Геоінформаційні технології

В даний час відповідно до вимог нових інформаційних технологій створюються і функціонують багато систем управління, пов'язані з необхідністю відображення інформації на електронній карті:

  • • геоінформаційні системи;
  • • системи федерального і муніципального управління;
  • • системи проектування;
  • • системи військового призначення і т.д.

Ці системи управління регулюють діяльність технічних і соціальних систем, що функціонують в деякому операційному просторі (географічному, економічному і т.п.) з явно вираженою просторовою природою.

При вирішенні завдань соціального та технічного регулювання в системах управління використовується маса просторової інформації: топографія, гідрографія, інфраструктура, комунікації, розміщення об'єктів.

Графічне представлення будь-якої ситуації на екрані комп'ютера має на увазі відображення різних графічних образів. Сформований на екрані ЕОМ графічний образ складається з двох різних з точки зору середовища зберігання частин - графічної "підкладки" або графічного фону та інших графічних об'єктів. По відношенню до цих іншим графічним образам "образ-підкладка" є "майданних", або просторовим двомірним зображенням. Основною проблемою при реалізації геоінформаційних додатків є труднощі формалізованого опису конкретної предметної області та її відображення на електронній карті.

Таким чином, геоінформаційні технології призначені для широкого впровадження в практику методів і засобів роботи з просторово-часовими даними, що подаються у вигляді системи електронних карт, і предметно-орієнтованих середовищ обробки різнорідної інформації для різних категорій користувачів.

Основним класом даних геоінформаційних систем (ГІС) є координатні дані, що містять геометричну інформацію і відображають просторовий аспект. Основні типи координатних даних: точка (вузли, вершини), лінія (незамкнута), контур (замкнута лінія), полігон (ареал, район). На практиці для побудови реальних об'єктів використовують більше число даних (наприклад, висячий вузол, псевдоузел, нормальний вузол, покриття, шар та ін.). На рис. 5.1 показані основні з розглянутих елементів координатних даних [29].

Розглянуті типи даних мають більше число різноманітних зв'язків, які можна умовно розділити на три групи:

  • • взаємозв'язку для побудови складних об'єктів з простих елементів;
  • • взаємозв'язку, які обчислюють за координатами об'єктів;
  • • взаємозв'язку, що визначаються за допомогою спеціального опису та семантики при введенні даних.

Основою візуального представлення даних при використанні ГІС-технологій є графічне середовище, основу якої складають векторні і растрові (ніздрюваті) моделі.

Основні елементи координатних (а) і векторних (б) даних

Мал. 5.1. Основні елементи координатних ( а ) і векторних (б) даних

Мозаїка - квадрат

Мал. 5.2. Мозаїка - квадрат

Векторні моделі засновані на уявленні геометричній інформації за допомогою векторів, що займають частину простору, що вимагає при реалізації меншого обсягу пам'яті. Використовуються векторні моделі в транспортних, комунальних, маркетингових додатках ГІС.

У растрових моделях об'єкт (територія) відображається в просторові осередки, що утворюють регулярну мережу. Кожному осередку растрової моделі відповідає однаковий за розмірами, але різний за характеристиками (колір, щільність) ділянку поверхні. Осередок моделі характеризується одним значенням, що є середньої характеристикою ділянки поверхні. Ця процедура називається пікселізацією. Растрові моделі діляться на регулярні, нерегулярні і вкладені (рекурсивні або ієрархічні) мозаїки. Плоскі регулярні мозаїки бувають трьох типів: квадрат (рис. 5.2), трикутник (рис. 5.3) і шестикутник.

Квадратна форма зручна при обробці великих обсягів інформації, трикутна - для створення сферичних поверхонь. Як нерегулярних мозаїк використовують трикутні мережі неправильної форми (Triangulated Irregular Network - TIN) і полігони Тіссена (рис. 5.4). Вони зручні для створення цифрових моделей відміток місцевості по заданому набору точок.

Таким чином, векторна модель містить інформацію про місцезнаходження об'єкта, а растрова про те, що розташоване в тій чи іншій точці об'єкта. Векторні моделі відносяться до бінарним або квазібінарних. Растрові дозволяють відображати півтони.

Мозаїка - трикутник

Мал. 5.3. Мозаїка - трикутник

полігони Тіссена

Мал. 5.4. Полігони Тіссена

Основною областю використання растрових моделей є обробка аерокосмічних знімків.

Цифрова карта може бути організована у вигляді безлічі шарів (покриттів або карт підкладок). Шари в ГІС представляють набір цифрових картографічних моделей, побудованих на основі об'єднання (типізації) просторових об'єктів, що мають спільні функціональні ознаки. Сукупність шарів утворює інтегровану основу графічної частини ГІС. Приклад шарів інтегрованої ГІС представлений на рис. 5.5.

Важливим моментом при проектуванні ГПС є розмірність моделі. Застосовують двомірні моделі координат (2D) і тривимірні (3D). Двомірні моделі використовуються при побудови

Приклад шарів інтегрованої ГІС

Мал. 5.5. Приклад шарів інтегрованої ГІС

ванні карт, а тривимірні - при моделюванні геологічних процесів, проектуванні інженерних споруд (гребель, водосховищ, кар'єрів та ін.), моделюванні потоків газів і рідин. Існують два типи тривимірних моделей: псевдотрех- мірні, коли фіксується третя координата і справжні тривимірні.

