История развития картографии как отдельная наука

Каждый из нас хоть однажды в  своей жизни работал с бумажной картой. С появлением компьютеров  появились и компьютерные карты, которые обладают множеством дополнительных и полезных свойств.

1. Что такое электронное картографирование

 

В отличие  от бумажной карты, электронная карта, содержит скрытую информацию, которую  можно использовать по мере необходимости. Эта информация представляется в  виде слоев, которые называются тематическими, потому что каждый слой состоит из данных определенной тематики (рис. 1). Например, один слой электронной карты может содержать сведения о дорогах, второй - о проживающем населении, третий - о фирмах и организациях и т. д. Каждый слой можно просматривать по отдельности, совмещать сразу несколько слоев или выбирать отдельную информацию из различных слоев и выводить ее на карту.

Электронную карту можно легко масштабировать на экране компьютера, перемещать в  разные стороны, рисовать и удалять  объекты, печатать на принтере любые  территории. Кроме того, компьютерная карта обладает и другими свойствами. Например, можно запрещать (или разрешать) отображать на экране определенные объекты. Выбрав объект с помощью мыши, можно  запросить информацию о нем, например, высоту и площадь дома, название улиц и др.

Именно с  появлением электронных карт появился и другой термин «геоинформационные системы» (ГИС). Существуют десятки  определений геоинформационных  систем (их еще называют и географическими  информационными системами). Но большинство  специалистов склоняются к тому, что  определение ГИС должно базироваться на понятии СУБД. Поэтому можно  сказать, что ГИС - это системы  управления базами данных, предназначенные  для работы с территориально-ориентированной  информацией.

*"у»1 Л Ъ S» 9 &

 

Рис. 1. Основу большинства современных ГИС-приложений составляют информационные слои

 

Важнейшей особенностью ГИС является способность связывать  картографические объекты (т. е. объекты, имеющие форму и местоположение) с описательной, атрибутивной информацией, относящейся к этим объектам и  описывающей их свойства (рис. 2).

Как было отмечено выше, в основе построения ГИС лежит  СУБД. Однако, вследствие того, что пространственные данные и разнообразные связи  между ними достаточно сложно описать  реляционной моделью, полная модель данных в ГИС имеет смешанный  характер. Пространственные данные специальным  образом организованы, и эта организация  не базируется на реляционной концепции. Напротив, атрибутивная информация объектов (семантические данные) вполне удачно может быть представлена реляционными таблицами и соответствующим  образом обрабатываться.

Рис. 2. В электронных картах даже обычная точка может сопровождаться коллекцией фотографий, дающей представление об этой местности

 

Объединение моделей данных, лежащих в основе представления пространственной и  семантической информации в ГИС, образует геореляционную модель.

Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам или ссылки на адрес, почтовый индекс, идентификатор  земельного или лесного участка, название дороги и др. (рис. 3). При  использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения объекта применяется процедура геокодирования. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте где находится интересующий вас объект.

Более перспективным  является бесслоевой объектно-ориентированный подход к представлению объектов на цифровой карте. В соответствии с ним объекты входят в классификационные системы, которые отражают определенные логические отношения между объектами предметных областей. Группировка объектов разных классов для разных целей (отображения или анализа) производится более сложным способом, однако, объектно-ориентированный подход более близок к характеру человеческого мышления, чем послойный принцип.

 

Рис. 3. В современных ГИС-приложениях можно производить необходимые расчеты грузоперевозок

 

2.Модели  ГИС

 

Так как ГИС  может работать с двумя существенно  отличающимися типами данных - векторными и растровыми, то существует и две  модели ГИС.

В векторной модели кодированная информация о точках, линиях и полигонах хранится в виде набора координат X, Y (в некоторых ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата). Местоположение точки (точечного объекта), например, здания, описывается парой координат (X, Y). Линейные объекты, такие как дороги или реки, сохраняются как наборы координат X, Y. Полигональные объекты типа 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 плотность населения.

Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами, так как растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке.

 

3.Решаемые  задачи

 

ГИС общего назначения обычно выполняет несколько  задач:

- ввод данных;

- манипулирование  и управление ими;

- информационный  запрос и его анализ;

- визуализация  данных.

Для использования  в ГИС данные должны быть преобразованы  в подходящий цифровой формат. Процесс  преобразования данных из 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 сравнительно небольшом объеме работ данные можно вводить с помощью дигитайзера. Некоторые ГИС имеют встроенные векторизаторы, автоматизирующие процесс оцифровки растровых изображений. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся картографические данные нужно изменить. Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи. 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 СУБД, специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных. При наличии ГИС и географической информации можно получать ответы, как на простые вопросы, так и на более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы. Запросы можно задавать как простым щелчком кнопкой мыши на определенном объекте, так и посредством развитых аналитических средств. Процесс наложения (пространственного объединения) включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

 

4. Кому нужны  ГИС

 

1. Предпринимателям.

Люди, занимающиеся бизнесом, могут использовать ГИС  в разных областях своей деятельности для анализа и отслеживания текущего состояния и тенденций изменения  интересующей их области рынка.

2. Руководителям предприятий.

Благодаря возможности  ГИС связывать объекты схемы  производственного цикла с чем  угодно по щелчку кнопки мыши, обеспечивается эффективное управление производственным процессом, предотвращение аварий сводится к минимуму операции, повышается надежность и уменьшается потребность в  персонале.

