Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии

Подождите немного. Документ загружается.

на основе запросов - справки, таблицы и нормативы, на базе

графических данных ГИС-план с соответствующей нагрузкой и

набором спецификаций. Связь пространственно-временных и

экономических данных позволяет создать приложение,

нацеленное на конкретный бизнес-проект с набором вариантов,

отвечающих на вопрос: "что, если...". Кроме того, создается

презентационная документация. Дополнительно к этому GeoMedia

содержит средства, связывающие с текстовыми документами

мультимедийные объекты: видеоклипы, фотографии,

анимационные объекты, звуковое сопровождение и др.

Учитывая важность повышения коммуникабельности

геоинформационных данных и применения для этой цели сети

Интернет, фирма Intergraph разработала GeoMedia Web Map - еще

один продукт, основанный на технологии "Юпитер". Он

представляет гипертекстовые ссылки на базы геоинформационных

данных, а также позволяет просматривать интеллектуальные

векторные карты. Он работает совместно с известными Web-

браузарами Internet Explorer и Netscape в качестве средств

просмотра.

Выводы

Существует большое число разнообразных инструментальных

ГИС-систем. Они различаются прежде всего целевой

направленностью, программно-технологическими средствами и

внутренними форматами данных.

Современная тенденция обработки информации в

инструментальных ГИС- создание проекта (карты).

Отечественные системы, такие, какГеоДраф, ГеоГраф,

сопоставимы по стоимости и возможностям со многими

зарубежными, а с учетом специфики распространенных в нашей

стране проекций и номенклатуры карт их использование упрощает

работу с отечественной картографической продукцией.

Проблемы эффективной передачи геоинформационных и

"негеоин-формационных" данных в ГИС, включения в

инструментальную систему дополнительных модулей, созданных

разработчиком, использования уже готовых пакетов решаются

внедрением концепции "открытых систем ", развиваемой фирмой

Microsoft для операционной системы MS Windows. Одним из таких

решений является программа "Юпитер" фирмы Intergraph.

Примене

ние

ГИ

По сфере использования ГИС не имеют себе равных. Они

применяются в транспорте, навигации, геологии, географии,

военном деле, топографии, экономике и т.д. Переход к

автоматизированным методам создания карт с помощью ГИС

имеет ряд преимуществ:

•повышение точности картографической информации;

•сокращение трудозатрат на изготовление продукции;

•увеличение производительности труда за счет автоматизации

от

дельных операций или исключения их.

Методологической основой процессов обработки информации

в ГИС является цифровое моделирование местности,

объединяющее процессы сбора первичной информации, ее

моделирования и обновления, обработки и формирования

документов.

За счет применения современных технических средств

осуществляется автоматизация полевых и камеральных работ.

Использование ГИС происходит на разных уровнях. Это

обусловлено многообразием геоинформационных технологий.

Выделяют следующие территориальные уровни использования

ГИС в России:

•глобальный уровень - Россия на глобальном и евразийском

фоне,

масштаб 1: 4 500 000 - 1 : 100 000 000;

•всероссийский уровень - вся территория страны, включая

прибрежные

акватории и приграничные районы, масштаб 1:2 500 000-1:20 000

000;

•региональный уровень - крупные природные и экономические

ре

гионы, субъекты Федерации, масштаб 1 : 500 000 -1:4 000 000;

•локальный уровень - области, районы, национальные парки, аре

ал кризисных ситуаций, масштаб 1 : 50 000 - 1 000 000;

•муниципальный уровень - города, городские районы, пригород

ные зоны, масштаб 1 : 50 000 и крупнее.

230

8.1. Электронные карты

Цель создания. Развитие методов цифрового

картографирования привело к появлению так называемых

электронных карт (ЭК). Они представляют собой динамическую

визуализацию цифровых карт при помощи видеомониторов и

соответствующего программного интерфейса.

Основой для создания и обновления электронных карт

являются изображения, которые получаются при съемке

местности специальной аппаратурой, размещенной на борту

воздушно-транспортных средств.

Применение ЭК вызвано необходимостью повышения

эффективности использования информации в различных областях

(научные исследования, навигация, социальное управление).

Электронную карту можно рассматривать как

многокомпонентную модель реальности. Основными целями ее

создания являются:

• графическая коммуникация пространственных отношений и

рас

пределений;

• улучшение возможности анализа, обработки и отображения

геоин

формационных данных;

• визуальное отображение цифровых моделей явлений, не

видимых

для человеческого глаза;

• автоматизация отображения и картографического анализа в

систе

мах управления;

• исследование объектов, явлений и процессов с учетом

динамики

их развития и возможного использования;

• получение экспертных решений в графическом виде в

режимах

реального и разделенного времени.

Цифровая картографическая информация (ЦКИ) является

частью информационной основы ГИС и обусловливает

возможности ЭК при геомоделировании.

Визуализация пространственных данных в форме ЭК

выполняет роль интерфейса, обеспечивающего пользователю

динамическое двустороннее взаимодействие с базой

пространственных данных.

Принципы построения. Свойства ЭК. Для электронных карт,

как и для традиционных, характерны следующие принципы

построения и свойства:

• пространственно-временное отображение

геоинформационных

объектов реального мира;

• системность отображения главных элементов с учетом

генезиса,

структуры и иерархии объектов;

231

• избирательность (синтетичность), раздельное представление

или

выделение характерных особенностей действительности, которые

про

являются совместно или изолированно;

• метричность, обеспечиваемая математическими законами

постро

ения, точностью составления и воспроизведения карты;

• наглядность, возможность зрительного восприятия

пространствен

ных форм, размеров, связей, воспроизводимых с эффектами

освещения

и текстуры поверхности изображаемых объектов;

• обзорность, возможность охвата обширных пространств с

выделе

нием главных элементов содержания при учете генерализации и

взаи

мосвязей;

• возможность тематической направленности.

К электронной карте как средству, построенному на принципах

цифрового моделирования и использующему ЦММ,

предъявляются следующие требования:

• структурная определенность и моделепригодность;

• возможность многоцелевого использования;

• наличие набора форм представления графической

информации;

• возможность построения динамических моделей и наличие

ани

мационных свойств;

• формирование картографического изображения в

интерактивном

и автоматизированном режимах;

• возможность интеграции геоинформации с данными

дистанцион

ного зондирования.

Электронная карта как автоматизированная система

характеризуется качественно новыми свойствами при обработке

пространственной информации:

• автоматическое поддержание информационного поля в

различных

временных режимах;

• комплексное изображение совместно обрабатываемых

априорных

и оперативных данных. Например, в навигационных системах на

карго-

основе могут отображаться данные координирования и

радиолокацион

ная ситуация;

• оперативная селекция данных и построение изображения,

синте

зированного на основе послойного представления данных;

• возможность создания оригинального дизайна пользователя.

Он

может добавлять или убирать информацию с экрана, менять

масштаб и

проекцию, получать псевдообъемные, псевдоцветные и

динамические

геоизображения, использовать дисплейные эффекты (мерцание,

изме

нение цвета, яркости);

232

• автоматическая картометрия: определение координат и

направлений, расстояний и длин, площадей и объемов; построение

линий уровней и поверхностей.

Системы электронных карт можно рассматривать как

специализированные информационные системы, ориентированные

на визуализацию картографических данных. Технологически такие

системы могут функционировать независимо и образовывать

некие специализированные ГИС либо входить как подсистемы в

глобальные ГИС.

Хотя электронные карты как модели картографической

информации относятся к классу динамических моделей, они могут

создаваться в двух режимах: в режиме разделения времени

(например, электронные атласы) - аналоги обычных карт и в

режиме реального времени (навигационные системы).

Такие особенности электронных карт объясняются

следующими факторами:

1. Обычная аналоговая карта не допускает существенного ее

изменения. Это обусловлено тем, что в ее основе заложена

невариа

бельная статическая модель данных. В электронной карте форма и

содержание визуализируемой информации варьируются

неограниченно.

2. Электронная карта реализует мобильную или адаптивную

модель

данных, позволяющую настраивать состав, объем и форму

отображае

мых данных в соответствии с запросами пользователя.

3. В отличие от обычных карт ЭК представимы в различных

кар

тографических проекциях благодаря набору трансформационных

методов, что создает возможность дополнительного анализа и

сопо

ставления, т.е. повышает уровень автоматизации и

производительно

сти исследований.

Как системы реального времени ЭК нашли большое

применение в морской навигации. В частности, в Японии в 1984 г.

системами электронных карт было оснащено 150 торговых и 4

тыс. рыболовецких судов.

Принципы работы системы отдаленно напоминают получение

радиолокационного изображения. Однако электронные карты

дают более подробное и качественное изображение.

Режимы реального масштаба времени являются основой в

технологиях электронных карт. Это накладывает повышенные

требования к вычислительным ресурсам таких систем, а именно к

компактности оборудования в сочетании с высоким

быстродействием.

В отличие от многих ГИС в ЭК корректировка и визуализация

данных осуществляются без прямого участия человека-оператора.

233

Широкое применение электронные карты находят в

автотранспорте, в частности для определения местоположения

движущегося транспортного средства. В настоящее время система

электронных карт на автомобилях имеет мощную поддержку

систем спутниковой связи.

Метод создания ЭК. Основной метод создания электронных

карт -математико-картографическое моделирование содержания,

нагрузки и условных знаков с использованием визуальной оценки

получаемого изображения.

Технология создания электронных карт зависит от их вида;

требований, предъявляемых к их точности, содержанию и

условным знакам; исходных картографических данных; снимков;

структур входных/выходных информационных массивов.

Электронные карты можно сравнить с набором справочников,

которые должны храниться в библиотеках (банках данных),

содержать подробную информацию, занимать минимальный объем

и быть доступными в кратчайший период времени.

Примером коммерческого продукта электронной карты может

служить разработка фирмы ESRI Digital Chart of the World (DCW) -

это цифровая карта мира (суши) в формате Arclnfo, созданная на

основе тактических навигационных карт Министерства обороны

США. Исходный масштаб 1:1 000 000, объем данных 1,7 Гбайта,

носитель - четыре диска CD-ROM с книгой описания данных.

Карта разбита на 2094 листа размером 5 х 5°. Число тематических

слоев на лист: от 3 до 27 (для России в среднем 17 слоев).

Существуют версии DCW для UNIX-рабочих станций и для PC.

Для просмотра и работы с картой можно использовать все ГИС-

пакеты ESRI.

Основными процессами технологии создания электронных

цифровых карт являются: подготовка исходных картографических

материалов; цифрование, обработка и редактирование цифровой

картографической информации; формирование электронных,

цифровых карт для хранения в архиве и выдачи их по запросам.

Электронные карты позволяют применять интерактивный

режим работы с картографическими данными, описаниями и

оперативной информацией. Это создает возможность в процессе

планирования или проведения исследований по картам оперативно

вторгаться в процесс проектирования карты и задавать новые

проектные критерии, решения или ограничивающие условия.

Особенностью электронной карты является то, что она может

быть организована как множество слоев (покрытий). Слои

являются типом картографических моделей, которые построены на

основе объединения

234

(типизации) пространственных объектов (или набора данных),

имеющих какие-либо общие свойства или функциональные

признаки. Такими свойствами могут быть: принадлежность к

одному типу пространственных объектов (жилые здания,

подземные коммуникации, административные границы и т. д.);

отображение на карте одним цветом; представление

одинаковыми графическими примитивами (линиями, точками,

полигонами) и т. д.

В качестве отдельных слоев можно объединять данные,

полученные в результате сбора первичной информации.

Принадлежность объекта или части объекта к слою позволяет

использовать и добавлять групповые свойства объектам данного

слоя. А как известно из теории обработки данных, именно

групповая обработка данных является основой повышения

производительности автоматизированных систем.

Данные, размещенные на слоях, могут обрабатываться как в

интерактивном режиме, так и в автоматическом. С помощью

системы фильтров или заданных параметров объекты,

принадлежащие слою, могут быть одновременно

масштабированы, перемещены, скопированы, записаны в базу

данных. В других случаях (при установке других режимов)

можно наложить запрет на редактирование объектов слоя,

запретить их просмотр.

Многослойная организация электронной карты при наличии

гибкого механизма управления слоями позволяет объединить и

отобразить не только большее количество информации, чем на

обычной карте, но существенно упростить анализ

картографических данных путем селекции данных, необходимых

для текущего рассмотрения, и применения механизма

"прозрачности" электронной карты.

Анализ выводимых на экран промежуточных результатов

(слоев), учет динамики исследуемого процесса (или поиска),

использование правил пространственно-структурного анализа и

образно-зрительных ассоциаций позволяют изменять ход

обработки данных и приходить к искомому результату, не имея

четкого начального плана исследования.

В будущем видеокарты можно устанавливать в городских

центрах, на площадях и вокзалах, на наиболее выдающихся

зданиях, гостиницах и т.п. Так, например, в вестибюле ООН

можно будет получать на видеотерминале полную информацию о

каждой из стран - участниц ООН: карты, отражающие географию

страны, историю, культуру, экономику и т.п. Теоретически

можно предположить, что будут разработаны портативные

видеотерминалы для приема информации непосредственно с гео-

стационарного ИСЗ.

Современные электронные карты используют набор

возможностей мультимедиа, что придает им большую

выразительность и наглядность

235

по сравнению с обычными картами. В качестве примера можно

привести поставляемый на компакт-диске 3D-Atlas (abc and

Electronic Arts). Система может рассматриваться для демонстрации

электронных карт и как неполная ГИС для обучения. В 3D-Atlas

информационная основа интегрирована на атласе мира. Система

позволяет осуществлять наблюдение карт в разных масштабах и

допускает трехмерную визуализацию.

Возможно перемещение над поверхностью ( режим "Полет") с

визуальным эффектом полета в трехмерном пространстве.

Кроме наблюдения поверхности Земли в системе имеется

возможность просмотра глобальных карт: атмосферы, гидросферы,

биосферы, геосферы, литосферы, часовых поясов и т.п. Система

позволяет просматривать атрибуты и проводить небольшие

операции анализа данных.

Обмен данными. Существует большое количество форматов

векторных ЭК. Рассматривая эти форматы и способы их

применения в России, можно условно выделить два подхода к

обмену данными.

Первый подход заключается в применении форматов, которые

описывают разные виды объектов с помощью графических

примитивов, не используя системы классификации и кодирования

объектов. Например, так применяется формат DXF. Он имеет

простую структуру и поддерживается многими прикладными

системами.

Второй подход состоит в применении системы классификации

и кодирования, которая позволяет исключить описание внешнего

вида объектов из файлов, предназначенных для обмена и хранения

данных. Таной подход гарантирует однозначную интерпретацию

объектов при конвертировании данных между этими форматами, в

том числе когда используются разные классификаторы, но их

содержимое (т.е. соответствие кодов и объектов) известно.

Имеется определенная гибкость при конвертировании этих

форматов в формат DXF, когда для одних и тех же объектов можно

задать разные графические примитивы по требованию

пользователей информации. Это обеспечивается применением

таблиц, содержащих описание кодов объектов с помощью

графических примитивов.

8.2. ГИС для задач городского

хозяйства

Общие сведения. ГИС городского хозяйства относится к

низшему (муниципальному) уровню систем. Вместе с тем это

самые популярные ГИС, поскольку для их реализации требуются

минимальные информационные и технические ресурсы.

236

В городской ГИС необходимо обеспечить связь между

пространственными данными и справочной информацией,

атрибутивными данными. Основным справочным материалом

такой ГИС являются земельные записи.