Більшість сучасних ГІС здійснює комплексну обробку інформації:

  • • збір первинних даних;
  • • накопичення і зберігання інформації;
  • • різні види моделювання (семантичне, імітаційне, геометричне, евристичне);
  • • автоматизоване проектування;
  • • документальне забезпечення.

Основні галузі використання ГІС:

  • • електронні карти;
  • • міське господарство;
  • • державний земельний кадастр;
  • • екологія;
  • • дистанційне зондування;
  • • економіка;
  • • спеціальні системи військового призначення.

У табл. 5.1 подано коротку характеристику сучасних вітчизняних і зарубіжних ГІС [50].

Таблиця 5.1

№ п / п

Найменування ГІС, фірма-розробник

призначення

переваги

1

ER Mapper (ER Mapping)

Обробка великих обсягів фотограмметричної інформації, тематичне картографування (геофізика, природні ресурси, лісове господарство)

Точність, друк карт, візуалізація тривимірного зображення, бібліотека алгоритмів

2

ГеоДраф, Географ (Росія)

Побудова картографічної структури з багатошаровим відображенням даних, створення електронних атласів (міське господарство)

Велика кількість додатків, можливість використання Borland C ++, Visual Basic, Delphi

3

AiOIS, Московський ГУ геодезії і картографії (Росія)

Побудова цифрових моделей рельєфу з використанням аерокосмічних знімків

Використання невеликого обсягу обчислювальних ресурсів, бібліотека умовних знаків

4

ArcCAD, ESRI - інститут дослідження систем навколишнього середовища

Зв'язування карт і бази даних, просторовий аналіз (інженерні і бізнес додатки, транспортні перевезення, цивільне будівництво)

Використання мови високого інтелекту AutoLISP, наявність всіх стандартних засобів ГІС-технологій, можливість обробки даних в AutoCAD і ArcInfo

5

Arc View, ESRI

Створення, аналіз, висновок картографічних даних (бізнес, наука, освіта, управління, соціологія, демографія, екологія, транспорт, міське господарство)

Підтримка реляційних СУБД, розвинена ділова графіка (форма перегляду, таблична форма, форма діаграм, створення макета), створення професійно оформленої картографічної інформації, розробка власних програм, взаємодія з іншими додатками

6

AtlasGIS, Strategic Mapping INC (США)

Повнофункціональна інформаційна картографічна система для аналізу і презентацій

Легкість і гнучкість програмного забезпечення, настільний варіант

7

SICAD / open, Siemens Nixdorf (Німеччина)

Обробка геоінформаці- ційних даних по розподіленої технології

Системний продукт для робочих станцій, робота зі стандартними СУБД INFORMIX і ORACLE

8

Star, Star Informatic

Інтегрована модульна среда, проектування, аналіз і оцінка мереж (каналізація, водо-, енерго-, теплопостачання, зв'язок, дороги)

Наявність тематичних орієнтованих модулів, додатків для управління моделями даних і побудови цифрових моделей

9

Small World GIS, Small Worid Systems Ltd, (Великобританія)

Географічна операційна система дня моделювання просторово-зв'язаних об'єктів

Повна мультіплатформ- ність (HP, IBM, SUN, DEC)

10

CADdy,

ZIEGLER

Informatics

GmbH

Створення кадастрових і геоінформаційних систем (топографічна зйомка, створення електронних топографічних карт, ведення банку топографічних і географічних даних, подання та візуалізація різних тривимірних об'єктів, міське господарство, промисловість)

Використання об'єктно-орієнтованої технології, розвинена модульна структура, розробка користувальницьких додатків з використанням Сі

11

MGE,

Integraf MGE

Застосування технологій САПР для задач ГІС, підтримка робочого процесу ГІС і картографії в будь-якій галузі

Вибір операційного середовища (MS Windows, Windows NT, DOS, UNIX), модульна структура, великий набір інструментів аналізу та запитів (одночасне відкриття восьми видів однієї моделі об'єкта), інтерактивний користувальницький інтерфейс

12

MapInfo

Пошук географічних об'єктів, робота з базами даних, обробка даних геодезичних вимірювань, комп'ютерний дизайн і підготовка до видання картографічних документів

Вибір операційного середовища (MS Windows, Windows NT, DOS, UNIX), універсальність, настільний варіант

13

ArcInfo

Створення геоінформаційних систем, створення та ведення земельних, лісових, геологічних та інших кадастрів, проектування транспортних мереж, оцінка природних ресурсів

Мережевий і незалежний варіанти використання (для IBM PC з обмеженнями), простота в експлуатації, набір драйверів для вибору моніторів, дигитайзеров, плотерів

14

Панорама

(Росія)

Побудова і обробка цифрових і електронних карт, ведення картографічної та атрибутивної баз даних

Наявність спеціального інтерфейсу пошуку об'єктів електронної карти по характеристикам бази даних, застосування простих засобів для реалізація

15

ERDAS

Imagine,

ERDAS

Обробка аерокосмічних знімків

Модульна система, графічний ішерфейс, гіпертекстова система, простота в навчанні, доступність для різних платформ

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >