GIS (DublGIS Barnaul)

È piuttosto difficile dare una breve definizione univoca di questo fenomeno. Sistema Informativo Territoriale (GIS)- questa è un'opportunità per uno sguardo nuovo sul mondo che ci circonda. Se rinunciamo a generalizzazioni e immagini, il GIS è una moderna tecnologia informatica per la mappatura e l'analisi di oggetti nel mondo reale, nonché di eventi che si verificano sul nostro pianeta. Questa tecnologia combina operazioni di database tradizionali come query e analisi statistiche con i vantaggi della visualizzazione completa e dell'analisi geografica (spaziale) di una mappa. Queste capacità distinguono il GIS da altri sistemi informativi e offrono opportunità uniche per la sua applicazione in un'ampia gamma di attività relative all'analisi e alla previsione di fenomeni ed eventi nel mondo circostante, con la comprensione e l'evidenziazione dei principali fattori e cause, nonché della loro possibili conseguenze, con la pianificazione delle decisioni strategiche e le attuali conseguenze delle azioni intraprese. La mappatura e l'analisi geografica non sono niente di completamente nuovo. Tuttavia, la tecnologia GIS fornisce un approccio nuovo, più moderno, più efficiente, conveniente e veloce per analizzare i problemi e risolvere i problemi che affliggono l'umanità in generale e un'organizzazione specifica o un gruppo di persone, in particolare. Automatizza la procedura di analisi e previsione. Prima dell'uso del GIS, solo pochi avevano l'arte di generalizzare e analizzare completamente le informazioni geografiche al fine di prendere decisioni informate ottimali basate su approcci e strumenti moderni. Il GIS è ora un'industria multimilionaria che coinvolge centinaia di migliaia di persone in tutto il mondo. Il GIS è studiato nelle scuole, nei college e nelle università. Questa tecnologia è utilizzata in quasi tutte le sfere dell'attività umana, che si tratti dell'analisi di problemi globali come la sovrappopolazione, l'inquinamento del territorio, la riduzione delle foreste, i disastri naturali e la soluzione di compiti particolari, come trovare il miglior percorso tra i punti, scelta della posizione ottimale per un nuovo ufficio, ricerca a casa al suo indirizzo, posa di una conduttura a terra, varie incombenze comunali. In termini di copertura territoriale, esistono GIS globali (GIS globali), GIS subcontinentali, GIS nazionali, spesso aventi lo status di stato, GIS regionali (GIS regionali), GIS subregionali e locali o GIS locali (GIS locali).

I GIS differiscono nell'area tematica della modellazione delle informazioni, ad esempio GIS urbano o GIS municipale, MGIS (GIS urbano), GIS ambientale (GIS ambientale), ecc .; tra questi un nome particolare, per quanto particolarmente diffuso, è stato dato ai sistemi informativi territoriali. L'orientamento al problema del GIS è determinato dai compiti risolti in esso (scientifici e applicati), tra cui l'inventario delle risorse (incluso il catasto), l'analisi, la valutazione, il monitoraggio, la gestione e la pianificazione, il supporto alle decisioni. GIS integrato, IGIS (GIS integrato, IGIS) combinano le funzionalità dei sistemi GIS e di elaborazione delle immagini digitali (dati telerilevati) in un unico ambiente integrato.

I GIS multiscala (GIS multiscala) si basano su rappresentazioni multiple o multiscala di oggetti spaziali, fornendo la riproduzione grafica o cartografica dei dati a qualsiasi livello selezionato di una serie di scale basata su un singolo set di dati con la più alta risoluzione spaziale ... I GIS spazio-temporali (GIS spazio-temporali) operano su dati spazio-temporali. L'attuazione di progetti di informazione geografica (progetto GIS), la creazione di GIS in senso lato, comprende le seguenti fasi: studio di fattibilità, compreso lo studio dei requisiti dell'utente (requisiti dell'utente) e della funzionalità del software GIS utilizzato, studio di fattibilità, valutazione del rapporto costi/benefici; Progettazione GIS, compresa la fase di progetto pilota, sviluppo GIS; testarlo su un piccolo frammento territoriale, o area di prova, prototipando, o realizzando un prototipo, o prototipo; implementazione GIS; funzionamento e utilizzo. Gli aspetti scientifici, tecnici, tecnologici e applicativi della progettazione, della creazione e dell'uso dei GIS sono studiati dalla geoinformatica.

Storia GIS

Periodo iniziale (fine anni '50 - inizio anni '70)

Ricerca di possibilità fondamentali, aree di confine della conoscenza e delle tecnologie, sviluppo dell'esperienza empirica, primi grandi progetti e lavori teorici.

• L'avvento dei computer elettronici (ECM) negli anni '50.
• L'emergere di digitalizzatori, plotter, display grafici e altre periferiche negli anni '60.
• Creazione di algoritmi software e procedure per la visualizzazione grafica delle informazioni su display e tramite plotter.
• Creazione di metodi formali di analisi spaziale.
• Creazione di strumenti software per la gestione di database.

Il periodo delle iniziative di governo (inizio anni '70 - inizio anni '80)

Il supporto del governo per i GIS ha stimolato lo sviluppo di lavori sperimentali nel campo dei GIS basati sull'uso di database di rete stradale:

• Sistemi di navigazione automatizzati.
• Sistemi di raccolta rifiuti e rifiuti.
• Traffico veicolare in caso di emergenza, ecc.

Periodo di sviluppo commerciale (primi anni '80 - presente)

L'ampio mercato per vari strumenti software, lo sviluppo di GIS desktop, l'espansione del loro campo di applicazione attraverso l'integrazione con database non spaziali, l'emergere di applicazioni di rete, l'emergere di un numero significativo di utenti non professionali, sistemi che supportano singoli set di dati su computer separati aprono la strada a sistemi che supportano geodatabase aziendali e distribuiti.

Periodo di utilizzo (fine anni '80 - presente)

L'aumento della concorrenza tra i produttori commerciali di servizi di tecnologia dell'informazione geografica offre vantaggi agli utenti GIS, la disponibilità e "apertura" di strumenti software consente di utilizzare e persino modificare i programmi, l'emergere di "club" di utenti, teleconferenze, geograficamente separati, ma collegati da un singolo argomento di gruppi di utenti, un aumento della necessità di geodati, l'inizio della formazione dell'infrastruttura di geoinformazione globale.

Come funziona il GIS

Il GIS memorizza le informazioni sul mondo reale come una raccolta di livelli tematici raggruppati in base alla posizione geografica. Questo approccio semplice ma altamente flessibile ha dimostrato il suo valore in una varietà di attività del mondo reale: monitoraggio del movimento di veicoli e materiali, visualizzazione dettagliata di situazioni di vita reale e attività pianificate e modellazione della circolazione atmosferica globale. Qualsiasi informazione geografica contiene informazioni sulla posizione spaziale, che si tratti di un riferimento a coordinate geografiche o di altro tipo, o collegamenti a un indirizzo, codice postale, circoscrizione o distretto di censimento, identificatore di un terreno o di un'area forestale, nome di una strada, ecc. Quando si utilizzano tali collegamenti, viene utilizzata una procedura chiamata geocodifica per determinare automaticamente la posizione o le posizioni di uno o più oggetti. Con il suo aiuto, puoi rapidamente determinare e vedere sulla mappa dove si trova l'oggetto o il fenomeno di interesse, come la casa in cui vive il tuo amico o l'organizzazione di cui hai bisogno, dove si è verificato un terremoto o un'alluvione, quale percorso è più facile e veloce per arrivare al punto che ti serve o a casa.

Modelli vettoriali e raster

Il GIS può funzionare con due tipi di dati significativamente diversi: vettoriali e raster. In un modello vettoriale, le informazioni su punti, linee e poligoni sono codificate e memorizzate come un insieme di coordinate X, Y. La posizione di un punto (oggetto punto), come un pozzo trivellato, è descritta da una coppia di coordinate (X, Y). Gli elementi lineari come strade, fiumi o condutture vengono salvati come set di coordinate X, Y. Gli elementi poligonali come bacini fluviali, appezzamenti di terreno o aree di servizio vengono archiviati come un insieme chiuso di coordinate. Il modello vettoriale è particolarmente utile per descrivere oggetti discreti ed è meno adatto per descrivere proprietà in continua evoluzione, come i tipi di suolo o la disponibilità di oggetti. Il modello raster è ottimale per lavorare con proprietà continue. Un'immagine raster è un insieme di valori per i singoli componenti elementari (celle), è simile a una mappa o un'immagine scansionata. Entrambi i modelli hanno i loro vantaggi e svantaggi. Il GIS moderno può funzionare sia con modelli vettoriali che raster.

Strati GIS

Tutte le informazioni cartografiche in un GIS sono organizzate in strati. I livelli sono il primo livello di astrazione in GIS. Lavorando con GIS, siamo obbligati a dividere i nostri dati esistenti in strati. Ogni livello contiene oggetti di un certo tipo, accomunati da caratteristiche comuni. Lavorando in GIS, possiamo connettere e disconnettere i layer di nostro interesse, o cambiare l'ordine della loro visualizzazione. I livelli sono dei seguenti tipi:

Punto

I livelli punto contengono oggetti che possono essere astratti fino a un punto, come un pozzo o una città. Per chiarezza di comprensione, anche una città può essere rappresentata come un punto.