При ручных методах сбора и обработки атрибутивные данные

(количество жителей, транспортные маршруты, промышленные

объекты, подземные коммуникации и т.п.) собираются в виде

таблиц и переносятся на карту для наглядности и дальнейшего

анализа. При такой технологии возможны ошибки из-за

многократных ручных методов сбора и трудоемкости анализа

больших объемов данных.

Городская ГИС содержит в одной среде ( интегрированная ин-

формационная основа) атрибутивные и картографические данные,

которые могут обрабатываться совместно. При таком подходе

упрощаются ввод и контроль вводимой информации, анализ форм

представления данных.

Все координатные данные в ГИС должны входить в единую

систему координат. Для позиционирования объектов в этой

координатной системе должны быть определены

идентификаторы местоположения, которые задают

характеристики карты по всей юрисдикции, например коды

объектов, акты переписи населения, номера домов и т.д.

В городской ГИС топографическая информация является

ссылкой, используемой для решения задач управления и анализа.

В связи с тематической ориентацией каждой задачи для ее

решения возможно создание специальных тематических карт,

таких, как карта квартального деления, карта землепользования,

зональные карты и др.

Тематические карты городского хозяйства представляют собой

составную модель. В свою очередь они подразделяются ца слои.

Таким образом, интегрированную графическую основу городской

ГИС образует совокупность тематических карт-слоев и связанных

с ними атрибутивных данных в табличной и текстовой форме.

Схема построения городской ГИС. Укрупненная схема

создания городской ГИС содержит семь основных этапов:

1. Определение целей городской администрации.

2. Определение функций органов местной власти

применительно к

принятию решений при помощи ГИС.

3. Построение информационной модели управления городским

хо

зяйством.

3.1. Выделение и классификация данных по основным

методам их использования: исходные, промежуточные и

вспомогательные, директивные или выходные данные;

237

3.2. Построение моделей данных для ГИС. Определение

объектов и сущностей. Определение атрибутов.

4. Определение эффективности функционирования ГИС и

выбор

технологических решений.

5. Получение организационной поддержки.

6. Создание пилот-проекта.

7. Полная разработка и реализация ГИС.

Рассмотрим эти этапы более подробно.

Э т а п 1. В качестве основных и вспомогательных целей

городской администрации могут выступать учет и контроль

землепользованием, учет недвижимости, учет и использование

жилого и нежилого фонда, оптимизация транспортных задач,

экологический мониторинг, снижение преступности, сохранение

рабочих мест и т.д. Естественно, что именно эти цели должны

определять цели получения выходной информации ГИС и

назначение самой ГИС.

Э т а п 2. Реализацию решений городской администрации

осуществляют местные органы. Они являются функциональным

звеном, преобразующим директивную информацию сверху в

практические действия по управлению, контролю, преобразованию

ситуации на местах.

Следовательно, в связи с этим должны быть рассмотрены все

функции местных органов власти и проведен последующий анализ

для поиска методов улучшения работы местной власти за счет

применения ГИС.

Выполнение первых двух этапов дают основание для

составления технического задания на разработку ГИС. На этих

этапах осуществляется первое согласование работ с городской

администрацией (заказчиком).

Э т а п 3. Содержание этапа - построение информационной

модели данных, применяемой в ГИС для достижения определенных

выше целей и реализации определенных функций. Этот этап

разработки ГИС включает два подэтапа. Первый подэтап

охватывает следующие действия:

•анализ существующей служебной документации в целях

выделе

ния исходных данных для ГИС и выходных данных, которые или

пред

ставляют собой директивы, или способствуют принятию

директивных

решений;

•определение группы промежуточных данных, которая может

вклю

чать вспомогательную информацию поясняющего характера или

дан

ные, подготавливаемые для хранения в архивах;

•анализ документов по их целевому или функциональному

призна

ку без изучения их структуры;

•детализация технического задания, согласование и обмен данны

ми с городской администрацией.

238