Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных такими как запрос и статистический
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Географические информационные системы (ГИС)
Географические информационные системы — это возможность нового взгляда на окружающий нас мир с помощью современной компьютерной технологии для картирования и анализа объектов реального мира, а также событий, происходящих на нашей планете. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий [119].
Понятие географической информационной системы вошло в нашу жизнь еще до появления компьютеров. Ранние ГИС использовали нарисованные от руки и накладываемые друг на друга слои из прозрачного материала (кальки), которые содержали информацию о почвах, рельефе и растительности. Разглядывая их на просвет, ландшафтные архитекторы и градостроители могли принимать обоснованные решения о наилучших местах для размещения новых сооружений, учитывая практические потребности и параметры окружающей среды. В начале 1960-х гг. разработанные в Гарвардском университете и Массачусетском технологическом институте (США) универсальные компьютеры и программное обеспечение сформировали основу для автоматизированной обработки географической информации [22].
Первая реально работающая ГИС (CGIS) появилась в Канаде в начале 1960-х гг. ГИС развивались на базе информационно-поисковых систем и позднее — картографических банков данных. Информационные системы рассматривались как первый этап автоматизированного создания карт, позднее в функции стали включать блоки математико-картографического моделирования и автоматизированного воспроизведения карт. Большинство ГИС и сейчас включают в свои задачи создание карт или используют картографические материалы как источник базовой информации [24].
Понятие «географическая информационная система» настолько комплексно и так сильно меняется во времени, что мы считаем целесообразным привести несколько его определений.
Географическая информационная система — информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственных данных. ГИС предназначены для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления окружающей средой и территориальной организацией общества [127].
Географическая информационная система — это особая информационная система, ориентированная на пространственно-организованные данные, сочетание современной компьютерной техники и традиционных наук о Земле. Как всякая информационная система, это — совокупность процессов манипулирования с исходными данными в целях получения информации, пригодной для принятия решений. Для выполнения своего предназначения геоинформационная система должна иметь полный набор функциональных возможностей, в том числе наблюдение, измерение, описание, интерпретацию, прогноз, принятие решений. ГИС — система технических средств, программного обеспечения и процедур, предназначенная для сбора пространственных данных, управления и манипулирования ими, их анализа, моделирования и отображения в целях решения комплекса задач по планированию и управлению [48].
Географическая информационная система — 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 географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества [15].
Научным обоснованием, проектированием, созданием, эксплуатацией и использованием географических информационных систем, разработкой геоинформационных технологий и прикладными аспектам или приложениями ГИС для практических или научных целей занимается геоинформатика. В ее задачи входят как научные и технологические разработки, так и производственная деятельность.
Основные задачи, которые решаются с помощью ГИС: ведение комплексного и отраслевого кадастра; поиск и рациональное использование природных ресурсов; мониторинг экологических ситуаций; контроль условий жизни населения — здравоохранение, социальное обслуживание; картографирование — создание тематических карт, национальных и региональных атласов, обновление карт; территориальное и отраслевое планирование и управление промышленностью, сельским хозяйством, транспортом, энергетикой и многие другие [124].
Существуют различные классификации ГИС, например по территориальному охвату (общенациональные и региональные ГИС); по целям (многоцелевые, специализированные, в том числе информационно-справочные, инвентаризационные, для нужд планирования, управления); по тематической ориентации (общегеографические, отраслевые, в том числе водных ресурсов, использования земель, лесопользования, рекреации и др.) [24].
Функциональные возможности ГИС:
- ввод данных в машинную среду путем импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью оцифровки источников данных;
- преобразование данных, включая их конвертирование из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;
- хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;
- картометрические операции;
- средства персональных настроек пользователей [127].
Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнителей и методы.
Аппаратные средства — это компьютер, на котором работает ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ — от персональных компьютеров до централизованных серверов.
Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевые компоненты программных продуктов: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS, или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI, или ГИП) для легкого доступа к инструментам (см. раздел 4.6).
Данные (информационное обеспечение). Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем либо приобретаться. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных. Часто используются геодезические, кадастровые данные, материалы дистанционного зондирования, текстовые данные и т.д.
Исполнители. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и конечные пользователи, которым ГИС помогает решать различные задачи.
Методы. Успешность и эффективность применения ГИС во многом зависят от правильно составленного плана и правил работы, которые обусловлены спецификой решаемых задач [119].
ГИС-моделирование — создание многослойной электронной карты, в которой опорный слой описывает географию определенной территории, а из остальных слоев — один из аспектов состояния этой территории. Выявление взаимосвязей, прогнозирование, оценка объектов и явлений осуществляются на основе различного сочетания и сопряженного анализа этих слоев [124].
ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы.
Слой — совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одной теме или классу объектов в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев.
Данные, встречающиеся на карте, представляют собой связанные объекты. Каждый объект может быть описан одним или несколькими геометрическими примитивами и атрибутами. К геометрическим примитивам относятся прежде всего точки, линии и площади. Атрибуты — это числовые или символьные характеристики, содержащиеся в базе данных, они могут относиться как к самим примитивам, так и к объектам.
Совокупность примитивов и атрибутов образует простой объект. Совокупность простых объектов образует сложный, или составной, объект. Все объекты и примитивы должны иметь свой номер или идентификатор, при помощи которого можно привязать к графической информации тематическую [39].
Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам, ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ или округ переписи населения, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги и т. п. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения или местоположений объектов применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте, где находится интересующий вас объект или явление [119].
ГИС может работать с двумя существенно различающимися типами данных — векторными и растровыми. В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X, Y. Местоположение точки (точечного объекта), например, буровой скважины, описывается парой координат (X, Y). Линейные объекты, такие, как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X, Y. Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания, хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как типы почв или доступность объектов. Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами. Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями.
ГИС обычно выполняет с данными пять процедур: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.
Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо, при небольшом объеме работ, данные можно вводить с помощью диджитайзера. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.
Манипулирование. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц — в масштабе 1:100 000, границы округов переписи населения — в масштабе 1:50 000, а жилые объекты — в масштабе 1:10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи.
Управление. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных. В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме.
Запрос и анализ. В ГИС вы сможете получать ответы на простые вопросы (Кто владелец данного земельного участка? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты? Где расположена данная промзона?) и более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы (Где есть места для строительства нового дома? Каков основный тип почв под еловыми лесами? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу «что будет, если». Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов друг относительно друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией. Он помогает ответить на вопросы типа: Сколько домов находится в пределах 100 м от этого водоема? Сколько покупателей живет не далее 1 км от данного магазина? Какова доля добытой нефти из скважин, находящихся в пределах 10 км от здания руководства данного НГДУ? Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это — операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о почвах, уклоне, растительности и землевладении со ставками земельного налога.
Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным результатом служит представление данных в виде карты. Это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. С помощью ГИС визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками и таблицами, фотографиями и другими средствами (например, мультимедийными).
ГИС тесно связана с рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. ГИС могут быть связаны с системами настольного картографирования, использующими картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными и системами САПР, которые способны составлять чертежи проектов и планы зданий и инфраструктуры и системами дистанционного зондирования Земли (см. раздел 4.7).
Следует заметить, что ГИС — это не инструмент для выдачи решений, а средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений, обеспечивающее ответы на запросы и функции анализа пространственных данных, представления результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде. ГИС помогает, например, в решении таких задач, как предоставление разнообразной информации по запросам органов планирования, разрешение территориальных конфликтов, выбор оптимальных (с разных точек зрения и по разным критериям) мест для размещения объектов и т.д. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффектный и эффективный [119].
ГИС в управлении качеством окружающей среды
Существует большое количество как российских, так и зарубежных ГИС. В силу ряда особенностей (в частности, их достаточной известности и активной маркетинговой политики фирм-распространителей) в учебных заведениях нашей страны наиболее распространены следующие ГИС:
ArcView GIS, PC ARC/INFO и DAK (Data Automation Kit) компании ESRI. Распространением в России и других странах СНГ геоинформационных технологий ESRI занимается компания ДАТА+ [118].
ArcView GIS выполнен в виде стандартного приложения Windows (работает также на платформах UNIX и, в ряде версий, Macintosh). Он легок в освоении и может использоваться в различных сферах деятельности для визуализации, запроса и анализа любой пространственной информации. ArcView GIS объединяет векторные, растровые, табличные данные в единую аналитическую систему. PC ARC/ INFO предоставляет полный набор средств и функций для управления, анализа, отображения и картирования географической информации на персональном компьютере. Zb4# представляет специализированную программу для ввода новой и обновления имеющейся цифровой информации [120];
Maplnfo компании Maplnfo Corporation. Распространением этой полнофункциональной ГИС в России занимается компания ЭСТИ МАП [123];
GeoDraw/ГеоГраф — этот векторный редактор разработан в Центре геоинформационных исследования Института географии
РАН [112].
Подробную информацию об этих программах вы можете найти на Интернет-сайтах соответствующих компаний, занимающихся распространением ГИС-программ. О программах обработки данных дистанционного зондирования Земли см. раздел 4.8.
Далее мы приведем некоторые примеры использования разных ГИС в управлении качеством окружающей среды как в нашей стране, так и за рубежом.