Lineare

Questi oggetti possono essere astratti in polilinee o linee morbide, come fiumi, strade o condutture.

Poligonale o areale

Gli oggetti di questo tipo vengono presentati come all'interno di un determinato poligono, ad esempio aree di licenza.

Gli oggetti reali possono essere costituiti da diversi contorni. Questo è necessario se vuoi rappresentare un poligono con un foro all'interno. La figura mostra un esempio di un poligono regolare e un poligono costituito da due contorni.

L'ultimo punto del poligono deve sempre coincidere con il primo punto. Che sia corretto o meno, è così nei sistemi di informazione geografica. Pertanto, un poligono non può avere meno di quattro punti. Se il poligono ha area zero, cioè degenera, allora deve essere cancellato. Anche il poligono non deve avere autointersezioni. Tali carenze possono in seguito portare a gravi errori di calcolo e dovrebbero pertanto essere evitate.

immagini

Grafica bitmap collegata a coordinate geografiche, come immagini satellitari o mappe scansionate.

Modelli in rete

Queste sono mappe di struttura e mappe di parametri. Inizialmente, questi modelli erano basati su una griglia rettangolare con un valore Z (parametro) specificato nei punti della griglia.

Ora la struttura di tali modelli è spesso più complessa, ma tradizionalmente continuano a essere chiamati griglie o griglie. Le griglie moderne possono contenere spaccature, aree di affinamento o basate su spline. Il significato dei modelli a griglia rimane lo stesso: rappresentazione continua di un parametro su una determinata area.

Una mesh spline differisce da una mesh regolare in quanto la sua superficie è perfettamente liscia, il che è più naturale per la maggior parte dei modelli. Le mesh di faglia contengono segmenti aggiuntivi per simulare una frattura uniforme. In un modello a griglia convenzionale, il divario è graduale. I modelli a griglia sono anche chiamati mappe di contorno.

Tipi speciali di strati

Questi cinque tipi di livelli sono standard per qualsiasi GIS professionale, ma in aggiunta ad essi potrebbero esserci altri tipi speciali di dati, a causa dell'ambito di questo sistema. Ad esempio, possono essere faglie (per la modellazione di mesh con faglie), mappe raster (per rappresentare immagini raster molto grandi), modelli 3D (per modelli 3D di serbatoi).

Tabelle dati GIS

I punti di linea e i poligoni hanno tabelle di dati degli attributi per le loro caratteristiche.

Ogni oggetto sulla mappa ha una riga corrispondente nella tabella dei dati. Utilizzando la tabella dati, è possibile trovare e ordinare gli oggetti, selezionarli sulla mappa per attributi o visualizzare gli attributi degli oggetti selezionati. La tabella degli attributi consente di cercare oggetti, ordinarli, selezionarli in base a condizioni, raggruppare, creare filtri, eseguire calcoli. Una tabella degli attributi trasforma un GIS in un database in cui è possibile eseguire l'analisi dei dati o la gestione dei dati con strumenti GIS avanzati. Senza tabelle di attributi, i sistemi di informazione geografica non avrebbero senso e le mappe in essi contenute non sarebbero mappe, ma semplicemente disegni, come i disegni in CorelDraw o Paint.

Anche i punti nelle linee e nei poligoni hanno le proprie tabelle degli attributi. Così, ad esempio, i profili sismici possono essere caricati insieme ai dati sugli orizzonti selezionati e utilizzati per costruire mappe in curve di livello. La tabella dati supporta il concetto di oggetti selezionati, tali righe nella tabella sono contrassegnate con un colore diverso. Gli oggetti selezionati vengono visualizzati anche in modo leggermente diverso sulla mappa. La selezione degli oggetti è molto spesso utilizzata nell'analisi dei dati. Puoi selezionare oggetti sia nella tabella che sulla mappa, nonché in base a condizioni specificate.

Formazione di strati

Un argomento molto importante è la corretta formazione della struttura a strati. L'utilità di qualsiasi database, incluso il GIS, dipende fortemente dalla corretta struttura dei dati. Si può anche formulare quanto segue: l'utilità del database è direttamente proporzionale alla sua corretta organizzazione e ordine nei dati. Se i dati nel database contengono un numero elevato di errori o sono organizzati in modo errato, ciò può annullare tutti i vantaggi del database in quanto tale. Per questo motivo è importante la capacità di strutturare correttamente le informazioni. Ad esempio, se si caricano dati sismici, sarebbe corretto combinare tutte le parti sismiche in un unico livello e non creare più livelli raggruppandoli per regioni o aree. Meglio attenersi a questa regola: un tipo di dati - una tabella (o un livello). Oggetti dissimili, invece, si collocano meglio in strati diversi, anche se uniti da un tema comune. Pertanto, è meglio dividere strade e ferrovie in due strati e quindi inserirli nel gruppo "Percorsi di traffico".

Coordinate

Tutti sanno che la terra è rotonda e la mappa è piatta e la superficie della palla non può essere ruotata su un piano senza deformazioni. Per questo motivo, nella cartografia vengono utilizzate le proiezioni. Le sezioni sono le regole e le formule per trasformare una coordinata in un'altra. Una trasformazione comunemente usata è da coordinate sferiche (geografiche) a coordinate rettangolari (coordinate della mappa). Le proiezioni sono di area uguale o conforme, cioè preservano l'area degli oggetti o degli angoli. A volte la proiezione può distorcere entrambi, riducendo al minimo la distorsione in generale. Per il nostro paese, la trasformazione del sistema standard è il sistema di coordinate "42° anno". Il sistema "42° anno" divide il territorio del globo in 60 zone, 6 gradi ciascuna. La regione di Tyumen, ad esempio, si trova all'interno delle zone 12, 13 e 14. L'anno 42 è una proiezione di area uguale. Il GIS è progettato in modo da poter memorizzare i dati in un sistema di coordinate e visualizzarli in un altro. Pertanto, è necessario non confondersi con il sistema di coordinate in cui sono archiviati i dati e in cui vengono visualizzati sulla mappa. Per ridurre la confusione con le proiezioni, Isoline supporta solo due varianti dei dati originali:

• Coordinate rettangolari (qualsiasi coordinata arbitraria a cui non viene applicata alcuna trasformazione).
• Coordinate geografiche (gradi, minuti, secondi, che, se visualizzati sulla mappa, vengono ricalcolati in qualsiasi proiezione).

Di seguito sono riportate le opzioni per visualizzare lo stesso grafico in diversi sistemi di coordinate e proiezioni.

La proiezione è "policonica". Le coordinate reali sono gradi, le coordinate visualizzate sono gradi.

La proiezione non è installata. Le coordinate reali sono "policoniche", le coordinate visualizzate sono rettangolari.

La proiezione non è installata. Le coordinate reali sono gradi, le coordinate visualizzate sono rettangolari.

La proiezione è "policonica". Le coordinate reali sono "policoniche", le coordinate visualizzate sono rettangolari.

Come puoi vedere dalle figure, le due superiori sono abbastanza soddisfacenti per noi, ma la terza e la quarta non lo sono. La terza immagine è in realtà abbastanza corretta, ma la proiezione non è specificata, e quindi vediamo l'immagine "così com'è", in gradi. Nella quarta figura, abbiamo cercato di visualizzare un poligono, i cui dati non sono gradi, in una proiezione "policonica" e il sistema non ci ha capito. Da ciò, possiamo trarre la seguente conclusione: è impossibile impostare la proiezione per le coordinate rettangolari, poiché in questo caso le formule di trasformazione vengono applicate loro una seconda volta e l'immagine non è corretta.

È inoltre necessario tenere conto del fatto che una linea retta tracciata in un sistema di coordinate non è una linea retta in un altro sistema e le aree degli oggetti possono differire, anche se le proiezioni sono uguali.

Coordinate rettangolari

"policonico", senza correzione di visualizzazione.

Sistema di coordinate Mollweide.

policonico", con correzione del display.

Pertanto, se sono necessarie lunghezze di linea accurate, aree precise e visualizzazione accurata, è necessario utilizzare gli strumenti speciali del sistema.

I compiti che GIS risolve

Il GIS generico, tra le altre cose, esegue solitamente cinque procedure (task) con i dati: input, manipolazione, controllo, query e analisi, visualizzazione.

Ingresso

Per l'utilizzo in GIS, i dati devono essere convertiti in un formato digitale idoneo. Il processo di conversione dei dati dalle mappe cartacee in file informatici è chiamato digitalizzazione. Nel moderno GIS, questo processo può essere automatizzato utilizzando la tecnologia scanner, che è particolarmente importante quando si eseguono progetti di grandi dimensioni, oppure, con una piccola quantità di lavoro, i dati possono essere inseriti utilizzando un digitalizzatore. Molti dati sono già stati tradotti in formati che vengono percepiti direttamente dai pacchetti GIS.

Manipolazione

Spesso, per completare un progetto specifico, i dati esistenti devono essere ulteriormente modificati in base ai requisiti del proprio sistema. Ad esempio, le informazioni geografiche possono essere a diverse scale (le linee centrali delle strade sono in scala 1: 100.000, i confini dei distretti di censimento sono in scala 1: 50.000 e le proprietà residenziali sono in scala 1: 10.000). Per l'elaborazione e la visualizzazione congiunte, è più conveniente presentare tutti i dati su un'unica scala. La tecnologia GIS offre diversi modi per manipolare i dati spaziali ed evidenziare i dati necessari per un'attività specifica.

