Геоинформационные системы с развитием интернет-технологий приобретают большое значение как для личного пользования, так и для предприятий большого масштаба. При этом ГИС сейчас обеспечиваются современными программными средствами. Техподдержка осуществляется с разных точек – начиная от программ для рисования и проектирования схем, заканчивая снимками со спутниковых тарелок.
GIS – что это такое
Аббревиатура расшифровывается как «географические информационные системы». Целью этих проектов является ряд действий с пространственными данными:
- их сбор путем фотографий с разных источников;
- хранение на разных носителях, аккумуляция и последующая передача;
- анализ, уточнение, корректировка изменений;
- двухмерная и трехмерная визуализация.
Обеспечивает развитие технологий наука геоинформатика – симбиоз географии и информатики.
Основные черты ГИС:
- работа с базой данных, постоянно пополняемой и обновляемой;
- пространственная 3D-карта, ее обзор.
Также к этому присоединяются дополнительные возможности, например:
- навигация (с определением местоположения);
- проложение пути;
- анализ земельных участков;
- БД для кадастровых инженеров и геодезистов.
Работа постоянно ведется и с растровыми, и с векторными источниками, а вся информация идет слоями по географической привязке.
Преимущества создания геоинформационных систем с помощью программного обеспечения
Вот плюсы использования GIS:
- большой аналитический ресурс;
- множество инструментов для обработки и использований сведений;
- легкое восприятие данных пользователей (наглядность изображения);
- автоматизированные сводки и отчеты по выбранным параметрам;
- расшифровка информации, полученной из аэро- и спутниковой съёмки;
- значительная экономия временных, денежных затрат и трудоресурсов из-за свободного доступа;
- возможность удаленного и оперативного создания 3D-модели любого объекта;
- автоматический ввод данных;
- сборка отчетов в виде таблиц или диаграмм;
- определение присутствия или отсутствия в рамках заданных координат построек;
- изучение геопространственных сведений – плотность населения, количества производственных зданий на процент жилых помещений и проч.
Геоинформационными системами пользуется широкий круг лиц, используя при этом компьютерные программы или приложения для гаджетов.
Пользователи:
- Кадастровые инженеры. Их сфера деятельности – обзор земельных участков, их анализ, кадастр, межевание земель, расположение границ, пересечений, решение спорных вопросов, составление актов, внесение в Росреестр.
- Предприниматели, владеющие сетями объектов – магазинов, автомобильных заправок, заводов или любых других точек со связью между ними. Это упрощает планирование, управление, а также планы на расширение или уменьшение системы.
- Инженерные изыскания: геологические, географические, экологические и другие. Специалисты получают возможность через программы ГИС создавать список участков и их особенностей в рельефе, ландшафте.
- Разработчики и проектировщики строений с начала или реконструкций зданий.
- Архитекторы.
- Картографы. GIS помогают создавать карты любых форматов на любые участки местности с большей или меньшей детализацией на различную тематику – маршрутизаторы, ландшафтные и проч.
- Штурманы и водители любого транспорта – наземного, воздушного, водного.
- Частные пользователи – все чаще обычные горожане пользуются электронными ресурсами для поиска пути.
Дополнительные сферы:
- Природоохранительные мероприятия – мониторинг экологии, управление ресурсами, всеми участками природы.
- Геология и добыча горной руды – разработка месторождений.
- Аналитика возможных чрезвычайных ситуаций.
- Войны и охранительные учреждения – разработка стратегии с электронными ресурсами становится легче.
- Сельское хозяйство.
Лекция 9
Программное обеспечение геоинформационной системы следует рассматривать как совокупность подсистем, каждая из которых способна обеспечить поставленную ей задачу. В зависимости от функциональных возможностей программного обеспечения, которые позволяют эффективно решать различные задачи, можно условно выделить несколько подсистем:
1. Подсистемы ввода. Это программные средства ввода данных, позволяющие грамотно и эффективно осуществить создание базы данных геоинформационной системы. Для ввода информации часто используются специальные программы, которые носят название векторизаторов или векторных редакторов, в зависимости от способа векторизации, заложенного в них.
Векторизаторы имеют функцию автоматической или интерактивной (полуавтоматической) векторизации, основанной на распознавании и обучении системы. Использование таких систем удобно при векторизации протяженных линий (изолиний), где распознавание достаточно просто.
При векторизации более сложных карт используются векторные редакторы . Векторизация в этих системах осуществляется вручную с использованием дигитайзера или по растровой подложке на экране.
Подсистемы ввода, как правило, имеют функции проективных преобразований (преобразования систем координат и трансформации картографических проекций), что позволяет приводить векторные и растровые данные к единому координатному пространству и масштабу до векторизации.
Вторую группу геоинформационных систем составляют системы анализа данных . Эти системы обеспечивают функции поиска и анализа - от простых ответов на запросы до сложного статистического анализа больших массивов данных. Подсистема анализа является «сердцем» ГИС. ГИС-анализ использует возможности современных технических средств для измерения, сравнения и описания информации, хранящейся в базе данных. Мощные возможности современных компьютеров обеспечивают быстрый доступ к исходным данным и позволяют агрегировать и классифицировать данные для дальнейшего анализа. При этом пользователь практически не ограничен в видах используемой информации и способами анализа.
Как правило, системы этой группы обеспечены подсистемами ввода и вывода данных. В этом случае такие системы относятся к классу полнофункциональных.
Третью группу систем составляют системы компоновки и вывода данных или так называемые вьюверы (view). Задача этих систем - создание геоинформационных пакетов типа информационно-справочных и компоновка выходных карт на бумажные носители. Наиболее общей целью картографии является производство карт, обычно некоторым тиражом, для многих пользователей. Подсистемы этой группы обладают возможностями грамотного и удобного оформления карт любого назначения, а также возможностью их тиражирования на бумажных носителях или в цифровом виде.
Существуют системы, способные решить только одну или несколько из перечисленных выше задач.
При создании геоинформационного пакета на территорию и работе с ним используют либо одно полнофункциональное программное обеспечение ГИС, либо набор ПО ГИС, позволяющий провести комплексную обработку для решения поставленной задачи.