Географическая информационная система «Радиационная безопасность» (ГИС РБ) [95], разработанная в лаборатории геоинформатики Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАН, ориентирована на контроль, анализ и моделирование ситуаций радиационной опасности в различных регионах страны.
ГИС РБ позволяет хранить в цифровом виде и отображать сведения о состоянии радиационной обстановки на территории России, прилегающих зарубежных стран, а также отдельных регионов, областей и районов, представляющих особый интерес с точки зрения контроля радиоэкологической безопасности.
Центральное звено ГИС РБ — картографическая база данных, включающая набор разномасштабных цифровых топографических карт с вынесенными на них потенциально опасными объектами. Данные об объектах по конкретной территории разнесены по отдельным слоям. В частности созданы следующие цифровые топографические карты:
- цифровая топографическая карта России и сопредельных стран (масштаб 1:5 000 000) с указанием основных объектов, представляющих потенциальную радиационную опасность;
- цифровая карта Баренцева и Карского морей (масштаб 1:500 000)
как иллюстрация уровней и основных направлений переноса радионуклидов; - цифровая карта радиоактивного загрязнения Cs-137 европейской части и Уральского региона России, Украины, Белорус
сии, Молдавии, стран Прибалтики и Западной Грузии (масштаб
1:5 000000); - цифровые карты Восточно-Уральского радиоактивного следа
(масштаб 1:1 000 000 и 1:200 000).
Справочно-информационная система «Атлас окружающей среды Белого моря» [95] создана на базе ГИС-технологий для получения комплексной пространственно-привязанной экологической информации о Белом море на основе среднемноголетних наблюдений и результатов экологического мониторинга. Атлас состоит из шести основных разделов: «Регион», «Белое море», «Условия среды», «Биология моря», «Антропогенное воздействие» и «Экология».
С помощью ГИС (в частности, используя программу ERDAS IMAGINE) можно определить районы, в которых существует высокий риск наводнений, с целью предупреждения или уменьшения возможных разрушений и принятия защитных мер.
В Свердловской области создана ГИС контроля техногенного воздействия на окружающую среду на основе данных о ежегодных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу и водные объекты, о расположении и наполненности хранилищ отходов, состоянии лесов и активности источников загрязнения.
На Кольском полуострове создана система оценки радиационного риска Кольского полуострова с помощью ГИС. На основе технологии ГИС создан информационный модуль для систематизации и структуризации информации по радиационно-опасным отходам региона; анализа радиационных проблем в регионе; подготовки исходных данных для математического моделирования атмосферного переноса радионуклидов. Области применения ГИС включают региональные системы радиационного мониторинга и автоматизированные системы (локальные, региональные) поддержки принятия решений в случае возникновения аварии на ядерных объектах. Информационная поддержка оказывается природоохранным предприятиям и организациям региона; научно-исследовательским проектам и проектно-изыскательским работам; органам государственного надзора и ведомствам по чрезвычайным ситуациям. Применение ГИС поможет успешно приступить к решению задач инвентаризации, учета и контроля за состоянием радиационно-опасных объектов и самой территории региона, а также математического моделирования связанных с ними ситуаций.
В Москве с использованием ГИС-технологий (ARC/INFO, ArcView GIS и ArcExplorer) на основе нормативно-правовых, методических, аналитических и картографических материалов разработана единая информационная система природного комплекса центральной части города. Система предназначена для инвентаризации зеленых насаждений, паспортизации озелененных территорий и поддержки принятия решений по регулированию хозяйственного использования и строительства в центральной части Москвы, которое призвано обеспечить сохранение, восстановление и развитие природных компонентов городской среды.
НГДУ «Быстринскнефть», СургутНИПИнефть и Сургутский государственный университет совместно создали цифровую геодезическую карту на район деятельности НГДУ «Быстринскнефть», где выделили следующие информационные слои: площадные производственные объекты, линейные объекты (трубопроводы, линии электропередачи, автомобильные дороги), точечные объекты (узлы переключений трубопроводов, скважины), объекты гидрографии. Набор информационных слоев постоянно пополняется с учетом текущих потребностей разных структурных подразделений предприятия. Одновременно с созданием электронных карт велись работы по наполнению баз данных технологического и экономического характера.
В рамках многолетней Федеральной целевой программы «Мировой океан» создается единая система информации ЕСИМО. Система ЕСИМО базируется на современных информационных технологиях (СУБД, ГИС, телекоммуникации и др.) и использовании распределенных баз данных. Информацию (такую, как маршруты научно-исследовательских судов, размещение гидролого-гидрохимических станций, буев и измерительных комплексов, пространственное распределение гидрофизических параметров на поверхности и в глубинах морей и океанов и т.п.) удобно представлять в виде карт, что предопределило широкое использование в системе ГИС-технологий. С их помощью в системе создаются карты разливов рек и водоемов, зон затопления территорий, обзорные карты ледовой обстановки по морям, карты гидрометеорологических условий, схем течений, характеристик приливных и суммарных течений на поверхности и в глубинах, концентрации гидрохимических, биогенных и микробиологических соединений, содержания загрязняющих веществ в воде и др.
В рамках Международной программы по развитию ГИС для сохранения окружающей среды в России и странах СНГ (Экологический Центр — Мисула, штат Монтана, США) Экоцентром «Аргали» на Алтае были созданы базы ГИС данных для территорий, которые важны для сохранения амурского тигра в Приморье и Хабаровском крае; для защиты лесов Камчатки; для работ в Алтайском и Катунском заповедниках.
В 1990—1993 гг. лабораторией экологии и охраны природы биологического факультета МГУ им. М. В.Ломоносова, МИФИ и Орегонским университетом (США) на примере ситуации в Новозыбковском районе Брянской области был создан образовательный комплекс « Чернобыль: обучение принятию региональных решений» [29]. Образовательная система включает в себя:
- обучающую оболочку, содержащую основные сведения о процессах и фактах радиобиологии, радиоэкологии и учебные задачи;
- ГИС «Новозыбков» на основе macGIS (базирующейся на компьютерах «Macintosh»), включающая картографическую базу данных по полигону «Новозыбков» и технологию обработки картографической информации;
- прикладную математическую модель, описывающую процессы миграции долгоживущих радионуклидов в сельскохозяйственных экосистемах, поступление их в организм человека с пищей,
а также дающую прогноз внутреннего облучения как для отдельных индивидуумов, так и для населения региона.
Особенности системы:
- основана на реальных данных;
- моделирует управленческую ситуацию, не имеющую прецедента в мировой практике;
- ориентирована на снижение индивидуального и коллективно
го риска применительно к конкретным условиям территории и типов
хозяйства, возраста, пола и образа жизни человека или группы; - дает возможности выбора решений не менее чем из 3 628 800
вариантов планирования севооборотов, границ полей, типов сельскохозяйственных культур, агротехники; характера животноводства,
образа жизни, рационов питания и кулинарной обработки и др.; - основана на использовании принципов интерактивного обучения, т. е. происходящего в процессе общения лиц, принимающих решение, и способна сжимать время учебной имитации по
отношению к реальному времени в миллионы раз (до 2-Ю6); - позволяет разрабатывать решения и узнавать их последствия
применительно к региональному (100—400 км2), хозяйственному
(2—100 км2) и индивидуальному (0,2 — 2 км2) рискам; - моделирует динамику изменения и миграции радионуклидов
с шагом в один год на перспективу до 20 лет; - позволяет обучать индивидуально или группы людей разного
возраста и профессий с учетом степени их подготовки, служебных и житейских интересов; - построена в культурном контексте, максимально полно воспроизводящем социально-психологические аспекты принятия решений;
- позволяет давать консультации по принятию решений;
- содержит информационно-справочный блок;
- позволяет приобрести личный опыт принятия решений в процессе учебной имитационной деятельности.
Конечный результат расчетов — дозы облучения; основа для принятия решений — критерий минимизации дозы до регламентируемых уровней, гарантирующих минимальный риск стохастических эффектов облучения.
2. Реферат- Історія єкономічної теорії.html
3. і Б~л ~аза~станны~ халы~аралы~ ілгері жылжуы жолында~ы ~лкен ~адам болма~
4. Эжен Сю
5. Нова філософія Л
6. Бестрансформаторный усилитель мощности звуковой частоты (расчёт)
7. матеріальнотехнічної бази комунізму
8. тема наблюдений и проверки соответствия процесса функционирования управляемого объекта принятым управленч
9. любые товары для которых изменение в цене одного товара приводит к изменению спроса на другой товар
10. сть люд.шт Ксть техн
11. Обыкновенное чудо Будапештская 8 корпус 4 9523709 89119262511 Ochudo.
12. ПРАВОВОГО АКТА Стадия ПРИНЯТИЯ НОРМАТИВНОПРАВОВОГО АКТА
13. на бывшие социалистические государства
14. подхватывают инфекцию заражают других заболевают выздоравливают
15. Принцип развития
16. Разделение властей государственного механизм
17. Курсовая работа- Охотничьи и промысловые виды животных Тульской области
18. а Служит для точного налива жидкости Нож сомелье нарзанник
19. История пароходства на Енисее
20. Прогнозирование емкости и коньюктуры рынка