Controllo

In piccoli progetti, le informazioni geografiche possono essere archiviate come file normali. Ma con un aumento della quantità di informazioni e un aumento del numero di utenti per l'archiviazione, la strutturazione e la gestione dei dati, è più efficiente utilizzare sistemi di gestione di database (DBMS), quindi strumenti informatici speciali per lavorare con set di dati integrati (banche dati ). In GIS, è più conveniente utilizzare una struttura relazionale in cui i dati sono archiviati in forma tabellare. In questo caso, i campi comuni vengono utilizzati per collegare le tabelle. Questo approccio semplice è abbastanza flessibile ed è ampiamente utilizzato in molte applicazioni GIS e non.

Interrogazione e analisi

Se si dispone di GIS e informazioni geografiche, è possibile ottenere risposte a semplici domande (Chi è il proprietario di questo appezzamento di terreno? A che distanza sono questi oggetti l'uno dall'altro? Dove si trova questa zona industriale?) E domande più complesse che richiedono ulteriori analisi (Dove sono i luoghi per la costruzione di una nuova casa? Qual è il tipo principale di terreno sotto i boschi di abete rosso? In che modo la costruzione di una nuova strada influirà sul traffico?). Le query possono essere impostate sia con un semplice clic del mouse su un oggetto specifico, sia con l'ausilio di strumenti analitici avanzati. Con l'aiuto del GIS, è possibile identificare e impostare modelli per la ricerca, riprodurre scenari come "cosa accadrà se...". Il GIS moderno dispone di molti potenti strumenti di analisi, di cui due sono i più significativi: l'analisi di prossimità e l'analisi di sovrapposizione. Per analizzare la vicinanza degli oggetti l'uno rispetto all'altro, il GIS utilizza un processo chiamato buffering. Aiuta a rispondere a domande come: quante case ci sono entro 100 metri da questo specchio d'acqua? Quanti clienti vivono entro 1 km da questo negozio? Qual è la quota di petrolio prodotta da pozzi situati entro 10 km dall'edificio di gestione di questo reparto di produzione di petrolio e gas? Il processo di sovrapposizione comporta l'integrazione di dati situati in diversi livelli tematici. Nel caso più semplice, si tratta di un'operazione di visualizzazione, ma in una serie di operazioni analitiche i dati di diversi livelli vengono combinati fisicamente. La sovrapposizione, o aggregazione spaziale, consente, ad esempio, di integrare i dati relativi a suolo, pendenza, vegetazione e possesso con le aliquote dell'imposta fondiaria.

Visualizzazione

Per molti tipi di operazioni spaziali, il risultato finale è la presentazione dei dati sotto forma di mappa o grafico. Una mappa è un modo molto efficiente e informativo per archiviare, presentare e comunicare informazioni geografiche (georeferenziate). In precedenza, le mappe venivano create per secoli. Il GIS fornisce nuovi straordinari strumenti che espandono e sviluppano l'arte e le basi scientifiche della cartografia. Con il suo aiuto, la visualizzazione delle mappe stesse può essere facilmente integrata con documenti di segnalazione, immagini tridimensionali, grafici e tabelle, fotografie e altri mezzi, ad esempio multimediali.

Tecnologie GIS

Il GIS è strettamente correlato a una serie di altri tipi di sistemi informativi. La sua principale differenza risiede nella capacità di manipolare e analizzare i dati spaziali. Sebbene non esista una classificazione universalmente accettata dei sistemi informativi, la descrizione che segue dovrebbe aiutare a distanziare il GIS dai sistemi di mappatura desktop, sistemi CAD, telerilevamento, sistemi di gestione di database (DBMS o DBMS) e tecnologia di posizionamento globale (GPS).

Sistemi di mappatura desktop utilizzare la rappresentazione cartografica per organizzare l'interazione dell'utente con i dati. In tali sistemi, tutto si basa su mappe, la mappa è un database. La maggior parte dei sistemi di mappatura desktop dispone di capacità limitate di gestione dei dati, analisi spaziale e personalizzazione. I pacchetti corrispondenti funzionano su computer desktop: PC, Macintosh e workstation UNIX di fascia bassa.

Sistemi CAD

Sistemi CAD capace di disegni di progetto e piani di edifici e infrastrutture. Per combinarsi in un'unica struttura, utilizzano un insieme di componenti con parametri fissi. Si basano su un numero limitato di regole per la combinazione dei componenti e hanno funzioni analitiche molto limitate. Alcuni sistemi CAD sono stati estesi per supportare la presentazione di dati cartografici, ma, di norma, le utilità disponibili in essi non consentono di gestire e analizzare in modo efficiente grandi database spaziali.

Telerilevamento e GPS

Le tecniche di telerilevamento sono un'arte e una tendenza scientifica per effettuare misurazioni della superficie terrestre utilizzando sensori come varie telecamere a bordo di aerei, ricevitori di sistemi di posizionamento globale o altri dispositivi. Questi sensori raccolgono dati sotto forma di immagini e forniscono capacità specializzate per l'elaborazione, l'analisi e la visualizzazione delle immagini catturate. A causa della mancanza di strumenti di analisi e gestione dei dati sufficientemente potenti, i sistemi corrispondenti difficilmente possono essere attribuiti a un vero GIS.

Sistemi di gestione del database sono progettati per archiviare e gestire tutti i tipi di dati, inclusi i dati geografici (spaziali). I DBMS sono ottimizzati per tali attività, quindi molti GIS hanno il supporto DBMS integrato. Questi sistemi non dispongono di strumenti di analisi e visualizzazione di tipo GIS.

Cosa può fare il GIS per te

Effettua query spaziali e analizza

La capacità del GIS di eseguire ricerche nei database ed eseguire query spaziali ha consentito a molte aziende di risparmiare milioni di dollari. Il GIS aiuta a ridurre il tempo necessario per ottenere risposte alle richieste dei clienti; individuare aree idonee alle attività richieste; identificare le relazioni tra i diversi parametri (ad esempio, suoli, clima e raccolti); identificare i luoghi delle reti elettriche. Gli agenti immobiliari utilizzano il GIS per trovare, ad esempio, tutte le case in una determinata area che hanno tetti in ardesia, tre stanze e cucine di 10 metri, quindi forniscono una descrizione più dettagliata di quegli edifici. La richiesta può essere perfezionata introducendo parametri aggiuntivi, ad esempio parametri di costo. È possibile ottenere un elenco di tutte le case situate a una certa distanza da una determinata autostrada, parco forestale o luogo di lavoro.

Migliorare l'integrazione all'interno dell'organizzazione

Molte organizzazioni che utilizzano il GIS hanno scoperto che uno dei suoi principali vantaggi risiede nelle nuove opportunità per migliorare la gestione della propria organizzazione e delle sue risorse combinando geograficamente i dati esistenti e la possibilità della loro condivisione e modifica coordinata da parte di diversi dipartimenti. La possibilità di un utilizzo congiunto e il database in costante crescita e corretto da diverse divisioni strutturali consente di aumentare l'efficienza del lavoro sia di ciascuna divisione che dell'organizzazione nel suo insieme. Quindi, un'azienda impegnata nelle comunicazioni di ingegneria può pianificare chiaramente i lavori di riparazione o manutenzione, iniziando dall'ottenere informazioni complete e visualizzando sullo schermo di un computer (o su copie cartacee) le aree interessate, ad esempio un sistema di approvvigionamento idrico, e terminando con il l'identificazione automatica dei residenti che saranno interessati da tali opere e la comunicazione dei tempi della prevista chiusura o interruzione dell'erogazione dell'acqua.

Prendi decisioni migliori

Il GIS, come altre tecnologie dell'informazione, conferma il noto adagio che una migliore informazione aiuta a prendere decisioni migliori. Tuttavia, il GIS non è uno strumento per l'emissione di decisioni, ma uno strumento che aiuta a velocizzare e aumentare l'efficienza del processo decisionale, fornendo risposte ai quesiti e funzioni per l'analisi dei dati territoriali, presentando i risultati delle analisi in modo visivo e forma di facile comprensione. Il GIS aiuta, ad esempio, a risolvere compiti come fornire varie informazioni su richiesta delle autorità di pianificazione, risolvere conflitti territoriali, scegliere i luoghi migliori (da diversi punti di vista e secondo diversi criteri) per posizionare gli oggetti, ecc. Le informazioni richieste per il processo decisionale può essere presentato in una forma cartografica concisa con spiegazioni testuali aggiuntive, grafici e diagrammi. La disponibilità di informazioni accessibili per la percezione e la generalizzazione consente ai decisori di concentrare i propri sforzi sulla ricerca di una soluzione, senza dedicare molto tempo alla raccolta e alla riflessione sui dati eterogenei disponibili. Puoi prendere rapidamente in considerazione diverse soluzioni e scegliere la più efficace ed efficiente.