Выбор программного обеспечения ГИС является очень ответственным шагом, от правильного выбора программного обеспечения напрямую зависит эффективность работы всей системы.
Вот некоторые критерии, которыми необходимо руководствовать при выборе программного обеспечения:
Достаточные требования к аппаратным средствам и уровню подготовки персонала;
Открытые форматы, используемые программным обеспечением или развитые возможности функций экспорта-импорта данных;
Простота ввода данных;
СУБД, поддерживаемые программным обеспечением;
Необходимый набор функций для решения поставленных задач;
Модульное построение, позволяющее включать дополнительные функции, разработанные сторонними коллективами программистов:
Возможность настройки пользовательского интерфейса при решении различных задач;
Высокий уровень технической и методической поддержки разработчиками ПО, возможности получения обновление версии.
Следует заметить, что важным критерием при выборе программного продукта является оптимальное соотношение цены к функциональным возможностям.
В настоящее время существуют сотни отечественных и зарубежных разработок программных средств, которые отвечают большей части этих критериев. Большая часть программного обеспечения не является одной из подсистем в чистом виде. Как правило, в каждой из программ сильным является одна из функций. Полнофункциональные программы, в которых сильными являются все подсистемы, отличаются высокой ценой.
Сегодня имеется огромное количество программных продуктов, которые доступны на любой аппаратной платформе. Эти продукты, в основном, можно разделить на два "лагеря": высококачественные профессиональные ГИС (high-end) и пакеты настольного картографирования некоторыми функциями ГИС.
Первые (high-end) ГИС отличает большая мощность, полный функциональный набор инструментов. Они обеспечивают все функции, какие требуются для большинства приложений. Средства ввода, например, обеспечивают возможность ввода с существующих карт и записей, существующих цифровых данных в различных форматах и средства сбора информации, такие как от геодезических приборов и с приемников GPS (космической системы глобального позиционирования), вплоть до работы в режиме реального времени.
Эти системы имеют средства управления очень большими базами данных со многими пользователями, вносящими свои индивидуальные изменения. Эффективное хранение сложных пространственных баз данных является другой проблемой, которая требует специальных программных инструментов, особенно в процессе доступа и архивирования данных. Диапазон функций анализа географической информации в этих системах лежит от простого последовательного набора данных до создания буферов и комбинаций наборов данных для построения модели окружающей среды, как в двух, так и в трех измерениях. Такое сложное программное обеспечение требует и соответствующей поддержки со стороны квалифицированного персонала.
Основную массу разработок на рынке ГИС программ в последние несколько лет составляют так называемые пакеты настольного картографирования ГИС. Эти пакеты имеют не так много функций и изначально разрабатывались для простого анализа и вывода карт и графиков.
Выбор одного из предложенных классов программного обеспечения зависит от класса решаемых задач и от финансовых возможностей покупателя.
Классифицировать программные средства можно исходя из их архитектурных принципов построения: открытые и закрытые.
Открытые системы имеют основу встроенных функций (от 70 до 90%), в остальной части могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Такие системы обладают встроенными языками программирования. Термин «открытые» системы означает открытость для пользователя, легкость приспособления, расширения, изменения, адаптации к новым форматам, связь между существующими приложениями. Открытые системы отличаются высокой стоимостью, но позволяют избежать трудностей при развитии решаемых задач в будущем.
Закрытые системы не имеют возможностей расширения, у них отсутствуют встроенные языки программирования, не предусмотрено написание приложений. Если даже первоначально закрытые системы удовлетворяют пользователя, но если задачи, которые решает пользователь, меняются хотя бы незначительно, то такая система не способна их решить. Достоинством таких систем является их низкая стоимость.
Предпочтение, безусловно следует при выборе отдавать открытым системам, так как они имеют более длительный жизненный цикл.
Программное обеспечение ГИС стремительно развивается в настоящее время. Основные тенденции развития ГИС-технологий направлены на все возрастающую открытость систем:
Увеличение возможностей использования графических данных (открытие форматов, поддержка обменных форматов других систем, разработка специальных конвертеров);
Расширение числа моделей используемых графических данных в одной системе (топологическая модель, объектно-ориентированная модель, TIN - модель, GRID- модель);
Увеличение возможностей в работе с базами данных (отказ от использования собственных и использование коммерческих СУБД, поддержка SQL запросов, работа с внешними базами данных через ODBC);
Унификация интерфейса и приспособление его к потребностям пользователя (разработка систем в средах Windows и Windows NT, включение средств модификации системных меню, разработки меню конечного пользователя);
Расширение возможностей по созданию пользовательских приложений (использование языков высокого уровня или языков системы, обладающих всеми возможностями языков высокого уровня - MapBasic, Avenue). Предоставление библиотек функций, с использованием которых создавалась сама система (Геоконструктор, MapObjects);
Поддержка возможностей взаимодействия с другими программными продуктами через механизмы OLE и DDE (электронные таблицы, графические редакторы, системы документооборота);
Современное программное обеспечение становится все сложнее функционально, и в то же время все проще для пользователя. Увеличение функциональных возможностей системы достигается за счет включения в комплекты поставки программных продуктов, созданных пользователями и доработанных до промышленных образцов фирмами поставщиками (редакторы условных знаков и фонтов; модули, расширяющие возможности моделирования и пространственного анализа)
При комплектациипрограммногообеспеченияследуетиметьввиду возможностьиспользования в геоинформационной проекте различных инструментальных ГИС при гарантированном обеспечении полной совместимости при обмене данными.
Ниже приведены описания функциональных возможностей программного обеспечения разных классов и разработчиков, выбранных автором как оптимальные для решения поставленных в работе задач.
Зарубежные разработки:
Программное обеспечение компании ESRI&ERDAS
ARC/VIEW 3.2 - системы создания информационно справочных пакетов (ГИП) и компоновки выходных карт. Программа предоставляет конечному пользователю средства выбора и просмотра разнообразных геоданных, их редактирования, создания макетов карт, адресного геокодирования, распечатки картографических материалов. Имеет модульную структуру и встроенный язык создания приложений AVENUE.
Дополнительные прикладные модули расширения ARC/VEW:
AV SPATIAL ANALYST – предоставляет инструменты для создания, запроса, анализа и отображения на карте данных по регулярной сетке, а также выполнения системного анализа с использованием объектных тем,
AV 3D ANALYST предоставляет пользователю следующие возможности: создавать реалистичные модели поверхности по разного рода исходным данным; определять высоту (значение) поверхности в любой ее точке; рассчитывать объемы между поверхностями работать с векторными 3D объектами для создания реалистичных моделей трехмерного вида; визуализировать данные в 3D форме.
AV NETWORK ANALYST – средство, помогающее решать общие проблемы по сетям данных, через которые происходит транспортировка.
ARCGIS – полнофункциональная ГИС-система, имеет совершенные средства для создания карт, их редактирования, ввода и преобразования данных; распределенное управление данными; полная интеграция с системами управления реляционными базами данных (СУБД).
ERDAS Imagine – обеспечивает работу с данными дистанционного зондирования. Является полнофункциональной геоинформационной системой с функциями создания, анализа и интерпретации геоданных. Имеет самый полный набор функциональных возможностей среди аналогичных пакетов.
Программное обеспечение Intergrach Corp.
GeoMedia Professional – универсальная ГИС-система, позволяющая напрямую (без конвертации) подключаться и работать с геоинформационными базами данных большинства форматов, эффективно интегрирует геоданные в единую информационную систему масштаба от рабочей группы до предприятия. Обладает функциями создания БД, обработки и анализа информации. Имеет модульную структуру.
Отечественные разработки:
GEODRAW (разработка Центр Геоинформационных Исследований ИГ РАН, г.Москва) – векторный редактор. Предназначен для создания баз цифровых карт и планов, включает в себя функции, обеспечивающие построение топологической структуры цифровой карты, идентификацию объектов и связывание их с атрибутивной базой данных, трансформацию карт, функции импорта-экспорта в различные форматы, поддержку картографических проекций.
EASY TRACE (разработка EASY TRACE GROUP, г.Рязань) – пакет программ интерактивной векторизации растровых изображений, обладает функциями предварительной подготовки растрового изображения, возможностью работы с атрибутивными базами данных.
ГИС ПАРК (разработка ТОО ЛАНЭКО, г.Москва) – интегрированная система, сочетающая функции информационно-справочной системы и расчетно-аналитической и прогнозирующей системы. Средства системы обеспечивают:
Создание многоцелевых картографических баз данных
Построение производных карт
Анализ данных (пространственная статистика, таксономия, исследование связей и зависимостей)
Автоматизацию процессов преобразования формы представления данных,
Автоматизацию процессов получения новой информации на основе комплексной интерпретации качественных и количественных данных методами распознавания
Оптимизацию решений по количественным критериям качества
Использование автоматически формируемых и экспертных моделей.
Реальная действующая ГИС кроме специализированного программного обеспечения всегда использует дополнительное программное обеспечение для организации компьютерной сети, доступа в глобальную сеть Интернет, организации дополнительной защиты информации от несанкционированного доступа. В отдельных случаях вместе с ГИС, во взаимодействии с ней, используется и дополнительное программное обеспечение для решения специализированных задач, например углубленного статистического анализа данных. ГИС может тесно взаимодействовать с офисными программами. Важную роль могут играть системы обработки данных дистанционного зондирования и различные СУБД.
Выбор программного обеспечения зависит от задач, стоящих перед пользователем.
ArcGIS -- семейство программных продуктов американской компании ESRI, одного из лидеров мирового рынка геоинформационных систем. ArcGIS построена на основе технологий COM, .NET, Java, XML, SOAP. Новейшая версия -- ArcGIS 10.
Рис.3.1
ArcGIS позволяет визуализировать (представить в виде цифровой карты) большие объёмы статистической информации, имеющей географическую привязку. В среде создаются и редактируются карты всех масштабов: от планов земельных участков до карты мира.
Также в ArcGIS встроен широкий инструментарий анализа пространственной информации.
ArcGis используется в самых различных областях:
- · Земельный кадастр, землеустройство
- · Учёт объектов недвижимости (см.: АИС учёта объектов недвижимости, ИСОГД)
- · Инженерные коммуникации
- · МВД и МЧС
- · Телекоммуникации
- · Нефть и газ
- · Экология
- · Государственная пограничная служба
- · Транспорт
- · Лесное хозяйство
- · Водные ресурсы
- · Дистанционное зондирование
- · Геология и недропользование
- · Геодезия, картография, география
- · Бизнес
- · Торговля и услуги
- · Сельское хозяйство
- · Образование
- · Туризм
Данное программное обеспечение используется для всех видов компьютеров: настольных (ArcView, ArcEditor, ArcInfo), серверных(ArcGIS Server, ArcSDE) и карманных (ArcPad).
Intergraph GeoMedia
GeoMedia -- это ГИС-технология из семейства ГИС-продуктов.
Технология GeoMedia является архитектурой ГИС нового поколения, позволяющая работать напрямую без импорта/экпорта одновременно с множеством пространственных данных в различных форматах. Это достигается применением специальных компонентов доступа к данным -- Intergraph GeoMedia Data Server.
Рис.3.2
На сегодняшний день пользователям GeoMedia доступны компоненты для всех основных индустриальных форматов хранилищ цифровых картографических данных: ArcInfo, ArcView, ASCII, AutoCAD, FRAMME, GeoMedia, GML, MapInfo, MGE, MicroStation, Oracle Spatial и др., включая растровые, табличные и мультимедийные данные. При этом пользователи могут разработать собственный GeoMedia Data Server на основе шаблона для произвольного формата. Компоненты Intergraph GeoMedia Data Server позволяют на одной карте увидеть и одновременно проанализировать данные из произвольного количества источников, хранящихся в разных форматах, системах координат, имеющие различную точность.
Такой подход позволяет сохранить инвестиции в уже существующие ГИС-решения, одновременно с этим перейдя на новый уровень интеграции информационных ресурсов предприятия. Семейство продуктов GeoMedia включает две базовые линейки продуктов -- настольные и серверные, плюс дополнительные прикладные модули.
GeoMedia является прообразом первой версии международных стандартов в области ГИС, разрабатываемых Open GIS Consortium и, одновременно, является первой реализацией этих стандартов.
