Тенденции развития географических информационных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

Псковский государственный университет

Контрольная работа по дисциплине

Геоинформационные системы

Выполнил: студент 2курса

Заочного отделения

ФИ и СТ группы 1032-06С

Крыльцов Сергей Петрович

Псков 2018

Содержание

1. История развития геоинформационных систем и основные тенденции современного развития

2. Основные этапы проектирования и построения ГИС

3. ГИС Панорама. Характеристика, назначение, возможности, отличительные особенности от других програмных продуктов

4. Цифровые картографические местности. Назначение и перспективы

5. Использования ГИС население. Прикладные применение web-технологий в ГИС

Список литературы

1. История развития геоинформационных систем и основные тенденции современного развития

Географические информационные системы появились в 1960х годах как инструмент для отображения географии Земли и расположенных на ее поверхности объектов, используя компьютерные базы данных. Следы самой первой геоинформационной системы теряются в недрах Министерства обороны США, сотрудники которого использовали ГИС для того, чтобы ракета, летящая в сторону противника, попала в этого самого противника как можно точнее. Правда, существует и альтернативная версия - согласно ей, первая ГИС была создана в Канаде.

Как и в случае с Интернет, мирные применения ждать себя не заставили. В начале 70х годов ГИС начали использоваться для вывода координатно-привязанных данных на экран монитора и для печати карт на бумаге, чем значительно облегчили жизнь специалистам, прежде занятых традиционной бумажной картографией.

До появления подобных систем карты анализировались согласно следующей инструкции: «..гидрологическую, растительную и почвенную карты положить одна на другую, тщательно следя за тем, чтобы объекты на каждой карте совпадали. Всю пачку положить на яркий источник света, например, окно...».

В это же время появились первые компании, специализирующиеся на разработке и продаже систем для компьютерного картографирования и анализа. Сегодня две крупнейшие компании - разработчики ГИС могут проследить путь с тех времен, хотя поначалу каждая из них делала упор на различных аспектах технологии.

Внимание компании Intergraph Corp., главный офис которой расположен в Хантсвилле, штат Алабама, было сфокусировано на эффективном вводе и хранении пространственных данных и на подготовке к печати карт, созданных компьютером, которые соперничали бы по картографическому качеству с традиционными бумажными картами. Внимание Environment Systems Research Institute (ESRI), главный офис которой расположен в Редланде, штат Калифорния, было сфокусировано на разработке процедур и функций для анализа данных в ГИС. За годы, прошедшие с той поры, обе компании практически сравняли возможности своих систем.

В начале только самые крупные государственные организации, коммунальные службы и корпорации могли позволить себе использовать ГИС из-за их высокой цены. ГИС работали на мэйнфреймах и миникомпьютерах и типичная рабочая станция с установленной на ней ГИС стоила больше, чем 100 тыс. долларов (если учитывать все аппаратное и программное обеспечение и затраты на обучение персонала). Тем не менее, в 80х годах рынок ГИС быстро рос, в основном за счет того, что многие журналы и профессиональные ассоциации пропагандировали преимущества, которые дают геоинформационные системы. В 80х также появились системы управления пространственными базами данных, целью которых было связать системы управления базами данных и компьютерное картографирование.

В этих системах пользователь уже мог, указав на объект на карте, получить некую содержательную информацию. Спрос на тематическую картографическую информацию заставил обратить внимание на проблему сбора данных. Результатом стала интегрированная среда - данные дистанционного зондирования, цифровая модель местности, карта дорог, геологическая карта и все прочие виды и типы карт мирно сосуществовали в рамках одной системы.

Основной прорыв, тем не менее, произошел с появлением персональных компьютеров. ГИС быстро адаптировались к этой новой, более дешевой платформе и цена систем начала падать по мере того, как число пользователей и организаций, которые могли бы позволить себе ГИС, увеличивалось. Согласно Dataquest, мировой рынок ГИС-продуктов и услуг составил в 1997 году 2,5 млрд. долларов, разделенный примерно пополам между продажами в Северной Америке и во всем остальном мире, и растущий примерно на 15% в год.