Creazione di mappe

Le mappe GIS hanno un posto speciale. Il processo di mappatura GIS è molto più semplice e flessibile rispetto ai tradizionali metodi di mappatura manuali o automatizzati. Inizia creando un database. Come fonte per ottenere i dati iniziali, puoi anche utilizzare la digitalizzazione delle tradizionali mappe cartacee. I database cartografici basati su GIS possono essere continui (senza suddivisione in fogli e regioni separati) e non associati a una scala specifica. Sulla base di tali banche dati è possibile creare mappe (in formato elettronico o cartaceo) per qualsiasi territorio, di qualsiasi scala, con il carico necessario, con la sua selezione e visualizzazione con i simboli richiesti. In qualsiasi momento, il database può essere riempito con nuovi dati (ad esempio, da altri database) e i dati in esso contenuti possono essere modificati secondo necessità. Nelle grandi organizzazioni, il database topografico creato può essere utilizzato come base da altri reparti e divisioni, mentre i dati possono essere rapidamente copiati e inviati su reti locali e globali.

GIS in Russia

I sistemi stranieri più comuni in Russia sono: prodotto software ArcGIS società ESRI, famiglia di prodotti GeoMedia corporazioni intergrafo e MapInfo Professional società Pitney BowesMappaInfo.

Dagli sviluppi domestici, il programma GIS Map 2008 dell'azienda si è diffuso CJSC KB "Panorama".

Vengono utilizzati anche altri prodotti software di sviluppo nazionale ed estero: INTEGRAZIONE GIS, MGE corporazioni intergrafo(usa MicroStation come core grafico), IndorGIS, STAR-APIC, DublGIS, Mappa, GeoGraph GIS, 4geo eccetera.

L'uso del GIS nella gestione del territorio e dell'economia

"Lo scopo del GIS è limitato solo dalla tua immaginazione"

1. Introduzione

Al momento, è difficile immaginare un'area dell'attività umana in cui non verrebbe utilizzato un computer. I computer sono usati quasi ovunque: nell'arte, nella scienza, nell'istruzione, nella medicina, nell'industria, nel commercio e in molti altri settori. Alcune aree sono state interessate da un'automazione quasi totale, in altre questo processo è solo all'inizio.
Una delle aree di attività in cui il processo di automazione sta appena iniziando a prendere slancio è la gestione del territorio e dell'azienda agricola. Per la gestione del territorio, di norma, viene utilizzato il GIS: sistemi di informazione geografica o sistemi di informazione geografica.
Nei paesi industrializzati, dove da tempo si pone l'attenzione all'automazione, si è più o meno affermata l'automazione dell'amministrazione del territorio. Per quanto riguarda la Russia, questo processo è iniziato solo in alcune regioni del Paese. E poi tutte le possibilità del GIS, di regola, si riducono alla visualizzazione di una mappa o di una planimetria di una determinata area.

2. Sistema informativo geografico, concetto e software

2.1 Concetto di GIS

Il sistema informativo geografico (GIS) è un complesso software e hardware che risolve i compiti di archiviazione, visualizzazione, aggiornamento e analisi di informazioni spaziali e attributive sugli oggetti del territorio. Una delle funzioni principali del GIS è la creazione e l'uso di mappe digitali (elettroniche), atlanti e altri prodotti cartografici. La base di qualsiasi sistema informativo sono i dati. I dati GIS sono classificati come spaziali, semantici e metadati.
I dati spaziali sono dati che descrivono la posizione di un oggetto nello spazio. Ad esempio, le coordinate dei punti d'angolo di un edificio, rappresentate nel sistema di coordinate locale o in qualsiasi altro sistema. Dati semantici (attributo): dati sulle proprietà di un oggetto. Ad esempio, indirizzo, numero catastale, numero di piani e altre caratteristiche dell'edificio.
I metadati sono dati sui dati. Ad esempio, informazioni su chi, quando e con l'uso di quale materiale di origine, le informazioni sull'oggetto sono state inserite nel sistema.

Inizialmente, il GIS è stato creato per studiare le risorse naturali a metà degli anni '60, ma ora ci sono migliaia di GIS nei paesi industrializzati utilizzati in economia, politica, ecologia, gestione e conservazione delle risorse naturali, catasto, scienza, istruzione, ecc. Integrano informazioni cartografiche, dati di telerilevamento e monitoraggio ambientale, statistiche e censimenti, osservazioni idrometeorologiche, materiali di spedizione, risultati di perforazione, ecc.
Strutturalmente, il GIS per la gestione del territorio è un database centralizzato di oggetti territoriali e uno strumento che fornisce la capacità di archiviare, analizzare ed elaborare qualsiasi informazione relativa a un particolare oggetto GIS, che semplifica notevolmente il processo di utilizzo delle informazioni sugli oggetti del territorio da parte dei servizi interessati e individui.
Vale anche la pena notare che il GIS può (e deve) essere integrato con qualsiasi altro sistema informativo che utilizzi dati sugli oggetti del territorio. Ad esempio, un sistema per automatizzare le attività di un comitato di gestione della proprietà dovrebbe utilizzare un piano di indirizzi e una mappa del territorio GIS nel suo lavoro. Inoltre, il GIS può memorizzare zone contenenti coefficienti di canone che possono essere utilizzati nel calcolo dell'affitto.
Nel caso in cui venga utilizzato un GIS centralizzato, tutti i dipendenti del governo locale hanno l'opportunità di ricevere un accesso regolamentato ai dati GIS attuali, dedicando molto meno tempo alla loro ricerca, analisi e generalizzazione.
I GIS sono progettati per risolvere problemi scientifici e applicativi di inventario, analisi, valutazione, previsione e gestione dell'ambiente e dell'organizzazione territoriale della società.
Il GIS si basa su sistemi cartografici automatizzati e le principali fonti di informazione sono varie geo-immagini.

2.2 Software GIS

Il software può essere di base e applicato. Il software di base è la base per qualsiasi GIS orientato ai problemi. Il software sottostante fornisce tutte le funzionalità di base richieste da uno sviluppatore GIS orientato ai problemi. Questo software è sviluppato da un numero abbastanza elevato di organizzazioni commerciali e senza scopo di lucro. Il software applicativo è sviluppato per uno specifico campo di applicazione e fornisce soluzioni a specifici problemi ristretti.
Il software GIS di base è attualmente ampiamente disponibile sul mercato. Ci sono sviluppi esteri e nazionali. Tutti i software sul mercato differiscono per funzionalità e prezzo. Inoltre, funzionalità e prezzo sono direttamente proporzionali. Sebbene le attività relativamente semplici possano essere risolte utilizzando tecnologie GIS Open Source gratuite.
I prodotti più funzionali e, di conseguenza, i più utilizzati sono i prodotti di ESRI. ESRI ha sviluppato software GIS per un'ampia varietà di applicazioni. La linea di prodotti è rappresentata da applicazioni server e desktop con funzionalità di diversi livelli. MapInfo e Itergraph sono anche ampiamente conosciuti.

3. L'uso dei GIS nella gestione del territorio e dell'economia

L'interesse per l'introduzione del GIS nella pratica dell'amministrazione statale e comunale di tutto il mondo rimane alto da molti anni. In Russia e nei paesi della CSI, viene prestata molta attenzione anche ai progetti che utilizzano il GIS. E se i precedenti organi di governo (ministeri, agenzie, ecc.) hanno mostrato grande attività nell'attuazione di tali progetti, recentemente anche gli enti locali hanno mostrato un serio interesse: gli enti governativi regionali e comunali. Ciò è dovuto a significativi cambiamenti nella legislazione che modificano in modo significativo le basi economiche della governance regionale. Ai comuni vengono offerte grandi opportunità e, allo stesso tempo, sono responsabili della gestione del territorio e degli immobili, della manutenzione delle infrastrutture, della conservazione dell'ambiente ecologico e della sicurezza della popolazione.
I sistemi di informazione geografica sono stati a lungo ampiamente utilizzati per risolvere i problemi dell'amministrazione statale e comunale. Ci sono molti esempi di implementazione di successo e non di successo del GIS nella pratica degli organismi competenti. Naturalmente, l'efficacia dell'utilizzo del GIS è determinata da molti fattori e, probabilmente, non solo dalla scelta del software di uno o dell'altro fornitore. Tuttavia, la capacità stessa di implementare le funzioni richieste, costruire un sistema informativo completo, integrarlo nell'infrastruttura informativa esistente, implementare e fornire supporto tecnico per le soluzioni, dipende essenzialmente dalle proprietà e dalla qualità del software GIS.
La tecnologia GIS fornisce un mezzo per visualizzare e comprendere cosa c'è in una o più posizioni, fornisce strumenti per modellare le risorse, identificare relazioni, processi, dipendenze, esempi, minacce e rischi. Queste funzionalità ti consentono di vedere cosa sta realmente accadendo e dove, misurare la dimensione e l'entità di un evento o impatto, analizzare insieme una varietà di dati, sviluppare piani e, infine, aiutare a decidere quali passi e azioni intraprendere. La capacità del GIS di integrare dati spaziali e non spaziali, insieme alle funzioni di analisi e modellazione dei processi, consente di utilizzare questa tecnologia come piattaforma comune per l'integrazione dei processi aziendali tra i dipartimenti, le attività e le discipline del governo cittadino o regionale.
Una gestione efficace dei comuni e delle regioni in via di sviluppo dinamico richiede dati affidabili e aggiornati su oggetti e processi sul loro territorio, nonché tecnologie avanzate per l'accumulo, l'elaborazione e la presentazione delle informazioni. I moderni sistemi di informazione geografica con le loro capacità analitiche avanzate consentono di visualizzare e comprendere visivamente informazioni su oggetti, processi e fenomeni specifici nella loro totalità. Il GIS consente di identificare relazioni e relazioni spaziali, supportare l'uso collettivo dei dati e la loro integrazione in un unico array di informazioni.
I database di beni immobili, terreni di organizzazioni, valutazione monetaria di terreni, strutture ingegneristiche, monumenti di pianificazione urbana e architettura, informazioni sulla geologia, storia dello sviluppo, ecc. possono essere collegati a mappe digitali o basi cartografiche digitali con strati tematici, che sono le basi geospaziali dei GIS. Il database può anche organizzare l'archiviazione sia di grafica che di tutta la documentazione tecnica, di riferimento e di altra natura.
Nei moderni GIS è apparsa la possibilità di una rappresentazione tridimensionale del territorio. Modelli tridimensionali di oggetti, implementati in un paesaggio tridimensionale, progettati sulla base di dati cartografici digitali e materiali di telerilevamento, migliorano la qualità dell'analisi visiva del territorio e garantiscono l'adozione di decisioni consapevoli con maggiore efficienza.

4 Esempi di utilizzo di GIS

Di seguito sono riportati esempi di possibili applicazioni GIS. Viene descritta solo una piccola parte delle possibili soluzioni.

4.1 Utilizzo del GIS nella gestione delle comunicazioni

Quando si utilizzano varie reti di comunicazione, sorge inevitabilmente un problema associato all'identificazione di situazioni di emergenza e alla previsione del suo sviluppo.

Attualmente, utilizzando le tecnologie GIS, le seguenti attività vengono risolte con successo:
- determinazione del luogo di danneggiamento del cavo o del tubo principale in base ai reclami dei consumatori;
- previsione dell'ulteriore sviluppo dell'emergenza;
- soluzione del problema sull'eliminazione quanto prima possibile delle situazioni di emergenza;
- risoluzione di problemi sull'organizzazione della fornitura di energia elettrica, acqua o calore di backup di importanti strutture infrastrutturali;
- tracciare lo stato degli oggetti della rete di comunicazione e organizzare riparazioni o ricostruzioni tempestive

4.2 Utilizzo del GIS nella gestione del traffico

Al momento, i servizi cartografici per il monitoraggio della congestione del traffico sono ampiamente conosciuti. Ad esempio, Yandex Traffic.
Tuttavia, con l'aiuto delle tecnologie GIS, è anche possibile controllare direttamente l'organizzazione del traffico. Il sistema è in grado di modificare automaticamente le condizioni del traffico sulla base dei dati sulla congestione del traffico utilizzando mezzi tecnici in una determinata area. Ad esempio, modificare le fasi di commutazione dei semafori, modificare il numero di corsie per il traffico o organizzare una deviazione.

4.3 Uso del GIS nella gestione forestale

Il GIS è ampiamente utilizzato nella gestione forestale.

Le seguenti attività vengono risolte con successo:
- contabilizzazione della composizione in specie delle piantagioni forestali;
- distribuzione di siti per vari tipi di abbattimento legale;
- organizzazione del ripristino forestale;
- monitoraggio della salute del bosco;
- valutazione dei danni da incendi boschivi.

4.4 GIS pubblico

Attualmente, diverse autorità si stanno impegnando per garantire la trasparenza delle loro attività alla popolazione. Per questo, Internet globale è ampiamente utilizzato. Attualmente, hanno iniziato a comparire risorse che consentono a tutti di conoscere una varietà di informazioni sul territorio.

Naturalmente tale GIS non pubblica dati la cui diffusione è limitata dalla normativa vigente.

4.5 Monitoraggio ambientale dell'ambiente

Le tecnologie GIS sono ampiamente utilizzate per prendere decisioni sull'organizzazione di misure di protezione ambientale, nonché per valutare l'efficacia di tali misure.

Il GIS consente di lavorare contemporaneamente con grandi quantità di dati, il che rende possibile valutare il grado di impatto di una struttura pericolosa esistente o progettata sull'ambiente.

4.6 GIS urbano

Lo stesso processo di creazione e la stessa costruzione strutturale della documentazione progettuale urbanistica, ovviamente, testimonia l'efficacia dell'uso delle tecnologie GIS.
Innanzitutto, poiché i dati iniziali di molte organizzazioni, compresi i documenti grafici, sono solitamente presentati su basi cartografiche diverse e spesso sotto forma di diagrammi, sono le tecnologie GIS che consentono di portarli a un "denominatore comune", ovvero. su un'unica base cartografica.
In secondo luogo, vengono realizzate sezioni e materiali cartografici in forma digitale in determinate aree, che, in sostanza, sono basi tematiche cartografiche e semantiche del sistema informativo geografico.
In terzo luogo, viene eseguita un'analisi coniugata delle informazioni di cui sopra e viene creato uno schema sintetico "Analisi urbanistica completa del territorio", in cui l'intero potente arsenale di tecnologie GIS può essere applicato con successo.
Quarto, sulla base dell'analisi svolta, si stanno elaborando proposte progettuali per lo sviluppo urbanistico del territorio (Piano di Progetto) e schemi di progettazione ingegneristica settoriale, dettagliando e supportando le proposte progettuali del Master Plan, dove l'utilizzo delle tecnologie GIS è anche molto efficace.

4.7 Uso del GIS in situazioni di emergenza

Il GIS consente di risolvere problemi di valutazione delle cause di accadimento e previsioni dello sviluppo di varie emergenze:
- prevedere le conseguenze della fuoriuscita di sostanze tossiche in un impianto pericoloso per prendere una decisione sull'evacuazione della popolazione e valutare il danno all'ambiente;
- previsione dell'evoluzione degli incendi boschivi sulla base delle condizioni meteorologiche;
- previsione di zone allagate in caso di rotture di dighe e alluvioni;
- valutazione del danno economico.

4.8 GIS e demografia

Le tecnologie GIS sono ampiamente utilizzate per valutare la composizione della popolazione e per prendere decisioni sulla disposizione delle varie infrastrutture sociali. Ad esempio, pianificando il carico su scuole secondarie, asili nido e istituzioni mediche.

Come funziona il GIS?

Il GIS memorizza le informazioni sul mondo reale come una raccolta di livelli tematici raggruppati in base alla posizione geografica. Questo approccio semplice ma altamente flessibile ha dimostrato il suo valore in una varietà di attività del mondo reale: monitoraggio del movimento di veicoli e materiali, visualizzazione dettagliata di situazioni di vita reale e attività pianificate e modellazione della circolazione atmosferica globale.

Qualsiasi informazione geografica contiene informazioni sulla posizione spaziale, che si tratti di un riferimento a coordinate geografiche o di altro tipo, o collegamenti a un indirizzo, codice postale, circoscrizione o distretto di censimento, identificatore di un terreno o di un'area forestale, nome di una strada, ecc. Quando si utilizzano tali collegamenti, viene utilizzata una procedura chiamata geocodifica per determinare automaticamente la posizione o le posizioni di uno o più oggetti. Con il suo aiuto, puoi rapidamente determinare e vedere sulla mappa dove si trova l'oggetto o il fenomeno di interesse, come la casa in cui vive il tuo amico o l'organizzazione di cui hai bisogno, dove si è verificato un terremoto o un'alluvione, quale percorso è più facile e veloce per arrivare al punto che ti serve o a casa.

Modelli vettoriali e raster. Il GIS può funzionare con due tipi di dati significativamente diversi: vettoriali e raster. In un modello vettoriale, le informazioni su punti, linee e poligoni sono codificate e memorizzate come un insieme di coordinate X, Y. La posizione di un punto (oggetto punto), come un pozzo trivellato, è descritta da una coppia di coordinate (X, Y). Gli elementi lineari come strade, fiumi o condutture vengono salvati come set di coordinate X, Y. Gli elementi poligonali come bacini fluviali, appezzamenti di terreno o aree di servizio vengono archiviati come un insieme chiuso di coordinate. Il modello vettoriale è particolarmente utile per descrivere oggetti discreti ed è meno adatto per descrivere proprietà in continua evoluzione, come i tipi di suolo o la disponibilità di oggetti. Il modello raster è ottimale per lavorare con proprietà continue. Un'immagine raster è un insieme di valori per i singoli componenti elementari (celle), è simile a una mappa o un'immagine scansionata. Entrambi i modelli hanno i loro vantaggi e svantaggi. Il GIS moderno può funzionare sia con modelli vettoriali che raster.

I compiti che GIS risolve. Il GIS generico, tra le altre cose, esegue solitamente cinque procedure (task) con i dati: input, manipolazione, controllo, query e analisi, visualizzazione.

Accedere. Per l'utilizzo in GIS, i dati devono essere convertiti in un formato digitale idoneo. Il processo di conversione dei dati dalle mappe cartacee in file informatici è chiamato digitalizzazione. Nel moderno GIS, questo processo può essere automatizzato utilizzando la tecnologia scanner, che è particolarmente importante quando si eseguono progetti di grandi dimensioni, oppure, con una piccola quantità di lavoro, i dati possono essere inseriti utilizzando un digitalizzatore. Molti dati sono già stati tradotti in formati che vengono percepiti direttamente dai pacchetti GIS.

