Истоки формирования и сущность ГИС-технологии

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Федеральное Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ИНСТИТУТ НАУК О ЗеМЛЕ

 

  Кафедра физической  географии, экологии и охраны  природы

Теория и методология наук о Земле

 

 

РЕФЕРАТ

на тему: Истоки формирования и сущность

ГИС-технологии

 

Выполнила: ст. 4 курса 3 гр.                               Трепалина А.А.                                                         Проверил: профессор, д.г.н. Богучарсков В.Т.

 

 

 

 

 

 

Ростов-на-Дону

2015

 

Содержание

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Очень часто бывает так, что проблему легче решить, если ее суть визуализирована на географической карте или схеме. Например, данные о дорожно-транспортных происшествиях тесно связаны с другими факторами: опасными перекрестками, плохим содержанием дорог, пробками. Будучи представленными на карте, они позволяют определить критические участки и способствуют быстрому принятию решения по ликвидации причин и предпосылок таких происшествий. Необходимость проанализировать географическое расположение явлений и объектов, их количественные и качественные характеристики при помощи карты возникают у представителей различных профессий. Прежде всего, это управляющие структуры, владеющие большими объемами информации, это и специалисты, оценивающие и прогнозирующие состояние какой- либо области человеческой деятельности, например, рынков сбыта продукции, загрязнений территории, мониторинга чрезвычайных ситуаций промышленного и природного характера и т.п. Круг потребителей такой картографической информации чрезвычайно широк, поэтому спрос на географические информационные системы - ГИС - постоянно расширяется. С течением времени идет наработка библиотеки программ для решения таких однотипных задач, и появляются так называемые ГИС - технологии.

 

Глава 1 Понятие ГИС-технологии

 

Понятие географической информационной системы взято из английского языка и является дословным переводом термина geographic information system. Этот термин появился в русскоязычной литературе в середине семидесятых годов, и уже на ранней стадии заимствования он получил более короткую форму геоинформационная система.

ГИС представляет собой аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества [11].

Отличительной особенностью географических информационных систем является наличие в их составе специфических методов анализа пространственных данных, которые в совокупности со средствами ввода, хранения,  представления пространственно-координированной информации и составляют основу технологии географических информационных систем, или ГИС-технологии. Геоинформационные технологии можно определить как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации об окружающем мире. Геоинформационные системы и ГИС- технологии объединяют компьютерную картографию и системы управления базами данных. Концепция технологии ГИС состоит в создании многослойной электронной карты, опорный слой которой описывает географию территории, а каждый из остальных слоев - один из аспектов состояния территории. Тем самым ГИС-технологии определяют специфическую область работы с информацией.

Геоинформационные технологии предназначены для повышения эффективности: процессов управления, хранения и представления информации, обработки и поддержки принятия решений.

ГИС имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при изучении этих систем. Одна из этих особенностей состоит в том, что они являются элементами информатизации общества. Это заключается во внедрении ГИС и геоинформационных технологий в науку, производство, образование и применение в практической деятельности получаемой информации об окружающей реальности.

Геоинформационные технологии являются новыми информационными технологиями, направленными на достижение различных целей, включая информатизацию производственно-управленческих процессов.

 

 

 

Глава 2 Истоки формирования ГИС-технологий

 

Принято считать, что история развития географических информационных систем насчитывает более 30 лет со времени создания в середине 60-х годов Канадской ГИС под руководством Р. Томлисона. Это была первая работающая автоматизированная информационная система, имеющая дело с пространственно распределенной информацией. Однако, и Канадская ГИС и другие геоинформационные системы, разработанные в Европе и Северной Америке в 60-х и первой половине 70-х годов представляли собой банки картографических данных с функциями ввода, простейшей обработки и вывода с использованием примитивных (по современным представлениям) печатающих устройств. В связи с этим появление первого поколения ГИС в том смысле, который мы вкладываем в это понятие сегодня, все же следует отнести к концу 70-х, началу 80-х годов, когда появились и достаточно широко распространились 16-ти битовые микро- и мини-ЭВМ, получили соответствующее развитие техника и технология ввода, хранения, обработки, анализа и представления пространственно распределенных данных в целом ряде научных и прикладных областей. К таковым, в первую очередь, следует отнести картографию и системы автоматизированного картографирования, дистанционное зондирование и методы обработки данных дистанционного зондирования, системы компьютерного проектирования и компьютерную графику, пространственный анализ, географическое и картографическое моделирование.

Результатом вначале параллельного, а затем все более тесного совместного развития средств и методов обработки и анализа пространственного распределения данных в этих и некоторых других областях и явились географические информационные системы, а точнее, технология географических информационных систем.

Нельзя не отметить военные приложения ГИС-технологии, которые имели, как свидетельствует, например, Питер Барроф, «взаимоналагающееся и даже доминирующее значение во многих из этих монодисциплинарных областей».

В предшествующем появлению первого поколения ГИС периоде можно условно выделить как качественные этапы 60-е и 70-е годы. Именно в 60-е годы появились первые, автоматизированные картографические системы. В 1963 г. Ховард Т. Фишер создал SYMAP-программу построения карт на алфавитно-цифровых печатающих устройствах ЭВМ. В последующие годы в Лаборатории компьютерной графики и пространственного анализа Гарвардского университета, которую в 1965 г. возглавил Ховард Т. Фишер, были разработаны такие широко известные пакеты, как GRID, IMGRID, CALFORM и другие. Они были ориентированы на автоматизацию картографирования, а также выполнения простейших методов пространственного анализа растровых изображений, не выходящих за пределы возможностей «ручных» методов.

Для периода с конца 60-х по вторую половину 70-х годов характерно последовательное усовершенствование методов пространственного, в том числе - статистического, анализа, а также технологии кодирования и представления пространственных данных. Весьма характерной для этого периода является тенденции к усилению междисциплинарных связей в среде разработчиков ГИС, в первую очередь между учеными и инженерами. Однако, геоинформационные системы этого периода все же были специализированными, причем создаваемыми на базе мощных и очень дорогих ЭВМ, в силу чего они были системами уникальными с весьма ограниченным кругом пользователей.

Во второй половине 70-х-начале 80-х годов на Западе в разработку и приложения ГИС-технологии были сделаны значительные инвестиции как правительственными, так и частными агентствами, особенно в Северной Америке. В этот период были разработаны сотни компьютерных программ и систем. Появление и широкое распространение, недорогих компьютеров с графическим дисплеем (получивших название "персональных"), способствовали децентрализации исследований в области ГИС-технологии. К 1984 г. только в Северной Америке было инсталлировано примерно 1000 геоинформационных систем. В Европе разработка ГИС велась в меньшем масштабе, но основные шаги в области разработки и использования ГИС-технологии были проделаны. Особенно необходимо отметить Швецию, Норвегию, Данию, Францию, Нидерланды, Великобританию и Западную Германию.

Второе поколение ГИС можно вслед за Хенком Ф. Оттенсом отнести к середине 80-х годов, третье - к началу 90-х. Прогресс в ГИС-технологии в последнее десятилетие в значительной степени связан с прогрессом аппаратных средств, причем как компьютеров, так и средств ввода и вывода пространственной информации - сканеров, графических дисплеев и графопостроителей.

Для этого же периода характерно появление и широкое распространение коммерческих ГИС-пакетов, которые в большинстве случаев представляют собой программную среду, позволяющую пользователю достаточно просто создавать геоинформационные системы в соответветствии с его собственными запросами и возможностям. В конце 80-х годов сформировалась мировая ГИС-индустрия, включающая аппаратные, программные средства ГИС и их обслуживание.

Осуществлением мощного интеграционного потенциала ГИС-технологии явилось выполнение, начиная с конца 80-х годов, ряда глобальных и межнациональных проектов по мониторингу природной среды таких как, например, GRID и CORINE.

Проект GRID - Глобального ресурсного информационного банка данных является инструментом реализации программы GEMS - Глобальной системы мониторинга окружающей среды, выполняемой эгидой Организации Объединенных Наций. Проект разрабатывается с 1988 года рядом стран участниц (Канада, США, Норвегия, Швеция и др.), международных и национальных организаций (НАСА, институт исследований природных систем - ЕSRI, Женевский университет и др.).

Проект CORINE - создание геоинформационной системы Европейского Союза. Разработка проекта начата в соответствии с решением ЕЭС от 27 апреля 1985 г.

 

 

Глава 3 Классификация и функции ГИС-технологии

 

Выбирая различные аспекты рассмотрения геоинформационных технологий можно дать их различные классификации. По принадлежности к конкретной предметной области можно подразделить информационные системы на три класса: технические, экономические, информационно-аналитические. К техническим относят автоматизированные системы научных исследований, системы автоматизированного проектирования, гибкие производственные системы, робототехнические комплексы и др. Информационно-аналитические автоматизированные системы включают: автоматизированные справочно-информационные системы, базы данных, экспертные системы, статистические информационные системы и т.п. Примером экономических систем могут служить автоматизированные системы управления, бухгалтерские информационные системы, банковские информационные системы, биржевые информационные системы, маркетинговые информационные системы и др. Особенностью ГИС как интегрированной системы является то, что она интегрирует технологии трех перечисленных выше классов систем: технических, информационно-аналитических и экономических. Следовательно, ГИС могут быть использованы как любая из этих систем.

Технология ГИС применима везде, где необходимо учитывать, обрабатывать и демонстрировать территориально распределенную информацию. Пользователями ГИС-технологии могут быть как организации, чья деятельность целиком базируется на земле, например владельцы нефтегазовых предприятий, экологические службы, жилищно-коммунальное хозяйство, так и многочисленные коммерческие предприятия - банки, страховые, торговые и строительные фирмы, чья успешная работа во многом зависит от правильного и своевременного учета территориального фактора.

В основе любой ГИС лежит информация о каком-либо участке земной поверхности: континенте, стране, городе, улице.  База Данных организуется в виде набора слоев информации. Основной шрифт содержит географически привязанную карту местности . На него накладываются другие слои, несущие информацию об объектах, находящихся на данной территории: коммуникации, в том числе линии электропередач, нефте- и газопроводы, водопроводы, промышленные объекты, земельные участки, почвы, коммунальное хозяйство, землепользование и др.

В процессе создания и наложения слоев друг на друга между ними устанавливаются необходимые связи, что позволяет выполнять пространственные операции с объектами посредством моделирования и интеллектуальной обработки данных.

Многие ГИС включают аналитические функции, которые позволяют моделировать процессы, основываясь на картографической информации.

В настоящее время сложился основной набор компонентов, составляющих ГИС. К ним относятся:

1. Приобретение и предварительная подготовка данных;
2. Ввод и размещение данных;
3. Управление данными;
4. Манипуляция данными и их анализ;
5. Производство конечного продукта.

Функциональным назначением данных компонентов является:

• Приобретение и подготовка исходных данных; включает  манипуляции с исходными данными карт - материалами на твердой  или бумажной основе, данными дистанционного зондирования, результатами полевых испытаний, текстовыми материалами, с архивными данными.
• Ввод и размещение пространственной и непространственной составляющих данных; включает конвертирование информации во внутренние форматы системы и обеспечение структурной и логической совместимости всего множества порождаемых данных.
• Управление данными предполагает наличие средств оптимальной внутренней организации данных, обеспечивающих эффективный доступ  к ним.