Сегодня ГИС продолжают развиваться и нам всем небезразлично, в каком именно направлении происходит это развитие, какие из факторов на него влияют и в чем это влияние проявляется. Но сегодняшний день можно выделить пять основных направлений развития современных ГИС. Это: 1)интеграция GPS и ГИС; 2)интеграция ГИС с реляционными базами данных; 3)удешевление ПК одновременно с повышением их мощности; 4)развитие ноутбуков и карманных компьютеров; 5)сетевые технологии, web-картографирование и ГИС-по-Интернет. Первая и четвертая тенденции связаны с тем, что все увеличивающееся число компьютеров класса PalmTop и PocketTop предоставляет собой новую платформу, для которой требуются новые ГИС, позволяющие работать с пространственными данными в полевых условиях, одним из атрибутов работы в которых является GPS, определяющий географические координаты пользователя, его высоту над уровнем моря, скорость, направление движения и другие параметры. Все эти данные должны интегрироваться в ГИС, работающей на компьютере, в реальном масштабе времени. В качестве примера систем, работающих на переносных компьютерах и обеспечивающих взаимодействие с GPS, можно привести Microstation Field компанииBentleyи ArcPad компанииESRI. Поставки последнего продукта, правда, ESRI планирует начать только в марте 2000 года.

Тенденция номер три оказывает влияние уже много лет и не только на ГИС, но и на весь рынок программного обеспечения. Судя по всему, так будет продолжаться еще, по крайней мере, некоторое время и это значит, что ГИС будет содержать все больше данных, обрабатывать их все быстрее и точность как данных, так и обработки, будет увеличиваться.

Преимущества управления пространственными данными в БД - одна из главных тем уходящего года. Мнения, что «ГИС - это всего лишь приложение, поэтому для ГИС не нужны специальные данные», что «нет ничего, кроме СУБД и выделение ГИС в отдельный класс программного обеспечения - устаревший подход» - находят своих многочисленных последователей. Понимание ГИС, как «систем управления базами координатно-привязанных данных», по мнению, в частности, корпорации Oracle, безнадежно устарело. Разработчики и пользователи баз данных, привыкшие к тому, что в их базах может хранится все, что угодно, с трудом понимают, почему координатно- привязанные данные в этих же базах не хранятся. Трепет профессиональных географов, устраивающих изнурительные дискуссии о стилистически правильном определении термина «масштаб карты», совершенно чужд специалистам СУБД. Не исключено, что баталии нынешнего года были всего лишь затравкой для масштабной дискуссии, которая развернется в будущем.

И, наконец, главная тенденция - сетевые технологии в ГИС, web-картографирование и ГИС-по-Интернет. Интернет влияет на абсолютно всю активность в области информационных технологий и ГИС здесь - не исключение. Объединение двух технологий, неспроста, видимо, появившихся практически одновременно, привело к тому, что ГИС обрела принципиально новые возможности.

Программный продукт, возникший в результате слияния ГИС и Интернет носит название ГИС-по-Интернет и отличается от stand-alone ГИС тремя принципиальными моментами: 1. Может использоваться несколькими пользователями одновременно; 2. Данные могут храниться не на одной машине, а на нескольких, что позволяет резко увеличить максимальный объем хранимых данных и, кроме того, использовать для анализа данные из нескольких источников одновременно. 3. ГИС и ее пользователи могут находится на сколь угодно большом расстоянии друг от друга. Эти отличия от традиционной stand-alone геоинформационной системы являются значительными преимуществами и позволяют использовать ГИС в принципиально новом качестве - из инструмента пространственного анализа ГИС превращается в инструмент управления пространственно распределенными проектами.

Бурный рост, сопровождающий интеграцию, привел к тому, что на рынке представлено множество продуктов для web-картографирования. ESRI, например, предлагает несколько различных продуктов для создания web-приложений: ArcView Internet Map Server (IMS), MapObjects IMS и Arc IMS. Компания MapInfo предлагает MapXsite, MapXtreme NT и MapXtreme Java Edition. Продуктом компании Autodesk для web-картографирования является MapGuide. Intergraph предлагает GeoMedia Web Map и GeoMedia Web Enterprise.

В целом можно сказать, что индустрия ГИС активно впитывает новые веяния, изменяется, эволюционирует и развивается, что, по моему мнению, является индикатором, свидетельствующем о большом потенциале отрасли. Таким образом, можно надеяться, что в 21 веке ГИС будут продолжать свое динамичное развитие, обеспечивая своих пользователей все новыми и новыми возможностями.

2. Основные этапы проектирования и построения ГИС

Применение ГИС для решения различных задач, в разных организационных схемах и с разными требованиями, обуславливает разные подходы к процессу проектирования ГИС.