Manipolazione. Spesso, per completare un progetto specifico, i dati esistenti devono essere ulteriormente modificati in base ai requisiti del proprio sistema. Ad esempio, le informazioni geografiche possono essere a diverse scale (le linee centrali delle strade sono in scala 1: 100.000, i confini dei distretti di censimento sono in scala 1: 50.000 e le proprietà residenziali sono in scala 1: 10.000). Per l'elaborazione e la visualizzazione congiunte, è più conveniente presentare tutti i dati su un'unica scala. La tecnologia GIS offre diversi modi per manipolare i dati spaziali ed evidenziare i dati necessari per un'attività specifica.

Controllo. In piccoli progetti, le informazioni geografiche possono essere archiviate come file normali. Ma con un aumento della quantità di informazioni e un aumento del numero di utenti per l'archiviazione, la strutturazione e la gestione dei dati, è più efficiente utilizzare sistemi di gestione di database (DBMS), quindi strumenti informatici speciali per lavorare con set di dati integrati (banche dati ). In GIS, è più conveniente utilizzare una struttura relazionale in cui i dati sono archiviati in forma tabellare. In questo caso, i campi comuni vengono utilizzati per collegare le tabelle. Questo approccio semplice è abbastanza flessibile ed è ampiamente utilizzato in molte applicazioni GIS e non.

Interrogazione e analisi. Se si dispone di GIS e informazioni geografiche, è possibile ottenere risposte a semplici domande (Chi è il proprietario di questo appezzamento di terreno? A che distanza sono questi oggetti l'uno dall'altro? Dove si trova questa zona industriale?) E domande più complesse che richiedono ulteriori analisi (Dove sono i luoghi per la costruzione di una nuova casa? Qual è il tipo principale di terreno sotto i boschi di abete rosso? In che modo la costruzione di una nuova strada influirà sul traffico?). Le query possono essere impostate sia con un semplice clic del mouse su un oggetto specifico, sia con l'ausilio di strumenti analitici avanzati. Con l'aiuto del GIS, è possibile identificare e impostare modelli per la ricerca, riprodurre scenari come "cosa accadrà se...". Il GIS moderno dispone di molti potenti strumenti di analisi, di cui due sono i più significativi: l'analisi di prossimità e l'analisi di sovrapposizione. Per analizzare la vicinanza degli oggetti l'uno rispetto all'altro, il GIS utilizza un processo chiamato buffering. Aiuta a rispondere a domande come: quante case ci sono entro 100 metri da questo specchio d'acqua? Quanti clienti vivono entro 1 km da questo negozio? Qual è la quota di petrolio prodotta da pozzi situati entro 10 km dall'edificio di gestione di questo reparto di produzione di petrolio e gas? Il processo di sovrapposizione comporta l'integrazione di dati situati in diversi livelli tematici. Nel caso più semplice, si tratta di un'operazione di visualizzazione, ma in una serie di operazioni analitiche i dati di diversi livelli vengono combinati fisicamente. La sovrapposizione, o aggregazione spaziale, consente, ad esempio, di integrare i dati relativi a suolo, pendenza, vegetazione e possesso con le aliquote dell'imposta fondiaria.

Visualizzazione. Per molti tipi di operazioni spaziali, il risultato finale è la presentazione dei dati sotto forma di mappa o grafico. Una mappa è un modo molto efficiente e informativo per archiviare, presentare e comunicare informazioni geografiche (georeferenziate). In precedenza, le mappe venivano create per secoli. Il GIS fornisce nuovi straordinari strumenti che espandono e sviluppano l'arte e le basi scientifiche della cartografia. Con il suo aiuto, la visualizzazione delle mappe stesse può essere facilmente integrata con documenti di segnalazione, immagini tridimensionali, grafici e tabelle, fotografie e altri mezzi, ad esempio multimediali.

Tecnologie correlate. Il GIS è strettamente correlato a una serie di altri tipi di sistemi informativi. La sua principale differenza risiede nella capacità di manipolare e analizzare i dati spaziali. Sebbene non esista una classificazione universalmente accettata dei sistemi informativi, la descrizione che segue dovrebbe aiutare a distanziare il GIS dai sistemi di mappatura desktop, sistemi CAD, telerilevamento, sistemi di gestione di database (DBMS o DBMS) e tecnologia di posizionamento globale (GPS).

I sistemi di mappatura desktop utilizzano la rappresentazione cartografica per organizzare le interazioni dell'utente con i dati. In tali sistemi, tutto si basa su mappe, la mappa è un database. La maggior parte dei sistemi di mappatura desktop dispone di capacità limitate di gestione dei dati, analisi spaziale e personalizzazione. I pacchetti corrispondenti funzionano su computer desktop: PC, Macintosh e workstation UNIX di fascia bassa.

I sistemi CAD sono in grado di elaborare disegni e piani di edifici e infrastrutture. Per combinarsi in un'unica struttura, utilizzano un insieme di componenti con parametri fissi. Si basano su un numero limitato di regole per la combinazione dei componenti e hanno funzioni analitiche molto limitate. Alcuni sistemi CAD sono stati estesi per supportare la presentazione di dati cartografici, ma, di norma, le utilità disponibili in essi non consentono di gestire e analizzare in modo efficiente grandi database spaziali.

Telerilevamento e GPS. Le tecniche di telerilevamento sono un'arte e una tendenza scientifica per effettuare misurazioni della superficie terrestre utilizzando sensori come varie telecamere a bordo di aerei, ricevitori di sistemi di posizionamento globale o altri dispositivi. Questi sensori raccolgono dati sotto forma di immagini e forniscono capacità specializzate per l'elaborazione, l'analisi e la visualizzazione delle immagini catturate. A causa della mancanza di strumenti di analisi e gestione dei dati sufficientemente potenti, i sistemi corrispondenti difficilmente possono essere attribuiti a un vero GIS.

I sistemi di gestione dei database sono progettati per archiviare e gestire tutti i tipi di dati, inclusi i dati geografici (spaziali). I DBMS sono ottimizzati per tali attività, quindi molti GIS hanno il supporto DBMS integrato. Questi sistemi non dispongono di strumenti di analisi e visualizzazione di tipo GIS.

mappatura del sistema informativo geografico

GIS per gli educatori	Parte 1: Introduzione al GIS
	Obiettivo: Capire cosa sono i GIS e a cosa servono. Parole chiave: GIS, computer, mappe, dati, sistemi informativi, spazio, analisi

Panoramica:

Proprio come usiamo un editor di testo per lavorare con insiemi di parole e preparare documenti, possiamo usare Applicazione GIS lavorare con gli insiemi informazioni spaziali sul computer. GIS sta per " Sistema d'informazione geografica". Qualsiasi GIS è costituito dai seguenti componenti interconnessi:

• Dati digitali- informazioni geografiche che visualizzi e analizzi utilizzando hardware e software.
• Hardware- computer utilizzati per memorizzare, visualizzare ed elaborare i dati.
• Software- programmi informatici eseguiti su hardware e che consentono di lavorare con dati digitali. Il software che fa parte di un sistema informativo geografico è chiamato applicazione GIS.

Con l'applicazione GIS, puoi aprire mappe digitali sul tuo computer, creare nuove informazioni spaziali e aggiungerle alla mappa, preparare mappe per la stampa che soddisfano le tue esigenze ed eseguire analisi spaziali.

Di seguito è riportato un semplice esempio di utilizzo di un GIS. Immaginiamo che una struttura sanitaria abbia annotato il luogo di residenza e la data della visita per ogni paziente in cura:

Longitudine	Latitudine	Malattia	Data
26.870436	-31.909519	Influenza	13/12/2008
26.868682	-31.909259	Influenza	24/12/2008
26.867707	-31.910494	Influenza	22/01/2009
26.854908	-31.920759	Morbillo	11/01/2009
26.855817	-31.921929	Morbillo	26/01/2009
26.852764	-31.921929	Morbillo	10/02/2009
26.854778	-31.925112	Morbillo	22/02/2009
26.869072	-31.911988	Influenza	02/02/2009
26.863354	-31.916406	Varicella	26/02/2009

La tabella mostra che i casi di morbillo si verificano a gennaio e febbraio. La posizione della casa di ciascun paziente è mostrata nella tabella come latitudine e longitudine. Utilizzando questi dati in un'applicazione GIS, possiamo apprendere rapidamente maggiori dettagli sui modelli di diffusione della malattia:

Figura 1: Esempio che mostra i record dei pazienti in un'applicazione GIS. È facile vedere che i malati di morbillo vivono vicini l'uno all'altro.

Maggiori informazioni sul GIS:

Il GIS è un campo di conoscenza relativamente nuovo, che risale agli anni '70. In precedenza, i sistemi computerizzati erano disponibili solo per le grandi aziende e le università con apparecchiature costose. Oggi, chiunque disponga di un personal computer o laptop può utilizzare le applicazioni GIS. Nel tempo, anche le applicazioni GIS sono diventate più facili da usare: in precedenza richiedeva molta formazione, ma ora chiunque può iniziare a utilizzare il GIS per le proprie esigenze quotidiane. Come descritto sopra, il GIS è più di un semplice software, copre tutti gli aspetti della gestione e dell'utilizzo dei geodati digitali. In questo tutorial parleremo principalmente di applicazioni GIS.