Intergraph GeoMedia - программное средство для получения, отображения и анализа географических данных из различных информационных систем. Используется на удаленных клиентских местах как универсальное средство доступа к традиционным ГИС, таким как MGE и FRAMME.
GeoMedia является одновременно настольной системой и средством для разработки собственных специализированных приложений. Кроме того, в GeoMedia встроены средства по компоновке карт, недоступные в других существующих ГИС.
Основные функции:
- · Полный доступ к данным ГИС-проектов MGE, FRAMME (Intergraph), ESRI (ARC/Info), ESRI (ARC/View), MapInfo, файлам Bentley/MicroStation и AutoCAD.
- · Пространственный анализ
- · Полная интеграция географических данных из различных ГИС
- · Настройка под требования пользователя
- · Преобразования координат
- · Отображение растровых файлов, поддержка различных форматов
- · Построение буферных зон
- · Построение тематических карт, символизация, размещение меток.
- · Работа с Oracle SDO.
gregory_k, из вашего комментария не совсем понятно чем вы пользуетесь. Или это отзывы стороннего наблюдателя? Работал в Геопоиске около 4х лет назад. Так как работал долго осмелюсь прокомментировать данный софт. 1. Лицензия и правда очень дешевая - 397тыщ, что указано на офф. сайте. За млн можно купить 3 штуки. 2. Низкая цена обусловлена тем, что команда создателей совсем небольшая. Братья Тульчинские рулят всем. В результате такой немногочисленной команды за 7!!! лет в программе практически НИЧЕГО не поменялось! Вы верите, что если вам в проге что-то нужно будет поменять или добавить, то это произойдет? Да и поддержкой очень многие на данный момент не довольны, хотя уверен, что не хистрые скрипты Тульчинсткие пишут исправно и быстро. Нужно отдать должное, молодцы. 3. Теоретический размер БД впечатляет, НО спросите у РЕАЛЬНЫХ пользователей как с этим дела. Большинство пользователей стараются дробить базы по 50-100 скважин. В ином случае начинаются проблемы со стабильностью! Если данную ветку просматривают пользователи Геопоиска, надеюсь, они прокомментируют этот факт. Может быть кто-то приведет пример реально работающего проекта с количеством скважин, ну скажем больше 1000. Было бы интересно. 4. Народ доволен всем, к чему привык. В одной замечательной конторе люди работают на DOSовсом софте для интерпретации, в котором мышка даже не поддерживается и утверждают, что лучше ничего нет... Вопрос в привычке и эффективности работы. У кого-то задача 2 скважины в день сделать как попало, а кто-то делает по 20 с анализом качества входных и результирующих данных. 5. Еще раз - не путайте многоскважинный расчет в калькуляторе и многоскважинную обработку. Первое в Геопоиске реализовано классно, но это же можно сделать даже непосредственно в любой базе данных. А вот обработка и анализ в многоскважинном режиме реализован очень примитивно. Простой вопрос - сколько времени в Геопоиске нужно чтобы сделать корреляцию из 5 скважин со всеми кривыми, ригисами, литологией, насыщением, пропластками и можно ли быстро пробежаться по всей этой корреляшке и поправить отсчеты, литологии, разбивки и прочее, глядя на соседки? Думаю, даже теоретически не возможно или, как минимум, на столько сложно и времязатратно, что никто так не делает))) ПРАЙМ - это промысловка, для чего он изначально был создан. Есть интересные моменты, но рекомендую в ней поработать и сделать стандартные вещи - загрузка, визуализация, расчеты, выгрузка. Все встанет на свои места. Просто попробуйте. По поводу Техлога и попластовки готов поспорить примерами. Сравнивал результаты автоматической разбивки сделанной в Солвере, Геопоиске и Техлоге. Наименьшие корректировки требуются результатам Техлога. И на последок. А почему мы опять останавливаемся только на интерпретации стандартного каротажа? Не для кого ни секрет, что почти на каждом месторождении сейчас есть хотя бы единичные записи ЯМК, широкополосной акустики, микросканеров, импортный стандартный каротаж. Что вы с этим будете делать в Геопоиске-Прайме? А ведь цена проведения ОДНОГО исследования тем же микросканером вполне сопоставима со стоимостью лицензии хорошего софта. Почему мы все еще не задумываемся о том, что петрофизическую модель можно делать опираясь на все данные, а не только на стандартный комплекс... Я даже не говорю про комплекс Бэйкеров, Халов, шлюма или кого-то еще... Есть уже и российские почти аналогичные приборы. Может пора задуматься о том как шагнуть дальше? Так нет, мы все еще стоим на утверждении, что петрофизика - это Excel. А интерпретировать нужно все по одной скважине в итоге в геологической модели получая кучу несогласованных между собой данных... Извините, накипело)))gregory_k пишет:
А я бы порекомендовал посмотреть геопоиск. За 1 млн там лицезии 3 или 4 можно купить. Поддержка у них классная. Интерфейс там действительно "на любителя", а названия пунктов меню просто уродские. Но многоскваженная обработка в геопоиске качественная. Кажется там есть все, что Вы описали в требованиях. Про ограничение на размер базы - правда: 32000 кривых на базу. Открытый ствол у нас работает в геопоиске, народ вроде доволен. Также хочу хорошо сказать о прайме. У нас начальство хотело промысловиков на геопоиск перевести, так они такой вой подняли, что, наверное, прайм очень хорошая программа. А Техлог я бы не рекомендовал, т.к. заказчики любят попластовую обработку. Техлог для нее как всякий иностранный софт плохо приспособлен.
МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СОЧИНСКИЙ ИНСТИТУТ
государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ»
КАФЕДРА ФИЗИОЛОГИИ
РЕФЕРАТ ПО ГИС
НА ТЕМУ «ПРОГРАМНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГИС»
Выполнил:
студент 2 курса ОФО
группы Р-13 _________ Сафронов Е.А.
(подпись)
Научный руководитель:
асс. _________ Васильковская О.В.
(подпись)
Сочи, 2015г
Программные средства географических информационных систем.
1. Общая характеристика
Программные средства ГИС представляют собой совокупность в большей или меньшей степени интегрированных программных модулей, обеспечивающих реализацию основных функций ГИС. В общем случае можно выделить шесть базовых модулей:
1) ввода и верификации данных,
2) хранения и манипулирования данными,
3) преобразования систем координат и трансформации картографических проекций,
4) анализа и моделирования,
5) вывода и представления данных,
6) взаимодействия с пользователем.
Учитывая широкий спектр и весьма специфические особенности реализуемых функций, программное обеспечение геоинформационных систем в настоящее время составляет часть мирового рынка программного обеспечения. Известно достаточно большое количество коммерческих пакетов программного обеспечения ГИС, позволяющих выполнять разработку геоинформационных систем с определенными функциональными возможностями для конкретных территорий. Количество таких ГИС-пакетов измеряется многими десятками. Однако, если говорить о наиболее известных и широко применяющихся коммерческих ГИС-пакетах, то их количество может быть ограничено десятью-пятнадцатью.
По итогам исследований фирмы PC GIS Company Datatech (США), занимающейся анализом мирового рынка ГИС, первое место в рейтинге программных ГИС продуктов в последние годы занимает пакет MAPINFO, разработанный Mapping Information Systems Corporation (США) и имеющий около 150000 пользователей по всему миру. К наиболее популярным также относятся ГИС-пакет ARC/INFO, разработанный Калифорнийским институтом исследований природной среды (ESRI), и пакет географического анализа и обработки изображений IDRISI, созданный в Университете Кларка (США). Широкую известность имеют пакеты ATLAS*GIS фирмы Strategic Mapping Inc. (США)MGE фирмы INTERGRAPH (США), SPANS MAP/SPANS GIS Фирмы Tydac Technologies Corp. (США), ILWIS, разработанный в Международном институте аэрофотосъемки и наук о Земле (Нидерланды) SMALLWORLD GIS фирмы Smallworld Mapping Inc. (Великобритания) SYSTEM 9 фирмы Prime Computer-Wild Leitz (США), SICAD фирмы Siemens Nixdorf (Германия). Представляется необходимым назвать также ГИС пакет GEOGRAPH/GEODRAW, разработанный в Центре геоинформационных исследований Института географии Российской Академии наук, который по итогам исследований, проведенных в 1994 году в России, занимал третье место в рейтинге программных ГИС продуктов, а также WINGIS австрийской фирмы PROGIS, занявший пятую позицию в этом рейтинге. Несомненный интерес для исследований окружающей среды представляет ГИС пакет PC-RASTER, разработанный на географическом факультете университета города Утрехта (Нидерланды) и обладающий развитыми аналитическими возможностями.
2. Интерфейс пользователя ГИС
В зависимости от типа и назначения ГИС среда управления (интерфейс пользователя) обычно имеет несколько уровней. ГИС производит "информационные изделия" - списки, карты - которые позже используются для принятия решения различными категориями пользователей. Конечный пользователь в большинстве случаев может не взаимодействовать с системой непосредственно. Например, муниципальная система отчетов производит инвентаризационные списки, которые используются комитетами для выработки решений относительно различных хозяйственных мероприятий. Руководители комитетов не знают ничего относительно организации муниципальной системы, имея только концептуальное понимание о том, какая информация находится в ГИС и ее функциональных способностях. Однако менеджер системы должен иметь подробное представление о том, какая информация находится в базе данных и какие функции может выполнять ГИС. Системный аналитик или программист должен иметь еще более подробное понимание функциональных способностей конкретной прикладной ГИС. Конечный же пользователь взаимодействует с системой обычно через специального оператора, выдающего информацию как по стандартным, так и по индивидуальным запросам.
Степень сложности общения пользователя и ГИС определяется в первую очередь степенью проработки структуры базы данных, правильностью идентификации находящихся в базе данных объектов и наличием перекрестных ссылок между различными группами объектов. Получение какой либо информации из базы данных осуществляется в большинстве случаев при помощи специальных запросов, формируемых явным и неявным образом. Неявные запросы обычно уже программно реализованы и заложены в различные функциональные блоки системы фирмой-производителем программного обеспечения. Например, нажатие курсором мыши на пространственный объект, отображенный на экране, инициализирует алгоритм поиска "по местоположению" связанной с этим объектом атрибутивной информации. Явный запрос пишется пользователем (системным программистом ГИС) при помощи специального языка программирования (обычно SQL, иногда специально разработанный для данной системы язык) в текстовом редакторе, но в последнее время получили распространение диалоговые окна формирования запросов. Такие запросы могут сохранятся в специальной библиотеке и запускаться по мере необходимости.
Запросы могут значительно различаться по своему назначению и выполняемым в ходе их реализации алгоритмам. Простой запрос данных осуществляется с указанием конкретных идентификаторов объектов или точного местоположения и часто сопровождается указанием
Конкретных значений уточняющих параметров. Другие запросы осуществляют поиск объектов, удовлетворяющих более сложным требованиям. Имеются несколько различных типов поисковых запросов:
1. "Где объект X?". Здесь могут задаваться как точные атрибутивные характеристики искомого объекта, так и определенный диапазон этих характеристик. В некоторых случаях может задаваться радиус и сектор поиска относительно центральной точки, иногда буферная зона другого объекта.
2. "Что есть этот объект?". Объект идентифицирован ("выбран") при помощи диалогового устройства - мыши или курсора. Система возвращает признаки объекта, например, уличный адрес, имя владельца, Производительность нефтяной скважины, высоту над уровнем моря и
3. "Суммировать признаки объектов в пределах расстояния Х или внутри/снаружи определенной зоны". Комбинирование двух предыдущих запросов и статистических операций. "Какой самый лучший маршрут?". Определение оптимального маршрута по различным критериям (минимальная стоимость, минимальное постороннее воздействие, максимальная скорость) между этими двумя и более точками.
5. Использование отношений между объектами, например, поиск нижележащих элементов или определение крутизны уклона для цифровых моделей рельефа.
Для большинства приложений ГИС система должна работать в режиме реального времени: максимальное время, позволенное для ответа- несколько секунд. При достаточно частых обращениях к системе на первое место выдвигаются уже чисто эргономические требования к интерфейсу пользователя - меню и пиктограммы должны быть предпочтены текстовым командам, которые утомительны при наборе. Имеются несколько типов интерфейсов пользователя:
1. Команда, которую пользователь набирает в командной строке, например, С >. Пользователь должен следить за определенным системой синтаксисом команд, используя точную запись и правила пунктуации. Однако в некоторых ГИС таких команд может быть более 1000, очень неудобно для неопытных пользователей. Интерактивная помощь может сократить потребность в знании всех правил и синтаксиса, особенно для редко используемых команд.
2. Меню. Пользователь выбирает пункт меню, отвечающий за проведение определенной функции. Пункт меню представляет выбор, который является единственно возможными в это время. Следствия выбора могут быть отображены в специальном списке около каждого пункта. Однако, сложные системы меню утомительны при их постоянном использовании и не обеспечивают гибкость команд.
3. Пиктографические меню. Эта форма меню использует символические изображения для доступности смысла команд и упрощения управления. Пользователь управляет системой, используя пиктограммы для выполнения наиболее часто встречающихся функций и обычное меню для остальных. Многие пользователи лучше воспринимают символические системы и быстрее осваивают ГИС.
4. Окна. Интерфейс ГИС должен использовать преимущества характера пространственных данных. Имеются два естественных способа доступа к пространственным данным - через пространственные объекты и через их признаки. Современные сложные системы используют несколько экранных окон для отдельного вывода текстовых и графических данных. Окна позволяют одновременно выводить на экран несколько видов одной карты, например, в полном охвате и в увеличенном изображении.
5. Национальный язык интерфейса. Очевидные преимущества при использовании национального языка в системах меню и интерактивной помощи проявляются немедленно. Резко возрастает как скорость освоения системы, так и полнота использования ее функциональных возможностей. Большинство производителей программного обеспечения ГИС в настоящее время продвигают на иноязычные национальные рынки (стандарт - английский язык) "адаптированные" версии своих продуктов.
Многие оболочки ГИС совмещают несколько подходов к организации среды управления системой, создавая комбинированный интерфейс как с обычным "выпадающим" меню, так и с набором блоков пиктографических меню. Иногда дополнительно используется и командная строка, причем распознавание многих команд производится по их сокращенному виду (первые два-три символа).
Развитие аппаратного обеспечения определяет и развитие других типов интерфейса. Сенсорные дисплеи позволят пользователю выбирать объект или отдавать команды простым прикосновением пальца или специального указателя к определенной области экрана. Для некоторых типов прикладных ГИС, работающих с крупномасштабными моделями рельефа, возможно внедрение технологий "виртуальной реальности" при моделировании земной поверхности и находящихся на ней пространственных объектов: зданий, деревьев и т. д.
Программное обеспечение ГИС Существует некоторая путаница с термином ГИС. Этим словом обычно пользуются для обозначения следующих категорий: - специализированное программное обеспечение; - комплексные системы, включающие все виды обеспечения (методическое, программное, техническое и др.), присущие развитым информационным системам; - геоинформационные базы данных различного назначения на носителях цифровой информации; а иногда и аэро- и космические снимки, тематические карты и изображения, текстовые отчеты.
Рассмотрим подробнее категорию "специализированное программное обеспечение".
Основываясь на данных "Ассоциации развития рынка геоинформационных технологий и услуг" можно выделить несколько классов программного обеспечения, различающегося по своим функциональным возможностям и технологическим этапам обработки информации: - инструментальные ГИС; - ГИС-вьюверы; - средства обработки данных дистанционного зондирования; - векторизаторы растровых картографических изображений; - средства пространственного моделирования; - справочно-картографические системы.
Инструментальные ГИС Это в наибольшем числе случаев самодостаточный пакет, включающий такой набор функционала, который покрывает все стадии технологической цепочки: ввод - обработка-анализ - вывод результатов. Самые мощные представители этого класса именуются "full GIS" (полнофункциональная ГИС).
Наиболее известными представителями этого класса являются: - линия пакетов ARC/INFO компании ESRI, США (ARC/INFO, PC ARC/INFO, ArcCAD); - линия пакетов компании Intergraph, США; - SMALLWORLD (SmallWorld System, Великобритания); - MapInfo (MapInfo Corporation, США).
ГИС-вьюверы Это недорогие (по сравнению с full GIS), облегченные пакеты, с ограниченной возможностью редактирования данных, предназначенные в основном для визуализации и выполнения запросов к базам данных (в том числе и графическим), подготовленным в среде инструментальных ГИС. Большинство из них позволяют оформить и вычертить карту. Как правило, все разработчики полнофункциональных ГИС предлагают и ГИС-вьюверы: ArcView1 и 2 (ESRI, США), WinCAT(Simens Nixdorf, Германия).
Средства обработки данных дистанционного зондирования Материалы, получаемые в результате аэро- и космических съемок, требуют большой предварительной обработки, которая и производится с помощью продуктов этого класса.
Основные этапы обработки - предварительный (геометрическая и яркостная коррекции, составление мозаики из нескольких снимков); - тематический - классификация, построение цифровой модели рельефа (ЦМР), автоматическое выделение (распознавание, дешифрирование) объектов.
Для пользователя ГИС основная обработка - это проблемная, связанная в итоге с дешифрированием снимков. Самые известные представители: ERDAS Imagine, ER Mapper, серия продуктов Intergraph, TNT Mips.
Векторизаторы растровых картографических изображений Этот класс продуктов связан с вводом картографических данных. Поскольку основная аналитическая работа в ГИС-пакетах реализуется на векторной модели данных, то существует обширная группа задач по обработке отсканированных растровых картографических изображений. Векторизаторы - это ГИС-аналоги популярнейшего семейства OCR (FineReader, CuneiForm). В этом классе продуктов наблюдается бум у Российских разработчиков. Западные решения чрезмерно дороги и базируются исключительно на UNIX-машинах. Отечественные разработчики предлагают более 15 различных пакетов, функционирующих на разных платформах и по эффективности использования не уступающих зарубежным аналогам.
Среди них отметим: - SpotLight, Vectory (Consistent Software, Россия); - Easy Trace (Easy Trace Group, Россия); - MapEdit (АО "Резидент", Россия); - AutoVEC(IBS, Россия).
