46.Геоинформационные системы, их структура, виды.

В науках о Земле на базе информационных технологий созданы географические информационные системы (ГИС) -особые аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных. Одна из основных функций ГИС — создание и использование компьютерных и электронных карт, атласов и других картографических произведений.

Первые ГИС были созданы в Канаде, США и Швеции для изучения природных ресурсов в середине 60-х годов, а сейчас в промышленно развитых странах существуют тысячи ГИС, используемых в экономике, политике, экологии…

Принято различать следующие территориальные уровни ГИС и соответствующие им масштабы:

ГИС подразделяют и по проблемной ориентации (тематике). Созданы специализированные земельные информационные системы (ЗИС), кадастровые (КИС), экологические (ЭГИС), учебные, морские и многие иные ГИС. Одни из наиболее распространенных в географии — ГИС ресурсного типа. Они создаются наоснове обширных и разнообразных по тематике информационных массивов и предназначены для инвентаризации, оценки, охраны ресурсов.

К обязательным признакам ГИС относятся:

• географическая (пространственная) привязка данных;

• генерирование новой информации на основе синтеза имеющихся данных;

• отражение пространственно-временных связей объектов;

• обеспечение принятия решений;

• возможность оперативного обновления баз данных за счет вновь поступающей информации.

Структуру ГИС обычно представляют как набор информационных слоев. К примеру, самый первый базовый слой содержит данные о рельефе, затем следуют слои гидрографии, дорожной сети, населенных пунктов, почв, растительного покрова, распространения загрязняющих веществ и т.д. Условно эти слои можно рассматривать в виде «этажерки», на каждой полочке которой хранится карта или цифровая информация по определенной теме.

В процессе решения поставленных задач слои анализируют по отдельности или совместно в разных комбинациях, выполняют их взаимное наложение (оверлей) и районирование, рассчитывают корреляции и т.п. Скажем, по данным о рельефе можно построить производный слой углов наклона местности, по данным о дорожной сети и населенных пунктах — рассчитать степень обеспеченности территории дорожной сетью и сформировать новый слой.

При создании ГИС главное внимание всегда уделяют выбору географической основы и базовой карты, которая служит каркасом для последующей привязки информационных слоев. В зависимости от тематики и проблемной ориентации ГИС в качестве базовых могут быть избраны следующие основы:

• карты административно-территориального деления;

• топографические и обще географические карты;

• кадастровые карты и планы;

• фотокарты и фотопортреты местности;

• ландшафтные карты;

• карты природного районирования и схемы природных контуров;

• карты использования земель.

Возможны и комбинации указанных основ, например ландшафтных карт с топографическими или фотокарт с картами использования земель и т.п.

Сердцевину всякой ГИС составляет автоматизированная картографическая система (АКС) — комплекс приборов и программных средств, обеспечивающих создание и использование карт. АКС, как и ГИС в целом, состоит из ряда подсистем, важнейшими из которых являются подсистемы ввода, обработки и вывода информации.

Подсистема ввода информации — это устройства для преобразования пространственной информации в цифровую форму и ввода ее в память компьютера или в базы данных. Для цифрования применяют цифрователи (дигитайзеры) и сканеры. С помощью цифрователей на исходной карте прослеживают и обводят контуры и другие графические обозначения, а в память компьютера при этом поступают текущие координаты этих контуров, линий или отдельных точек в цифровой форме. Сам процесс прослеживания оператор выполняет вручную, с чем связаны большая трудоемкость работ и возникновение ошибок за счет обвода линий. Сканеры же осуществляют автоматическое считывание информации последовательно по всему полю карты, строка за строкой. Сама карта размещается на планшете или на барабане. Сканирование выполняется быстро и точно, но приходится дополнительно разделять (распознавать) оцифрованные элементы: реки, дороги, другие контуры и т.п. Подсистема хранения информации представлена базой данных (БД), куда поступает и вся оцифрованная информация. Это упорядоченный массив цифровой информации по какой-либо теме (например, базы данных по рельефу, по населенным пунктам). Формирование баз данных, доступ и работу с ними обеспечивает система управления базой данных (СУБД), которая позволяет быстро находить требуемую информацию и проводить ее дальнейшую обработку. Совокупности баз

данных и средств управления ими образуют банки данных.

Подсистема обработки информации состоит из самого компьютера, системы управления и программного обеспечения. Созданы сотни разнообразных специализированных которые позволяют выбирать нужную проекцию, приемы генерализации и способы изображения, строить карты, совмещать их друг с другом, визуализировать и выводить на печать, проводить анализ территории, дешифрировать снимки и классифицировать картографируемые объекты, моделировать процессы, сопоставлять, оценивать альтернативные варианты и выбирать оптимальный путь решения и т.д.

Подсистема вывода (выдачи) информации — комплекс устройств для визуализации обработанной информации в картографической форме. Это экраны (дисплеи), печатающие устройства (принтеры) различной конструкции, чертежные автоматы (плоттеры) и др. С их помощью быстро выводят результаты картографирования и варианты решений в той форме, которая удобна пользователю.

Все подсистемы, входящие в автоматизированные картографические системы, входят также и в ГИС. В состав картографических ГИС производственного назначения включают еще и подсистему издания карт, которая позволяет изготовлять печатные формы и печатать тиражи карт. Если тираж карт небольшой, что обычно при выполнении научных исследований, то используют настольные картографические издательские системы.

ГИС, ориентированные на работу с аэрокосмической информацией, включают специализированную подсистему обработки изображений. В этом случае программное обеспечение позволяет выполнять различные операции со снимками: проводить их коррекцию, преобразование, улучшение, автоматическое распознавание и дешифрирование изображенных объектов, классификацию и др.

Особую подсистему в высокоразвитых ГИС может составлять база знаний, т.е. совокупность формализованных знаний, логических правил и программных средств для решения задач определенного типа (например, для проведения границ или районирования территории). Базы знаний помогают ставить диагноз состояния геосистем, предлагать варианты решения проблемных ситуаций, давать прогноз развития. Можно считать, что в базах знаний реализуются некоторые принципы искусственного интеллекта.