Che cos'è un'applicazione GIS (software)?

Puoi vedere un esempio di come appare Applicazione GIS, sopra nella Figura 1. Le applicazioni GIS sono programmi per computer con un'interfaccia utente grafica controllata da mouse e tastiera. L'applicazione contiene il menu principale nella parte superiore della finestra ("File", "Modifica", ecc.), che, se cliccato con il mouse, mostra i corrispondenti pannelli di comando. I comandi forniscono la capacità di dire all'applicazione GIS esattamente cosa si vuole fare. Ad esempio, è possibile utilizzare il menu per inviare un comando per aggiungere un nuovo livello all'elenco di visualizzazione.

Figura 2: Il menu dell'applicazione aperto con il mouse mostra una serie di opzioni, ognuno dei quali è un comando eseguibile.

Barre degli strumenti(righe di piccole icone con comandi che possono essere lanciati con un clic del mouse) si trovano solitamente subito sotto il menu principale e forniscono un rapido accesso alle funzioni utilizzate più frequentemente.

Figura 3: le barre degli strumenti forniscono un accesso rapido alle funzioni utilizzate di frequente. Il passaggio del mouse su un'icona di solito è
chiama un tooltip con una descrizione della funzione corrispondente.

Una funzione di uso frequente di un'applicazione GIS è la visualizzazione strati cartografici... I livelli della mappa sono archiviati come file su disco o all'interno di un database. In genere, ogni livello della mappa corrisponde a caratteristiche specifiche nel mondo reale, ad esempio un livello stradale mostra una rete stradale.

Quando apri un layer in un'applicazione GIS, appare in area della mappa.

L'area della mappa mostra una rappresentazione grafica del tuo livello. Quando aggiungi più di un livello alla mappa, i livelli si sovrappongono. Le Figure 4-7 mostrano una mappa con più livelli aggiunti. Una funzione importante della mappa è la navigazione, che include lo zoom avanti, indietro e lo spostamento della mappa.

Figura 4: aggiunto il livello Città mappare.	Figura 5: livello Scuole aggiunto mappare.
Figura 6: uno strato ferroviario aggiunto alla mappa.	Figura 7: strato Rivers aggiunto mappare.

A differenza delle mappe cartacee, le mappe aperte nelle applicazioni GIS possono essere modificate dopo che sono state create. È possibile modificare la forma e il colore della legenda per i livelli della mappa. Ad esempio, se prendiamo una mappa dalla Figura 7 e cambiamo le sue legende, cambia completamente il suo aspetto, come mostrato nella Figura 8. Le legende giocano un ruolo importante nel modo in cui leggiamo le mappe e cambiano rapidamente e facilmente in un'applicazione GIS. .

Figura 8: in un'applicazione GIS, è possibile modificare facilmente la simbologia - il modo in cui i dati vengono visualizzati sulla mappa.

Un'altra caratteristica comune delle applicazioni GIS è legenda della mappa... La legenda della mappa contiene un elenco di livelli di mappa caricati nell'applicazione GIS. A differenza di una legenda cartacea, una legenda in un'applicazione GIS offre la possibilità di riordinare, nascondere e creare gruppi di livelli. Trascinando i livelli con il mouse è possibile modificare l'ordine del loro disegno sulla mappa elettronica. Nelle Figure 9 e 10, la legenda della mappa è mostrata sul lato sinistro della finestra dell'applicazione GIS. Dopo aver modificato l'ordine dei livelli, i fiumi vengono visualizzati sopra le strade e non viceversa.

Installazione di un'applicazione GIS sul computer:

Ci sono molte applicazioni GIS. Alcuni includono strumenti avanzati e altamente specializzati e costano decine di migliaia di dollari per licenza. Allo stesso tempo, ci sono una serie di applicazioni GIS gratuite. La scelta dell'applicazione dipende dal tipo di finanze che hai e dalle tue preferenze personali. Nel contesto di questo tutorial, viene utilizzata l'applicazione Quantum GIS, nota anche come QGIS. Quantum GIS è completamente gratuito, puoi copiarlo e darlo a quante persone vuoi. Se hai ricevuto questo manuale in copia cartacea, una copia di QGIS dovrebbe essere inclusa con esso. Altrimenti, puoi visitare http://qgis.org e scaricare una copia gratuita.

Geodati:

Ora sappiamo cosa sono i GIS e le applicazioni GIS, parliamone geodati... I dati sono definitivi informazione... Le informazioni che utilizziamo in GIS sono solitamente georeferenziate. Si consideri il suddetto esempio di dati sanitari. Per archiviare le cartelle dei pazienti è stata creata una tabella del seguente tipo:

Longitudine	Latitudine	Malattia	Data
26.870436	-31.909519	Influenza	13/12/2008

Le colonne longitudine e latitudine contengono dati geografici (spaziali)... Il nome della malattia e la data sono dati non spaziali... Una funzione comune del GIS è quella di stabilire una connessione tra il primo e il secondo. In sostanza, un'applicazione GIS può memorizzare molte informazioni su ciascuna posizione, al contrario di una mappa cartacea, che è di portata limitata. Ad esempio, nella tabella in esame, è possibile inserire facilmente il sesso e l'età dei pazienti. Aggiungendo un layer di posizione del paziente a un'applicazione GIS, è possibile impostarlo in modo che venga visualizzato in base all'età o al tipo di malattia o a un'altra proprietà del paziente come si desidera, mentre la mappa cartacea mostrerà solo una proprietà. Pertanto, con un'applicazione GIS, possiamo modificare l'aspetto della nostra mappa in base alle informazioni non spaziali che accompagnano posizioni specifiche.

I sistemi GIS funzionano con numerosi tipi di dati. Dati vettoriali sono memorizzati nella memoria del computer come sequenze di coppie di coordinate (X, Y). I dati vettoriali vengono utilizzati per rappresentare punti, linee e aree (poligoni). La Figura 11 mostra i diversi tipi di dati vettoriali aperti in un'applicazione GIS. I dati vettoriali verranno discussi in maggior dettaglio più avanti in questo tutorial.

Figura 11: i dati vettoriali sono usati per rappresentare punti (città), linee (fiumi) e poligoni (confini di distretti).

Dati raster vengono memorizzati come una griglia di valori. Numerosi satelliti volano in orbite basse della Terra e le fotografie che creano sono immagini raster che possono essere visualizzate in un'applicazione GIS. Una delle principali differenze visibili tra i dati raster e vettoriali è che quando si ingrandisce troppo un'immagine raster, questa è composta da quadrati (vedere le figure 12 e 13). Ciascuno di questi quadrati è una cella separata nella griglia di dati che costituisce la bitmap. I dati raster verranno discussi più dettagliatamente più avanti in questo tutorial.

Figura 12: Immagine satellitare - Esempio tipico dati raster. Questa immagine mostra le montagne.		Figura 13: Stessi dati, ma questa volta più grandi si avvicina. La struttura a griglia dell'immagine è visibile.

Cosa abbiamo imparato?

Consolidiamo il materiale studiato:

• GISÈ un sistema di hardware, software e geodati.
• Applicazione GIS consente di visualizzare i geodati ed è una parte importante di un GIS.
• Un'applicazione GIS di solito include Menu principale, barre degli strumenti, area della mappa e leggenda.
• I dati geografici utilizzati in un'applicazione GIS sono raster e vettore.
• Dati geografici può essere combinato con dati non spaziali.

Prova tu stesso!

Di seguito sono riportati alcuni esempi di compiti pratici per i tuoi studenti:

• Descrivi il concetto di GIS ai tuoi studenti come fatto in questo tutorial. Chiedi loro di indicare 3 motivi per cui l'utilizzo del GIS è più conveniente rispetto alle mappe cartacee. Di seguito sono riportate alcune risposte di esempio:
  • L'applicazione GIS consente di creare molte mappe diverse dagli stessi dati;
  • Il GIS è un ottimo strumento di visualizzazione che ti consente di guardare la tua mappa a diverse scale;
  • Le mappe cartacee richiedono molto lavoro per essere create e anche esaminarle richiede molto tempo. Il GIS può memorizzare grandi quantità di dati e rende facile e veloce la ricerca delle posizioni giuste.

• Pensa a come vengono utilizzati i dati raster dei satelliti. Per esempio:
  • Durante i disastri naturali, i dati raster possono rappresentare le aree colpite. Ad esempio, una nuova immagine satellitare scattata durante un'alluvione aiuta a localizzare le persone le cui case sono sommerse.
  • A volte le persone danneggiano l'ambiente, ad esempio scaricando sostanze chimiche pericolose che uccidono piante e animali. Utilizzando i dati dei satelliti, possiamo tenere traccia di problemi come questo.
  • I servizi di pianificazione urbana utilizzano i dati raster dei satelliti per individuare nuovi edifici e aiutare a pianificare le infrastrutture.

Se non hai un computer:

Molti degli argomenti trattati in questo manuale possono essere illustrati con un dispositivo di proiezione e lucidi. rappresentano una sovrapposizione simile di livelli di informazioni. Tuttavia, una corretta comprensione del GIS si ottiene sempre meglio con l'uso di un computer.

