Геоінформаційна система« Компас-2 »і можливості її використання для ведення природних кадастрів Росії

Існує думка, що широке поширення ГІС та досвід їх експлуатації в різних сферах діяльності суттєво спрощують завдання географії, зводячи їх до запозичення, засвоєння і відтворення накопиченого досвіду - завданню суто технічною. У дійсності сукупності географічної (або потенційно географічної) інформації системи не утворюють.

Географічне розмаїття реального світу нескінченно складно, але в той же час воно може бути представлено у вигляді окремих елементів або об'єктів. Перевага ГІС полягає в тому, що вона дозволяє розглядати об'єкти в їх географічному оточенні і досліджувати взаємозв'язку між об'єктами, а вивчення взаємозв'язків і взаємозалежностей - основа географічного моделювання. Можливості ГІС для швидкого і точного поєднання різних зрізів інформації стають дієвим інструментом її аналізу. Значення ГІС для географії визначив А. М. Берлянт: "Розвиток ГІС дає сучасної географії унікальний і може бути єдиний за всю її історію шанс дійсно стати основою передових технологій в науках про Землю, концептуальної базою, на яку може опертися геоінформаційна індустрія, одним із стрижневих напрямів інформатизації суспільства на всіх рівнях, починаючи зі шкіл ".

 

2.7.ГЕОГРАФІЧЕСКАЯ ІНФОРМАЦІЯ ТА ЇЇ ПОДАННЯ в базах даних ГІС

Географічні дані належать до різних типів: зображення (знімки, карти, малюнки), тексти, координати, складні об'єкти. Набір необхідної географічної інформації, подання даних в ГІС та їх відображення визначаються тематикою вирішуваних завдань, складаються карт, джерелами просторово певної інформації, використовуваними технічними та програмними засобами перекладу даних в цифрову форму, їх зберігання та картографічної візуалізації. Розглянемо принципи побудови інформаційного забезпечення ГІС.

2.7.1.Істочнікі просторових даних

Сукупність цифрових даних про просторові об'єкти утворює безліч просторових даних і становить зміст баз географічних даних. Дані, необхідні для створення інформаційного забезпечення ГІС і входять до БД, можна підрозділити на дві групи - первинні і вторинні.

Первинні дані - це дані, які виміряні безпосередньо, наприклад, шляхом вибіркового обстеження в польових умовах або шляхом дистанційного зондування. При цьому "щільність" обстеження визначає так зване дозвіл даних. Наприклад, якщо просторова вибірка здійснюється через 1 км, залишаться незафіксованими зміни, розмір яких менше 1 км, хоча вибірка повинна відображати характеристики, властиві всі точки території. Вирішення даних, одержуваних шляхом дистанційного зондування, визначається автоматично і залежить від технічних характеристик зйомки.

До стандартних методів вибіркового обстеження відносяться випадкові, систематичні (ключові) і розшаровані (районовані) вибірки.

При випадковій вибірці можуть бути з однаковою ймовірністю обрані будь-які точки або будь-які моменти часу, а при систематичній вибірці дотримуються певних правил (наприклад, через 1 км), які, однак, не повинні впливати на результат аналізу. При расслоенной вибірці експерт заздалегідь виходить з того, що наявна сукупність складається з різних підмножин, проводячи вибірку по кожному з них, щоб добитися адекватного відображення всіх їх параметрів. Наприклад, якщо відомо, що на частині території рельєф більш розчленований, вона обстежується з більшою щільністю, що дозволяє дати більш точне уявлення про характер рельєфу. Якщо необхідна репрезентативна вибірка всієї сукупності, то вибірки по кожному підмножині включаються до неї з відповідними вагами.

Вторинні дані отримують з вже наявних карт, таблиць або інших баз даних.

Як і карти, розрізняють дані:

про природні ресурси та навколишнє середовище;

економічні та соціально-економічні;

географічної прив'язки.

Дані про природні ресурси та навколишнє середовище можна підрозділити на тематичні та топографічні.

Більшу частину тематичних даних отримують за тематичними картками, а також аеро-і космічних знімків. Дешифрування знімків дозволяє створити безліч типів тематичних карт (а також верств БД ГІС), наприклад, карт рослинності, грунтового покриву, сільськогосподарських культур, використання земель. Іншими джерелами таких даних служать, наприклад, метео та екологічні спостереження, моніторинг, лабораторні дослідження і т.п.

Джерелом топографічних даних служать топографічні зйомки і карти. Дані цього типу є і в цифровій формі, наприклад, Роскартография створені цифрові карти 1:1 000 000 та 1:200 000 масштабів для всієї території Росії і вибірково - більших масштабів.