Выделяют пять основных этапов процесса проектирования ГИС.

1. Анализ системы принятия решений. Процесс начинается с определения всех типов решений, для принятия которых требуется информация. Должны быть учтены потребности каждого уровня и функциональной сферы.

2. Анализ информационных требований. Определяется, какой тип информации нужен для принятия каждого решения.

3. Агрегирование решений, т.е. группировка задач, в которых для принятия решений требуется одна и та же или значительно перекрывающаяся информация.

4. Проектирование процесса обработки информации. На данном этапе разрабатывается реальная система сбора, хранения, передачи и модификации информации. Должны быть учтены возможности персонала по использованию вычислительной техники.

5. Проектирование и контроль за системой. Важнейший этап - это создание и воплощение системы. Оценивается работоспособность системы с разных позиций, при необходимости осуществляется корректировка. Любая система будет иметь недостатки, и поэтому её необходимо делать гибкой и приспособляемой.

Проектирование ГИС - это довольно интересный и ответственный процесс. Он очень хорошо описан в книге Роджера Томлинсона "Думая о ГИС..."

Вообще проектирование и построение ГИС занимает очень много времени и включает в себя несколько этапов:

1. Определение стратегической цели создания ГИС.

2. Обсуждение и утверждение стратегии планирования ГИС.

3. Проведение технологический семинара.

4. Создание документов, описывающих информационные продукты, получаемые от ГИС.

5. Определение охвата системы.

6. Создание структуры данных ГИС.

7. Определение логической модели данных ГИС.

8. Определение требований к системе.

9. Проведение анализа затрат и выгод, процессов перехода на новую систему и рисков.

10. Создание плана внедрения системы.

Несмотря на различия в назначениях и в выполняемых функциях, ГИС различных АСУ имеют ряд общих свойств и принципов построения, которые являются основополагающими в организации проектировочных работ.

Во всех создаваемых ГИС имеют место процессы получения (сбор, регистрация и прием) информации о состоянии объектов местности, передачи информации, преобразования и запоминания (хранения) информации, приема и обработки запросов на выдачу информации на средствах машинной графики, организации баз данных, их ведение и обновление. В основу проектирования системы обработки картографической информации кладутся принципы системного подхода, комплексного охвата всех выполняемых в системе работ, интеграции источников данных, их хранения и поиска, операций обработки и функций управления.

Существенным для проектирования ГИС является то, что в ней может быть выделена собственно система картографических данных. С учетом этих особенностей ведется анализ и синтез системы в процессе проектирования, разрабатывается ее техническое, математическое и информационное обеспечение.

Кроме того, собственно система картографических данных подразделяется на функциональные подсистемы, выполняющие определенные функции по получению, обработке, хранению и передаче картографической информации. Это свойство функциональных подсистем лежит в основе создания для различных АСУ специализированных ГИС, отражающих функциональные особенности решения задач пользователей.

Про построение ГИС:

Главные принципы построения современных ГИС.

1. Хранение графических и атрибутивных данных в реляционной базе данных.

2. Использование трехуровневой архитектуры построения ГИС: первый уровень - база данных, второй - пользовательское приложение, третий - специализированный «дата-сервер», отвечающий за экспорт и импорт данных.

3. Интеграция данных из различных источников в единой логической геоинформационной среде без конвертации форматов.

4. Создание для каждого пользователя системы собственного географического рабочего пространства (сохранение настроек и интерфейса системы).

5. Использование гибкой системы запросов.

6. Создание открытой структуры атрибутивных баз данных, интегрированной с современными корпоративными информационными системами и СУБД.

7. Создание модульной структуры приложений с возможностью расширения или усечения пользовательского функционала.

8. Наличие встроенного в систему языка программирования для добавления специализированных функций.

9. Оптимизация ресурсов вычислительной техники для обеспечения быстрой и комфортной работы пользователя с большими массивами информации.

10. Создание анимационного функционала ГИС, обладающего возможностью визуализации данных в виде диаграмм, графиков, схем, тематических и объемных моделей.

11. Интеграция ГИС и Интернета, которая заключается в возможности использовать данные из глобальной сети и создавать собственные интернет-ресурсы.

12. Полная интеграция всего модельного ряда программных решений внутри одного интерфейса.