3. Нефтяникам и газовикам.

ГИС поможет  рассчитать оптимальное количество и расположение скважин, основываясь  на результатах бурения, также укажет оптимальный путь трубопровода.

4. Охранным службам.

ГИС позволит определить оптимальное расположение камер наблюдения и других устройств, выдавать их сообщения в реальном времени, распечатывать отчеты в  заданное время.

5. Транспортным службам.

Благодаря ГИС, в любой момент можно узнать, где  находятся грузовики, состояние  дорожного покрытия, информацию о  пробках на дорогах, эффективнее  рассчитывать загруженность транспорта и оптимизировать маршрут движения.

6. Пожарникам.

Пожарные  команды получают мощное средство по координированию действий отдельных  подразделений, по охвату и наблюдению за большей площадью, расчету направления  огня и прогнозированию скорости его распространения.

7. Маркетологам.

Использование ГИС-приложений помогает переориентировать  главную цель маркетинговых усилий с удовлетворения осредненных потребностей населения города или района на оперативное  реагирование на запросы каждого  человека, живущего или работающего  в зоне реализации товаров фирмы.

8. Рекламистам.

С помощью  ГИС можно проводить необходимые  демографические исследования, выяснять, где проживают ваши потенциальные  клиенты и по каким дорогам ездят (на самых загруженных и лучше освещенных разместить рекламные щиты).

9. Почтовым службам.

К соответствующим  картам привязаны места проживания клиентов, маршруты и расписания авиарейсов, границы административных районов, другая полезная информация, позволяющая  справиться с возрастающими потоками корреспонденции.

10. Банкам.

ГИС поможет  вам точно и эффективно расположить  филиалы, осуществить инкассацию, оперировать  ресурсами в соответствии с состоянием рынка ценных бумаг и других факторов.

11. Экологам.

Использование ГИС позволяет наблюдать и  оценивать состояние земной и  водной поверхности районов, подверженных экологическим катастрофам.

12. Вооруженным силам.

ГИС помогут  связать с географическими данными  оперативно-тактическую информацию, а также отслеживать переброску войск и техники в районах  боевых действий.

13. Администрациям.

Для городских  и районных администраций ГИС  являются необходимым инструментом в управлении коммунальными, дорожными  и другими службами, обеспечивающими  жизнедеятельность городов и  населенных пунктов.

5. Краткий  обзор средств разработки ГИС

 

Универсальное и наиболее распространенное средство для создания ГИС ARC/INFO служит для обеспечения компьютерного картографирования и оперативного принятия решений. Оно работает с любыми видами информации, имеющей привязку к территории. С помощью ARC/INFO можно легко получить в цифровой форме любую карту, схему, видеоизображение или рисунок, ввести табличные, статистические и другие тематические данные, привязанные к объектам карты. ARC/INFO позволяет работать с сериями карт, накладывая одну карту на другую, и проводить их сопряженный анализ, создавать «твердые» копии необходимых карт и схем.

Упрощенная  версия ARC/INFO - Arcview - поддерживает внутренний формат SHAPE и внутренний язык программирования AVENUE. Но при использовании этой системы для больших по объему слоев проявляется эффект процессорозависимости, т. е. нужно иметь мощные ресурсы процессора и памяти, чтобы эффективно работать с ней. В ее поставку входят дополнительные модули для анализа геоинформационных данных 3D-Analyst и SpatialAnalyst.

Полнофункциональная оболочка географических информационных систем среднего класса ATLAS GIS содержит все обычные средства ввода, редактирования и печати/рисования карт, развитые презентационные средства (полное управление цветами и штриховками, создание и редактирование символов, многочисленные вставки, тематическое картографирование, бизнес-графику). Кроме того, она поддерживает работу с растровыми проектами (растровые подложки), позволяет группировать данные по географическому признаку, создавать буферные зоны, специальные средства обработки данных, основанные на библиотеке встроенных функций и операторов, развитые функции импорта и экспорта данных в другие форматы.

При разработке ГИС-приложений среда разработки Maplnfo Professional обеспечивает доступ к базам данных Oracle8i, хранилищам данных на сервере и управление ними, создание тематических карт, создание и запись SQL-запросов. Кроме того, эта среда разработки поддерживает растровые форматы, включая BMP, JPG, TIFF, MrSID, имеет универсальный преобразователь для форматов AutoDesk, ESRI и Intergraph. Начиная с версии 6, обеспечивается поддержка Интернета и трехмерных изображений, а также усовершенствованы средства геокодирования информации.

Еще одна популярная среда разработки AutoCAD Map обладает всеми инструментами программы AutoCAD 2000, а также специализированными возможностями для создания, отслеживания и производства карт и географических данных. Она позволяет работать с широким спектром файловых форматов и типов данных, обеспечивает возможность связи с базами данных и включает основные инструменты ГИС-анализа. Используя AutoCAD Map, можно связывать карты с ассоциативными базами данных, добавлять данные в карты и делать их более интеллектуальными, чистить карты, строить узловую, сетевую и полигональную топологию для анализа, создавать тематические карты с легендами, работать с существующими данными карты в других системах координат и файловых форматах, импортировать данные из других CAD и ГИС-систем, экспортировать данные в другие форматы, распечатывать карты и атласы.