Дані про природні ресурси відносно стабільні і не потребують частого оновлення в БД; просторовий дозвіл може бути не дуже великим.

Економічні та соціально-економічні дані. До них відносяться дані про взаємодію природи і суспільства, населення, діяльності населення, а також про простір і / або структурах, що використовуються для здійснення цієї діяльності. Дані можуть бути узагальнені по тимчасових інтервалах або за соціально-економічними показниками.

Джерелами соціально-економічних даних служать в основному державна статистика і адміністративна звітність (надійні дані, але, як правило, вони конфіденційні, доступ до них обмежений) і тематичні карти. Відомча інформація може поставлятися в цифровій формі на комерційній основі, проте вона часто має особливий географічний обхват або специфічне узагальнення.

Соціально-економічні дані малопридатні для баз даних ГІС, якщо відсутня достовірна інформація про їх просторовому розміщенні. Просторова прив'язка інформації дозволяє узагальнювати дані за географічним принципом, наприклад, переходити від даних по окремих містах до даних про регіон. Соціально-економічні дані швидко змінюються і застарівають.

Ще один тип даних, що з'явився внаслідок розвитку ГІС - це дані географічної прив'язки - географічні матеріали, представлені у вигляді базових карт територіальних одиниць і атласів, а також цифрові матеріали - файли кордонів, дані багатоцільового кадастру, координатні дані, одержувані системами супутникового позиціонування.

Разом з даними потрібно отримувати і так звані метадані. Метадані повинні містити інформацію про проекцію, географічній основі і базовій карті, рівні генералізації, ценз і нормі відбору об'єктів картографування, дизайні, дані про час створення або перевидання карти й давати додаткову інформацію про процедури збору та компіляції даних, системах кодування та точності приладів. У метаданих необхідно вказувати всі застосовані способи перетворення даних та їх точності. Наявність метаданих дозволяє користувачеві отримати уявлення про достовірність інформації, а їх відсутність часто веде до неправильному трактуванні та хибним уявленням набряклості самих даних.

Широкі можливості для отримання даних відкривають комп'ютерні мережі. У мережі Internet: в даний час поширюються електронні карти та атласи (туристичні, тематичні карти і атласи, створені для презентацій), відскановані друковані карти і знімки, мультимедійні зображення, динамічні карти, наприклад, синоптичні.

Знімки та карти можуть довводіться в ГІС у міру потреби. У силу обмеженості технічних ресурсів дані можуть зберігатися як в цифровому, так і не цифровому вигляді (традиційні карти, знімки).

Загальне уявлення про інформаційну забезпеченості території повинна давати інформаційно-пошукова система, яку доцільно включити в структуру ГІС.

Аналіз загального складу даних - геокодірованной інформації, необхідної для створення функціонуючої ГІС, показує, що для його визначення необхідно відповісти на ряд питань:

чи є можливість збору, зберігання та оновлення географічної інформації?;

які очікувані обсяги даних і які їхні формати?;

який обсяг даних необхідно перетворити в цифрову форму, скільки часу це замет і скільки буде коштувати?;

які якість даних, надійність інформації?;

якого роду труднощі можуть виникнути при обробці інформації?

2.7.2.Проектірованіе географічних баз і банків даних

Виявлення географічних об'єктів і явищ і подальший вибір адекватного представлення даних про них є складовою частиною процесу, іменованого проектуванням бази даних.

У ГІС користувач розглядає реальний світ через призму тематичної бази даних. Вимірювання та вибірки, що містяться в базі даних, повинні якомога повніше і точніше відповідати предмету дослідження та його основними характеристиками. Представлення даних повинне враховувати типи їх можливих перетворень. До створення БД ГІС пред'являються високі вимоги, пов'язані з просторовою формою організації і представлення даних.

Вимоги до бази даних. База даних повинна бути:

узгодженої за часом - що зберігаються в ній кількісні дані повинні відповідати певному часу, бути актуальними;

повної, досить докладне для передбачуваного створення ГІС або картографічного твору; категорії даних та їх підрозділи повинні включати всі необхідні відомості для здійснення аналізу або математико-картографічного моделювання досліджуваного об'єкта або явища;

позиційно точною, абсолютно сумісної з іншими даними, які можуть додаватися до неї;

достовірної, правильно відображає характер явищ, для цього необхідно чітко визначити включені до неї атрибути явищ;

легко оновлюваної;

доступною для будь-яких користувачів.

Проектування бази даних. У процесі проектування БД звичайно виділяють три основних рівні: концептуальний, логічний і фізичний.