Средства пространственного моделирования Эти средства предназначены для решения задач моделирования пространственно-распределенных параметров. К этим задачам следует отнести: - обработку результатов полевых измерений; - построение 3-мерной модели рельефа; - построение моделей гидрографической сети и определение участков затопления; - расчет переноса загрязнения и т.д. Представители: - линия продуктов фирмы Eagle Point, США; - линия продуктов фирмы SOFTDESK, США.
Справочно-картографические системы Это закрытые (в отношении формата и адаптации) оболочки, содержащие простой механизм запросов и отображения. Пользователь, как правило, лишен возможности изменения данных. Представители этого класса ГИС-пакетов известны широкому кругу компьютерной общественности. Многие пользовались или видели электронную карту Москвы, разошедшуюся многотысячным тиражом благодаря системам СИТИ (ЭРМА Интернешнл), Модель Москвы (или МОМ, Nhsoft), M-CITY (ТОО "Макроплан"). Сейчас подготовлены карты Московской области, Санкт-Петербурга, Калининграда, Уфы, России.
Естественно, что эта классификация "не таблица Менделеева" в ГИС. Некоторые пакеты подпадают под несколько классов, другие предназначены для решения узкоспециальных задач (изыскания, гидрогеология и т.д.).
5. Перспективы Исследование рынка ГИС-технологий выходит за рамки этой статьи. Поэтому ограничусь тем, что в краткой форме перечислю факты, которые позволяют сделать вывод о том, что ГИС-технологии стоят на пороге массового применения. Уже началось ознакомление широких масс с элементами геоинформационных технологий. Так, ГИС-модулями оснащаются широко распространенные офисные пакеты (Excel, Lotus 1-2-3, CorelDRAW!). Новая модель notebook фирмы DELL (затем и других производителей) будет в стандартной конфигурации снабжаться приемником GPS, а значит, и программами отображения местоположения на карте. В этом году начнется серия запусков американских коммерческих спутников высокого разрешения. В течение ближайших 10 лет планируется запустить не менее 99 (!) систем такого типа. Обобщенные характеристики получаемых материалов: " цифровая съемочная аппаратура с разрешением уже у первых аппаратов 3 м в панхроматическом и 15 м в 4-зональном режиме съемки, а в будущем - 0,85 м и лучше; " время получения информации потребителем планируется иметь не хуже 48 часов с момента съемки, а в некоторых системах это время будет около 15 минут; " точность привязки может быть доведена до 10 см, то есть до точности, достаточной для составления карт масштаба 1:2000 - 1:5000; " повторяемость этих съемок около 24 часов; " по ценам эти снимки будут конкурировать с аэрофотосъемкой. Такая доступность высокоточных снимков очень напоминает эпизод из фильма "Игры патриотов" с Харисоном Фордом. В штабе ЦРУ при помощи спутниковых систем, как говорится, "в прямом эфире" наблюдают за операцией по уничтожению группы террористов, которая проводится на другом континенте.
Готовы ли мы к такой открытости? В очередной раз перед нами дилемма: или идти в ногу со всем цивилизованным миром, или ничего не менять в наших режимах (сейчас запрещены российские космические съемки с разрешением лучше 4 м) и возводить новый железный занавес.
6. Глобальная Система Позиционирования - GPS Вплоть до 90-х годов нашего столетия не было создано ни одной универсальной навигационной системы, лишенной серьезных недостатков. И только с появлением Глобальной Системы Позиционирования (GPS) произошли кардинальные изменения в этой области. Ядро этой сложнейшей технической системы, синтезировавшей огромное число важнейших научных и технологических достижений современной цивилизации, составляют 24 космических спутника. GPS действительно оправдывает свое название глобальной системы.
В любой точке на Земле и в околоземном пространстве, в любое время суток она обеспечивает решение любых задач, требующих определения местоположения и параметров движения.
США создали систему GPS, израсходовав 12 млрд. долл., и сегодня поддерживают ее в работоспособном состоянии с помощью специальных наземных станций слежения, обеспечивающих регулярное определение параметров движения спутников и коррекцию бортовой информации о собственных орбитах. Непрерывно передавая радиосигналы, космические спутники создают вокруг земного шара "информационное поле". Сигналы улавливаются специальными GPS-приемниками, которые и вычисляют местоположение своей антенны. Эта функция всегда первична в любой системе, базирующейся на GPS. В основу концепции GPS положена спутниковая дальнометрия. Это означает, что мы определяем координаты, занимаемой нами позиции путем измерения дальностей до нескольких космических спутников. При этом спутники играют роль прецизионных опорных точек. В настоящий момент эксплуатируется спутниковая навигационная система (СНС) NAVSTAR, развернутая Министерством обороны США и введенная в эксплуатацию в 1988 году. Все приемники, принимающие сигналы СНС NAVSTAR, принято называть GPS-приемниками. Несмотря на то, что эксплуатацию этой СНС, включая сеть контрольных станций, ведет МО США, ею разрешено пользоваться бесплатно всем гражданским организациям, но только с ограничением по точности определения координат (так называемый селективный доступ). Это обеспечивается путем зашумления радионавигационного сигнала используемого для измерений. Для точных измерений используется специальный дифференциальный метод. На Российском рынке различными государственными и многочисленными коммерческими организациями предлагаются GPS-оборудование большинства западных производителей: Ashtech Inc. (США), Geotronics AB (Швеция), Leica AG (Швейцария), Magellan (CША), Sercel (Франция), Trimble Navigation Ltd. (США).
Технология GPS Положение объекта на земле вычисляется по измеренному расстоянию до космического спутника. Для определения положения объекта нужно иметь результаты трех измерений. Расстояние до спутника определяется путем измерения времени прохождения радиосигнала от спутника до антенны GPS-приемника. Аппаратура спутников и приемники генерируют одинаковые псевдослучайные коды в одни и те же моменты времени. Время прохождения сигнала спутника определяется по задержке принятого кода относительно такого же кода, сформированного приемником. Основой точного измерения расстояния до спутников является прецизионный отсчет времени, что выполняется на спутниках благодаря использованию атомных часов. Приемники же не нуждаются в прецизионных часах, так как ошибки измерения компенсируются дополнительными тригонометрическими расчетами, для которых требуется измерение дальности до четвертого спутника.
