отриманні нової інформації в результаті побудови математичної просторової моделі досліджуваних явищ та проведенні експериментів на цій моделі.

Для логіко-математичного моделювання дефініцій введемо позначення понять та їх ознак: С - система; ІС - інформаційна система; ГІС - географічна інформаційна система; СК- сукупність компонентів; ІВ -- ознака, яка позначає властивість мати ієрархічне впорядкування; ПЗ - ознака, яка позначає властивість перебувати у зв'язках; УФЦ- ознака, яка позначає властивість утворювати функціонуючу цілісність.

За допомогою ведених позначень запишемо логіко-математичну формулу поняття система:

де ГД(СК) - ознака, яка позначає властивість бути призначеною для роботи з географічними даними.

Таким чином, отримаємо перший під блок понять термінологічного апарату ГІС: система - інформаційна система - географічна інформаційна система. Таким же способом сформуємо інші підблоки понять, а зв'язки між цими під блоками відобразимо за допомогою семантичної мережі.

Другий підблок понять складається з двох частин: структури бази даних та власне даних ГІС. Запишемо логіко-математичну формулу для поняття структура бази даних. Для цього введемо позначення: СБД - структура бази даних; БД - база даних; 03 - ознака, яка позначає спосіб організації бази даних за записами; ОІП - ознака, яка позначає спосіб організації всередині запису за інформаційними полями.

Логіко-математичне моделювання даних ГІС. Позначення: ДПС - дані ГІС; АДГІС - атрибутивні дані ГІС; КДГІС - картографічні дані ГІС; КХ(ЦГІС) - ознака ДГІС, яка позначає властивість бути кількісною характеристикою географічного об'єкта; ЯХ(ДГІС) - ознака ДГІС, яка позначає властивість бути якісною характеристикою географічного об'єкта; ГЛЩГІС) - ознака ДГІС, яка позначає властивість описувати геопросторову локалізацію географічного об'єкта; ГВ(ДГІС) - ознака ДГІС, яка позначає властивість описувати геопросторові відношення географічного об'єкта.

Логіко-математичні формули дефініцій:

Якщо існує лише два види даних ГІС, то:

Розглянемо третій підблок понять термінологічного апарату ГІС - моделі атрибутивних даних ГІС. Позначення: МАДПС - модель атрибутивних даних ГІС; РМАДГІС - реляційна модель атрибутивних даних ГІС; ІМАДГІС - ієрархічна модель атрибутивних даних ГІС; ММАДГІС - мережна модель атрибутивних даних ГІС; ООМАДГІС - об'єктно-орієнтована модель атрибутивних даних ГІС; М(ДГІС) - ознака ДГІС, яка позначає властивість бути моделлю ДГІС; ОВПТЩГІС) - ознака ДГІС, яка позначає властивість бути організованими у вигляді простих таблиць; ОВІСЩГІС) - ознака ДГІС, яка позначає властивість бути організованими у вигляді ієрархічної структури; ОВМ (ДГІС) - ознака ДГІС, яка позначає властивість бути організованими у вигляді мережі; ОВЕІС (ДПС) - ознака ДГІС, яка позначає властивість бути організованими у вигляді елементів ієрархічної системи класів разом з властивостями та правилами поведінки цих класів.

Таким чином:

Оскільки всього існує чотири види моделей атрибутивних даних ГІС, то:

Проаналізуємо четвертий підблок понять термінологічного апарату ГІС - види моделей картографічних даних ГІС. Позначення: РМ - растрова модель картографічних даних ГІС;

ВМ - векторна модель картографічних даних ГІС; КДГІС - картографічні дані ГІС; МКДГІС - модель картографічних даних ГІС; СФ - ознака, яка позначає спосіб формалізації КДГІС;

Оскільки є лише два види медалей картографічних даних ГІС, то:

Оскільки є лише три види елементарних просторових об'єктів, то:

Логіко-математичні формула поняття геоінформаційного аналізу виглядає наступним чином:

Семантична мережа термінологічного апарату ГІС. Виходячи з вищезазначеного визначення семантичної мережі, вузлами графа поняттєво-термінологічного апарату будуть поняття, а ребрами - відношення між ними (їх предикати). Таким чином, перехід від поняття система до поняття інформаційна система здійснюватиметься через предикат тип (системи), а від поняття інформаційна система до поняття географічна інформаційна система - через предикат вид (за сферою застосування) (рис. 1). Аналогічно визначимо відношення між поняттями семантичної мережі термінологічного апарату географічних інформаційних систем (табл. 1).