3. ГИС Панорама. Характеристика, назначение, возможности, отличительные особенности от других програмных продуктов

ГИС Панорама - это система управления базами данных электронных карт. Назначение: предназначенная для создания и обновления векторных, растровых и матричных карт, использования их для решения широкого круга прикладных задач, а также для разработки приложений.

Рис. 1 Этапов проектирования БД для ГИС в учебнике А.В. Дубровский

Возможности: Система позволяет осуществлять:

-- ведение картографической базы данных;

-- ведение атрибутивной (семантической) базы данных;

-- установление и поддержание связей между картографическими объектами и атрибутивными (семантическими) базами данных;

-- ведение классификаторов и справочников;

-- формирование и вывод отчетных, аналитических и презентационных материалов;

Характеристика: К каждому объекту может быть привязана определенная атрибутивная информация (до 65 535 характеристик). Вся информация об условных знаках содержится в классификаторе, который может редактироваться пользователем. Всего один лист электронной карты может содержать до 4 млрд. объектов. В системе "ПАНОРАМА" быстро и весьма гибко происходит управление составом отображения по слоям, локализации, или отдельным характеристикам объектов карты. Объем растровой или матричной карты может достигать 4 Гбайт, а объем векторной электронной карты - до нескольких террабайт (Тбайт). Система "ПАНОРАМА" позволяет хранить пользовательские данные - метеоданные, сведения о перемещении транспортных средств, данные об условиях радиовидимости и так далее, отдельно от карт местности, используя подмножество структуры векторных карт. Такой подход имеет следующие преимущества:

cовместно с одной картой местности может одновременно отображаться любое количество различных пользовательских карт со своими классификаторами;

пользовательская карта может отображаться совместно с растровыми и матричными картами;

одна и та же пользовательская карта может одновременно отображаться на разных картах местности и редактироваться разными пользователями;

пользовательская карта имеет свой классификатор, который не зависит от классификатора карты.

Создание, обновление и распространение карт местности и пользовательских карт может выполняться независимо разными службами из разных источников. Графическое представление объекта может храниться в записи объекта, что облегчает конвертирование данных из форматов DXF, MIF/MID и т.п. Атрибутивные данные могут храниться во внешней реляционной базе данных. Cвязь с базой данных выполняется по уникальному номеру объекта на карте. Благодаря продуманному подходу к структуре данных, система имеет возможность быстрого и гибкого поиска объектов на карте - по номеру, по типу, названию, а также сочетанию в определенном отношении любых характеристик объектов. Базовым обменным форматом является формат SXF в двоичном и текстовом видах. Поддерживаются форматы Роскартографии, ТС ВС РФ, а также DXF и MIF/MID.

Отличительные особенности от других програмных продуктов.: универсальная геоинформационная система, имеющая средства создания и редактирования электронных карт в многопользовательском режиме, выполнения различных измерений и расчетов, оверлейных операций, построения 3D моделей, обработки растровых данных, построения ортофотопланов, создания матриц высот, качеств, многослойных (геологических) матриц, средства тематического картографирования, подготовки карт к изданию, работы с GPS-приемниками, а также инструментальные средства для работы с базами данных (конструкторы форм, запросов, отчетов).

4. Цифровые картографические местности. Назначение и перспективы

Цифровая карта (ЦК) - цифровая модель местности, записанная на машинном носителе информации в установленных структурах и кодах, сформированная на базе законов картографии в принятых для карт проекции, разграфке, системе координат и высот, по точности и содержанию соответствующая карте определенного масштаба.

Под цифровым картографированием местности как части топорафо- геодезического производства понимается технологический процесс, системно объединяющий сбор и обработку цифровой топографической информации, формирование на ЭВМ цифровой модели местности, хранение, дополнение и обновление ее с помощью банка данных, получение по этой модели различных аналитических и графических материалов в соответствии с предъявленными требованиями.

Назначение: Цифровая карта является основой информационного обеспечения автоматизированных картографических систем (АКС) и географических информационных систем (ГИС) и может являться результатом их работы.

Цифровые карты могут непосредственно восприниматься человеком, при визуализации электронных карт (на видеоэкранах) и компьютерных карт (на твёрдой основе), а могут использоваться как источник информации в машинных расчётах без визуализации в виде изображения.

Цифровые карты служат основой для изготовления обычных бумажных и компьютерных карт на твёрдой подложке.