Области применения GPS Число областей применения GPS-средств впечатляюще велико. Их можно систематизировать по содержанию основных задач. Практически все виды GPS-приемников обеспечивают: - определение трех текущих координат (долгота, широта и высота над уровнем моря); - определение трех составляющих скорости объекта; - определение точного времени с точностью не менее 0,1 с; - вычисление истинного путевого угла объекта; - прием и обработку вспомогательной информации.
Эти задачи являются основными. Различия в классах приемников начинаются там, где проявляются специфические требования, связанные с областью применения. Навигация подвижных объектов. Местоположение объекта определяется с точностью до нескольких десятков метров. Это очень высокая точность для большинства задач навигации. Кроме обычного использования на кораблях, самолетах и космических аппаратах GPS-средства сейчас применяют в системах слежения за передвижением высокоценных грузов, например инкассаторских машин (что уже реализовано для одного крупного российского банка). Измерение Земли и ее поверхности. Землеустроительные задачи, привязка и координирование строительных проектов, картография, дистанционное зондирование, геофизика, геология и др. Наиболее мощные средства геодезического назначения представляют собой не отдельные приемники, а целые измерительно-вычислительные комплексы. Они снабжены и линиями радиосвязи, и внешними компьютерами, и программами постпроцессорной обработки. Здесь точность измерений может доходить до долей сантиметра. Информационно-измерительные системы. Строятся на основе сочетания возможностей GPS и других технических средств, позволяет получить новые качества в решении старых задач.
При современной технологии производства интегральных схем GPS-приемники вскоре станут столь миниатюрными и дешевыми, что их сможет носить с собой каждый человек, а значит, определять в любое время, где он находится и "как отсюда выбраться". GPS-приемник станет новым "бытовым прибором", таким же привычным, как телефон. GPS позволяет "присвоить" уникальный адрес буквально каждому квадратному метру поверхности Земли, а это означает,что в ближайшем будущем мы престанем теряться и метаться в поисках нужного объекта.
7. Дистанционное зондирование
Наряду с традиционной картографической информацией, данные дистанционного зондирования (ДЗ) составляют информационную основу ГИС-технологий, и чем дальше, тем больше этот источник информации доминирует над традиционными картами. Этап "первоначального накопления", черпающий данные из фондов существующих бумажных карт, в достаточно близкой исторической перспективе закончится. И далее встанет во весь рост проблема обновления карт в ГИС.
Под дистанционным зондированием понимаются исследования неконтактным способом, различного рода съемки с летательных аппаратов - атмосферных и космических, в результате которых получается изображение земной поверхности в каком-либо диапазоне (диапазонах) электромагнитного спектра.
Какие бывают методы съемок? Обычно выделяют космические и аэросъемки. На самом деле, с точки зрения конечного пользователя, между ними большого и принципиального отличия нет. Да, это съемки с разных летательных аппаратов и с разных высот. Но и сами методы съемки, и основы устройств съемочных камер сегодня могут быть похожи и для космических и для аэросъемок. Представление о резком различии космических и аэросъемок родилось тогда, когда появились первые доступные снимки из космоса. Они были мелкомасштабными, захватывали одним кадром целые регионы (что действительно невозможно сделать с помощью аэросъемки), часто были многозональными (что было тогда мало привычно, хотя и возможно, для аэросъемки), наконец, именно через космические снимки систем LANDSAT TM и LANDSAT MSS широкие круги специалистов впервые познакомились с цифровыми ("сканерными") снимками. Да, такие космические мелкомасштабные съемки уникальны, поскольку позволяют охватить взглядом целый регион и выявить такие обобщенные особенности, которые при попытке воссоздания их по мелким фрагментам просто ускользают от изучения. Космических же снимков высокого разрешения наши, да и зарубежные массовые потребители практически не знали - о них только говорили как о легенде. Все с обеих сторон было сугубо военное. По поводу космических снимков заметим еще, что основной объем космических снимков сегодня и тем более завтра - это снимки с ИСЗ (искусственных спутников земли), а не с пилотируемых аппаратов.
По методу регистрации изображения можно подразделить на аналоговые и цифровые. Аналоговые системы - сегодня практически только фотографические системы. Системы с телевизионной регистрацией существуют, но за исключением некоторых специальных случаев их роль ничтожно мала. В фотографических системах все происходит примерно так же, как и в обычном фотоаппарате: изображение фиксируется на пленку, которая после приземления летательного аппарата или специальной спускаемой капсулы проявляется и сканируется для использования в компьютерных технологиях. Среди цифровых систем съемки можно выделить сканерные, то есть системы с линейно расположенным набором светочувствительных элементов и некоторой системой развертки, часто оптико механической, изображения на эту линейку. Все большее распространение получают также системы с плоскими двухмерными массивами светочувствительных элементов. И хотя в последнем случае никакой реальной развертки изображения, как в сканере, не происходит, такие цифровые системы иногда по традиции тоже именуют сканерами. Наконец, существуют еще радиолокационные системы, совсем по-особому устроенные. Сырые данные, получаемое с радара, еще далеко не изображение; его надо восстанавливать с помощью сложной обработки, специфической для конкретного типа радара. Соответствующее программное обеспечение, как правило, не распространяется на рынке, а является собственностью владельца и разработчика съемочной системы.
Радар - совершенно особый источник данных. В отличие от других, радар - активный сенсор. Он сам "освещает" снимаемый участок, поэтому время суток для радарных съемок роли не играет. Все цифровые системы съемки имеют преимущество перед фотографическими в отношении оперативности получаемых данных. Ведь в случае космических съемок они передаются на Землю по радиоканалу, и не надо ждать, пока аппарат израсходует весь запас пленки (а это может быть много тысяч кадров) и на Землю будет сброшена спускаемая капсула, пленка в ней будет проявлена и отсканирована. До недавнего времени было, однако, общепризнано, что цифровые системы уступают фотографическим в отношении разрешающей способности изображения - сегодня это уже не совсем так.