Концептуальний рівень не залежить від наявних апаратних і програмних засобів. Для БД ГІС він пов'язаний з концептуальною моделлю географічних даних і включає: опис і визначення аналізованих об'єктів; встановлення способу подання географічних об'єктів в базі даних; вибір базових типів просторових об'єктів - точки, лінії, ареали, осередки растра; вирішення питання про спосіб представлення розмірності і взаємозв'язків реального світу в БД (наприклад, чи слід показати будинок ареалом або крапкою).

Логічний рівень визначається наявними програмними засобами і практично не залежить від технічного забезпечення. Він включає розробку логічної структури елементів бази даних відповідно до системи управління базами даних (СКБД), використовуваної в програмному забезпеченні. СУБД являє собою три взаємопов'язані компоненти: командна мова для виконання необхідних операцій з даними (введення, висновок, модифікація), інтерпретує систему (або компілятор) для обробки команд і переведення їх на мову машини, інтерфейс користувача для формування запитів до БД (вибірки потрібних даних ).

Найбільш поширеними логічними структурами - моделями БД і їх СУБД - є ієрархічна, мережева, реляційна.

2.7.3.Позіціонная і семантична складові даних

Просторові дані традиційно поділяються на дві взаємопов'язані складові - позиційні і непозиційної дані.

Позиційна інформація описує положення географічних об'єктів (або просторову форму) в координатах двох-і тривимірного простору - декартових (x, y, z) або географічних.

До непозиційній інформації належать якісна характеристика просторових об'єктів (семантика) і статистика; ця інформація називається атрибутивною і представляється у вигляді текстових або числових параметрів. Вона відповідає тематичної формі даних або кодованому поданням взаємозв'язків об'єктів (топології). Майже завжди тип об'єкта маркірується і орієнтується по його атрибутивним параметрами (дорога має назву і ідентифікується з її класу - грунтова, шосе). Зазвичай атрибутивна інформація не має просторового характеру, хоча деяка її частина може мати зв'язок з просторовою природою досліджуваного об'єкта; наприклад, площа, периметр.

В якості атрибутивної інформації часто виступає час (тимчасова форма), яка може відображатися кількома способами: вказівкою тимчасового періоду існування об'єктів, співвіднесенням інформації з певними моментами часу, вказівкою швидкості руху об'єктів.

Кількісні атрибути створюються відповідно до номінальних, порядковими, інтервальними або пропорційними шкалами вимірювань. Важливо знати, які шкали вимірювань використані для даних, оскільки це визначає характер можливих математичних операцій з ними.

Коротко складові просторових даних називають геометрією й атрибутами.

2.7.4.Представленіе точкових, лінійних і майданних об'єктів в базі даних і на цифровій карті

В БД ГІС картографічні джерела та підсумкові карти представляються у вигляді цифрових карт, кожна з яких є "цифрову модель карти, створеної шляхом цифрования картографічних джерел, фотограмметричної обробки даних дистанційного зондування, цифрової реєстрації даних польових зйомок". Відмінність таких карт від традиційних зображень полягає в тому, що вона, як і БД, недоступна безпосередньому сприйняттю людиною як карта. Тому важливо знати, як географічні об'єкти представляються у БД і на цифровій карті.

Будь-яка БД складається з цифрових уявлень дискретних об'єктів. Зміст карти можна зберігати в БД у вигляді цифрової карти, перетворивши об'єкти карти в об'єкти бази даних. Щоправда, завжди потрібно пам'ятати, що багато чого з показаного на картах умоглядно і не існує в реальному світі: горизонталей в природі не існує, а от удома і озера - це реальні об'єкти.

Отже, географічні об'єкти, що моделюються за допомогою карти або ГІС, мають три форми подання:

об'єкт в дійсності;

об'єкт, представлений у базі даних (деякі автори вводять для таких об'єктів найменування предмет);

знак, який використовується для показу об'єкта (предмета) на карті або на іншому графічному зображенні.

Ми будемо у всіх випадках використовувати найменування "об'єкт", оскільки про що йде мова зазвичай зрозуміло з контексту.

Призначений для відображення в БД або цифровій карті об'єкт - це явище дійсності, останнє в ряду підрозділи однотипних явищ при виборі "елементарних цеглинок" для інформаційного моделювання; наприклад, місто можна вважати об'єктом, при його підрозділі складові частини вже не будуть містами, вони будуть районами , кварталами і т. п.

Об'єкт в БД - це цифрове представлення всього реального об'єкта або його частини. Спосіб цифрового представлення об'єкта залежить від призначення ГІС, масштабу дослідження, його завдань та інших факторів, наприклад, географічно місто може бути представлений у вигляді точки, якщо розглянута територія має масштаби материка; якщо мова йде про базу географічних даних області, той ж місто може бути представлений ареалом.