Аналіз семантичної мережі ґрунтується на дослідженні семантичних відношень між поняттями, що входять до складу мережі. У семантичній мережі поняттєво-термінологічного апарату ГІС наявні два типи відношень: клас- підклас та елемент-ціле (або ж ціле-елемент). Перший вид представляє відношення між поняттями система - інформаційна система географічна інформаційна система. Окрім цього відношення, поняття географічна інформаційна система містить два відношення: типу елемент-ціле із поняттями інформаційне, апаратне, програмне, кадрове, організаційно-правове, науково-методичне забезпечення ГІС, та типу ціле-елемент (функція) - із поняттям гео- інформаційний аналіз. Дана семантична мережа є ієрархічною, оскільки, окрім загальної структури поняття географічної інформаційної системи, відображає внутрішню структуру інших понять: а) поняття географічні дані (дані ГІС), що містить відношення типу клас- підклас трьох ієрархічних рівнів (на першому рівні - поділ географічних даних на атрибутивні та картографічні, на другому - відношення між цими видами даних та видами їхніх моделей, на третьому - відношення між векторною моделлю картографічних даних ГІС та наявними у ній об'єктами; б) поняття інформаційне забезпечення ГІС, що містить одне відношення типу елемент-ціле; в) поняття геоінформаційний аналіз, що містить одне відношення типу клас-підклас.

Таблиця 1

ї мережі поняттєво-термінологічного апарату

Література

Баранов Ю.Б., Берлянт А.М., Капралов Е.Г. и др. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов / Баранов Ю.Б., Берлянт А.М., Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Серапинас Б.Б., Филиппов Ю.А. - М.: ГИС-Ассоциация, 1999. - 204 с.

Берлянт А.М. Геоиконика / А.М. Берлянт. - М.: Астрея, 1996. - 208 с.

Добров Б.В., Иванов В.В., Лукашевич Н.В. и др. Онтологии и тезаурусы: модели, инструменты, приложения / Б. Добров, В. Иванов, Н. Лукашевич, В. Соловьев. - М.: Интернет-Университет информационных технологий, 2009. - 173 с.

Гаврилова Т.А., Червинская К.Р. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем / Т. Гаврилова, К. Червинская. - М., 1992. - 200 с.

Кошкарев А. В. Геоинформатика / А. В. Кошкарев, В. С. Тикунов // Под ред. Д. В. Лисицкого. - М.: "Картгеоцентр"- "Геодезиздат", 1993.-213 с.

Шаблій О.І. Математичні метода в соціально-економічній географії. - Львів: Світ, 1994. - 304 с.

Шаблій О.І. Основи загальної суспільної географії. - Львів: Видавничий центр ЛНУ ім. Івана Франка, 2003. - 444 с.

Словарь по логике. - М.: Туманит, изд. центр ВЛАДОС /А.А.Ивин, АЖНикифоров. -- 1997.

Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологи / В. Цветков. - М.: Финансы и статистика, 1998. - 288 с.

Цифровая картография и геоинформатика. Краткий терминологический словарь. / Под общей ред. Е.А. Жолковского. -

M. : "Картгеоцентр"-"Геодезиздат", 1999.-46 с.

Вакуленко М.О. Методологічні засади вивчення наукової термінології / М.М. Вакуленко // Термінологічний вісник, 2013.-Вин. 2(2).-С. 16-21.

Размещено на Allbest.ru