L'informatizzazione ha toccato oggi tutti gli aspetti della vita della società, ed è forse difficile nominare qualsiasi sfera dell'attività umana - dalla scuola alla politica dell'alto stato, dove il suo potente impatto non si sentirebbe.

L'informatica "soffia dietro la testa" a tutte le scienze della terra, raggiungendole e trascinandole con sé, trasformandole e talvolta rendendole completamente schiave nella ricerca dell'infinita perfezione del computer. Gli scienziati oggi non possono più immaginare il loro lavoro senza computer e database digitali. Nelle geoscienze, la tecnologia dell'informazione ha dato origine alla geoinformatica e sistemi informativi geografici (GIS), e la parola "geografico" in questo caso significa "spazialità" e "territorialità", e anche la complessità degli approcci geografici.

Il GIS è un hardware-software e allo stesso tempo un complesso uomo-macchina che prevede la raccolta, l'elaborazione, la visualizzazione e la diffusione dei dati. I sistemi informativi geografici differiscono dagli altri sistemi informativi in ​​quanto tutti i loro dati sono necessariamente coordinati spazialmente, cioè legati a un territorio, a uno spazio geografico. Il GIS viene utilizzato per risolvere tutti i tipi di problemi scientifici e pratici. Il GIS aiuta ad analizzare e modellare qualsiasi situazione geografica, fare previsioni e gestire i processi che si verificano nell'ambiente. Il GIS viene utilizzato per studiare tutti quegli oggetti e fenomeni naturali, sociali e naturale-sociali che studiano le scienze della terra e le relative scienze socio-economiche, nonché cartografia, telerilevamento. Allo stesso tempo, il GIS è un complesso di dispositivi hardware e prodotti software (shell GIS) e l'elemento più importante di questo complesso sono i sistemi cartografici automatici.

La struttura di un GIS viene solitamente presentata come un sistema di livelli informativi. Convenzionalmente, questi strati possono essere visualizzati sotto forma di "torta sfoglia" o quant'altro, ogni ripiano dei quali contiene una mappa o informazioni digitali su un argomento specifico.

Nel processo di analisi, questi strati vengono "rimossi dagli scaffali", considerati separatamente o combinati in diverse combinazioni, analizzati e confrontati tra loro. Per un dato punto o area, è possibile ottenere dati su tutti i livelli contemporaneamente, ma la cosa principale è che diventa possibile ottenere livelli derivati. Una delle proprietà più importanti dei GIS è proprio che, sulla base delle informazioni disponibili, sono in grado di generare nuove informazioni derivate.

GIS delle risorseè uno dei tipi più comuni di GIS nelle geoscienze. Sono progettati per l'inventario, la valutazione, la protezione e l'uso razionale delle risorse, per prevedere i risultati del loro funzionamento. Molto spesso, per la loro formazione vengono utilizzate mappe tematiche esistenti, che vengono digitalizzate e inserite in database sotto forma di livelli informativi separati. Oltre ai materiali cartografici, il GIS include dati di osservazione a lungo termine, informazioni statistiche, ecc. Un esempio è "GIS -" creato dai paesi del bacino del Mar Nero. Con la sua variegata vita marina, abbondanti risorse ittiche, calde spiagge sabbiose e paesaggi costieri unici che attraggono turisti, questa piscina ha subito un catastrofico degrado ambientale negli ultimi decenni. Ciò riduce drasticamente le risorse ittiche, riduce il potenziale ricreativo e porta al degrado delle preziose zone umide costiere. Per l'adozione centralizzata di misure urgenti per salvare il Mar Nero, i paesi della regione hanno sviluppato un "Programma per salvare il Mar Nero". Una parte importante di questo programma è stata la creazione di una risorsa ecologica "GIS - Mar Nero". Questo GIS svolge due funzioni: modellare e informare sull'insieme e sui singoli componenti del suo ambiente. Le informazioni sono necessarie per condurre ricerche scientifiche nell'area acquatica e nella parte adiacente del bacino del Mar Nero e per prendere decisioni sulla protezione e la protezione di questa area acquatica unica. "GIS - Mar Nero" contiene circa 2000 mappe. Sono racchiusi in sette blocchi tematici: geografia, biologia, meteorologia, oceanografia fisica, oceanografia chimica, biologia, risorse ittiche.

Mappatura delle geoinformazioni

L'interazione tra geoinformatica e cartografia è diventata la base per la formazione di una nuova direzione: la geoinformazione, ovvero la modellazione automatizzata e la mappatura di oggetti e fenomeni basati su GIS.

Con l'introduzione del GIS, la cartografia tradizionale ha subito una radicale ristrutturazione. Può essere confrontato solo con i cambiamenti che hanno accompagnato il passaggio dalle mappe manoscritte alle stampe poligrafiche stampate. I cartografi delle epoche passate, nella loro immaginazione più sfrenata, non potevano prevedere che invece di incidere su una pietra litografica, sarebbe stato possibile disegnare una mappa spostando il cursore sullo schermo del computer. E oggi, la mappatura delle informazioni geografiche ha quasi completamente sostituito i metodi tradizionali di compilazione e pubblicazione delle mappe.

La mappatura guidata dal software sta ridefinendo molti problemi tradizionali. La scelta delle basi matematiche e del layout delle mappe è radicalmente cambiata, le mappe del computer possono essere rapidamente trasferite da una proiezione all'altra, ridimensionate liberamente, modificare il "tagliare" dei fogli, introdurre nuovi mezzi visivi (ad esempio, segni lampeggianti o in movimento su la mappa), utilizzare filtri matematici per le funzioni di generalizzazione e livellamento, ecc. Le lunghe operazioni di calcolo delle lunghezze e delle aree, la trasformazione delle mappe o il loro allineamento sono diventate procedure di routine. Nasce la cartometria elettronica. La creazione e l'uso delle mappe è diventato un unico processo; nel corso dell'elaborazione informatica, le immagini vengono costantemente trasformate, passando da una forma all'altra.

Le tecnologie GIS hanno dato origine a un'altra nuova direzione: la cartografia operativa, ovvero la creazione e l'uso di mappe in tempo reale o quasi. Ora è possibile rapidamente, o meglio, informare gli utenti in modo tempestivo e influenzare l'andamento del processo. In altre parole, quando si esegue la mappatura in tempo reale, le informazioni in entrata vengono immediatamente elaborate e vengono elaborate mappe per la valutazione, il monitoraggio, la gestione, il controllo di processi e fenomeni che cambiano di pari passo.

Le mappe informatiche operative avvertono (segnale) su processi sfavorevoli o pericolosi, consentono di monitorare il loro sviluppo, formulare raccomandazioni e prevedere lo sviluppo di situazioni, scegliere le opzioni per stabilizzare o modificare il corso del processo. Tali situazioni si creano, ad esempio, quando si verificano nella taiga, quando è necessario monitorare rapidamente la loro diffusione e adottare rapidamente misure per estinguere l'incendio. Durante il periodo di scioglimento delle nevi e durante gli acquazzoni catastrofici, è necessario monitorare le inondazioni e le inondazioni dei fiumi e, in situazioni di emergenza, i cambiamenti nello stato ecologico del territorio. Durante la liquidazione dell'incidente di Chernobyl, i cartografi non hanno lasciato i computer giorno e notte, redigendo mappe operative del movimento di nuvole di contaminazione radioattiva sui territori adiacenti alla fonte del disastro. Monitorano anche lo sviluppo di eventi politici e azioni militari nei punti caldi del pianeta. I dati iniziali per la cartografia operativa sono immagini aeree e spaziali, osservazioni e misurazioni dirette, materiali statistici, risultati di sondaggi, censimenti, referendum, ecc. Le animazioni cartografiche offrono enormi opportunità e talvolta effetti inaspettati. I moduli software di animazione sono in grado di spostare mappe o diagrammi tridimensionali sullo schermo, modificare la velocità di visualizzazione, spostare singoli segni, farli lampeggiare e vibrare, modificare il colore e l'illuminazione della mappa, "evidenziare" o "ombreggiare" determinate aree dell'immagine, ecc. Ad esempio, sulla mappa cambia il colore delle aree a rischio: il colore bluastro "sicuro" dei ghiacciai si trasforma gradualmente in rosato, e poi in rosso vivo, cremisi, il che significa: è pericoloso, le valanghe sono possibili! Effetti molto insoliti per la cartografia sono creati da panorami, cambiamenti di prospettiva, cambiamenti nella scala di parti dell'immagine (è possibile dividere la "dissipazione" ed eliminare oggetti), illusione di movimento sulla mappa (volare intorno al territorio), tra cui a velocità diverse. Nel prossimo futuro, le prospettive di sviluppo della cartografia nelle scienze della terra sono legate, prima di tutto, e quasi interamente, alla cartografia geoinformativa, quando non è necessario predisporre edizioni cartacee delle carte: su richiesta, sarà sempre possibile per ottenere un'immagine dell'oggetto o del fenomeno in studio sullo schermo di un computer in tempo reale. Alcuni cartografi ritengono che l'introduzione della tecnologia elettronica "segna la fine di trecento anni di disegno cartografico e pubblicazione di prodotti cartografici stampati". Al posto di mappe e atlanti, l'utente potrà richiedere e ricevere immediatamente tutti i dati necessari in formato leggibile da una macchina o visualizzato. E anche il concetto stesso di "atlante" si propone di essere rivisto.