Перспектива: В отличие от обычных карт цифровые карты представимы в различных картографических проекциях благодаря набору трансформационных методов, что создает возможность дополнительного анализа и сопоставления, т. е. повышает уровень автоматизации и производительности исследований. Основной метод создания электронных карт - математико-картографическое моделирование содержания, нагрузки и условных знаков с использованием визуальной оценки получаемого изображения. Технология создания электронных карт зависит от их вида; требований, предъявляемых к их точности, содержанию и условным знакам; исходных картографических данных; снимков; структур входных/выходных информационных массивов.

Электронные карты можно сравнить с набором справочников, которые должны храниться в библиотеках (банках данных), содержать подробную информацию, занимать минимальный объем и быть доступными в кратчайший период времени.

5. Использования ГИС население. Прикладные применение web-технологий в ГИС

В отличие от обычной бумажной карты, электронная карта, созданная в ГИС, содержит скрытую информацию, которую можно «активизировать» по необходимости. Эта информация организуется в виде слоев, которые можно назвать тематическими, потому что каждый слой состоит из данных на определенную тему. Например, если вы изучаете определенную территорию, то один слой карты может содержать данные о дорогах, второй - о водоемах, третий - о проживающем там населении, четвертый о больницах и так далее.

Вы можете просматривать каждый слой-карту по отдельности, а можете совмещать сразу несколько слоев, или выбирать отдельную информацию из различных слоев и выводить ее на карту. Вы также можете моделировать различные ситуации, всякий раз получая изображения в соответствии с поставленной задачей, причем без необходимости создавать новую карту.

Из широкого круга вопросов, на которые ГИС может дать ответ, можно выделить следующие:

Что находится на…?

Где находится…?

Что изменилось с…?

Что если..?

Исполнители. Люди, пользующиеся ГИС, условно могут быть разделены следующие группы: операторы ГИС, чья работа заключается в размещении данных на карте, инженеров/пользователей ГИС, чья функция заключается в анализе и дальнейшей работе с этими данными и теми, кому на основании полученных результатов нужно принять решение. Кроме того, ГИС могут пользоваться широкие слои населения через Интернет. Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам, или ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ или округ переписи населения, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги и т.п. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения или местоположений объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте где находится интересующий вас объект или явление, такие как дом, в котором проживает ваш знакомый или находится нужная вам организация, где произошло землетрясение или наводнение, по какому маршруту проще и быстрее добраться до нужного вам пункта или дома.

Прикладные применение web-технологий в ГИС

Преимущества использования Веб-ГИС-технологий достаточно очевидны: теоретическая независимость от веб-браузеров и операционных систем; возможность комбинированного использования географически распределенных источников данных в случае совместимых проекций, масштабов и качества данных; возможность совместного использования централи- зованных хранилищ данных; автоматическая установка и обновление версий приложения. К недостаткам следует отнести необходимость полагаться на внешние источники данных, недостаточную надежность существующей сетевой инфраструктуры (типичные приложения RIA требуют постоянного подключения к серверу), требовательность к пропускной способ- ности сети, относительную сложность разработки, связанную с необходимостью применения многочисленных технологий.

Таким образом, использование технологий веб-ГИС позволяет выполнить следующие требования к ГИС-функциональности веб-систем обработки и анализа геофизических данных . 1. Обеспечение пользователя всеми основными функциями настольной ГИС: выбор карты, навигация по карте, масштабирование карты и т. д. 2. Использование множества базовых тематических слоев для представления различной картографической информации, возможность их включения-выключения. 3. Предоставление в отдельном информационном окне массива информации, связанной с конкретным географическим объектом, по удаленному запросу пользователя. 4. Наличие механизмов обмена данными с внешними системами на основе открытых форматов данных, средств расширения функций ГИС возможностями продвинутых пользователей.

геоинформационный цифровой картографирование

Список литературы

1. Браун Л.А. История географических карт.-- Москва: Центрполиграф, 2006.

2. Журкин И.Г., Шайтура С.В. Геоинформационные системы.-- Москва: Кудиц-пресс, 2009.

3. Берлянт А.М. Картография: Учебник для вузов. - М.: Аспект Пресс, 2001.

4. Е.П. Гордов, И.Г. Окладников, А.Г. Титов Использование веб-гис-технологий для разработки информационно-вычислительных систем для анализа пространственно-привязанных данных *

Размещено на Allbest.ru