Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии

Подождите немного. Документ загружается.

• оригиналы карт на металлических (карта, наклеенная на

алюмини

евый лист) носителях толщиной до 2 мм.

Выходные данные включают векторные файлы и контрольные

абрисы.

Подсистема обработки цифровой картографической информа-

ции. Это основной компонент автоматизированной системы

кадастрового картографирования.

Подсистема выполняет все производственные процессы,

необходимые после фотограмметрического сбора данных,

цифрования карт, проведения полевых съемочных работ для

получения цифровых карт как одного из видов конечной

продукции системы.

Входными данными подсистемы служат:

• цифровые модели местности (векторные данные), получаемые

от

подсистемы фотограмметрического сбора данных в том формате, в

ко

тором они формируются;

• результаты цифрования карт, поступающие от подсистемы

цифро

вания карт в виде файлов векторных данных;

• кадастровая картографическая информация, получаемая в

резуль

тате полевых съемок с использованием тахеометров (формат DXF);

• контрольные абрисы снятых контуров объектов различными

мето

дами;

• атрибутивные данные картографируемых объектов в

документаль

ной (текстовой) форме и в виде машинных файлов;

• данные создаваемых листов карты (название, номенклатура,

коор

динаты углов, система координат, проекция и др.).

В ходе работы подсистема осуществляет:

• ввод цифровых картографических данных и приведение их к

тако

му виду, в котором представляется информация в

картографических ба

зах данных системы;

• пространственное сопряжение всех исходных данных;

• диалоговую и пакетную "сшивку" данных смежных

территорий,

листов карт;

• структурирование картографических объектов по

тематическим

слоям;

• формирование топологически корректной векторной цифровой

модели (полной топологической модели);

• ввод атрибутивных данных и соединение их с графическими

дан

ными;

• управление архивом цифровых карт;

249

• обеспечение хранения, защиты, санкционированного доступа,

рас

пределения и управления всеми типами цифровых данных

требуемых

для функционирования автоматизированной системы кадастрового

кар

тографирования;

• управление технологическими процессами обработки

информации

всей системы, диспетчеризация движения и состояния информации

ходе ее обработки;

• обеспечение сетевого распределения данных и прозрачного

сете

вого доступа к базам данных;

• управление сетью всего комплекса технологий.

В итоге работы подсистемы формируется содержание баз

данных цифровой картографической информации, включая

графические и связанные с ними атрибутивные данные.

Подсистема издания карт. Она включает все производственные

процессы, необходимые после формирования цифровой

картографичес» кой информации для того, чтобы выпустить тираж

вычерченных карт масштабов 1:2 000 и 1:10 000 с качеством,

соответствующим требованиям издания карт.

Система не предусматривает большого тиража издания.

Вычерченные на бумаге многоцветные карты с штриховыми и

фоновыми элементами, с координатной сеткой, подписями,

зарамочным оформлением и легендами издаются тиражом 5 - 10

экз.

Реализация таких систем в рамках любого государства

обеспечивает интересы з е л< л ев л а дел ь ц ев:

• права на землю и другую недвижимость, подтвержденные

юриди

чески заверенным документом с прилагаемым планом участка;

• гарантии государства по защите прав земельной

собственности,

безопасность длительного владения землей, снижение конфликтов

меж

ду претендентами на земельный участок;

• упрощение земельных сделок ;

• повышение контроля и экологически безопасное

использование

собственной земли.

В не меньшей степени ГИС/ЗИС выгодны для государства,

Они обеспечивают:

• сбор земельного налога и налога на прочно связанную с землей

недвижимость;

• пополнение бюджета за счет большего контроля пошлинных

сбо

ров с земельных сделок и операций с недвижимостью;

• функционирование земельного рынка и другой недвижи

мости;

250

• предоставление юридически обоснованных и достоверных

данных

о правах на землю для органов управления судов, земельных

банков,

юридических и физических лиц;

• оптимальное планирование развития территорий;

• ведение государственной статистики и учета с большей

достовер

ностью.

Следует выделить основные этапы создания и эксплуатации

этих систем: проектирование, реализация, накопление данных,

функционирование и обновление данных, модернизация.

В заключение отметим, что ГИС/ЗИС соответствуют схеме

обобщенной ГИС. В технологическом плане они отличаются

повышением требований к точности координатных данных и

спецификой организации запросов в зависимости от целей

ГИС/ЗИС.

8.4. Экология и ГИС

В управлении землепользованием и в ведении городского

хозяйства одним из основных видов продукции является

информация (в том числе картографическая), получаемая на основе

имеющихся данных. При решении экологических задач с помощью

ГИС акцент на продукцию несколько иной. В ходе экологического

наблюдения (мониторинга) осуществляют сбор и совместную

обработку данных, относящихся к раз личным природным средам,

моделирование и анализ экологических процессов и тенденций их

развития, а также использование данных при принятии решений по

управлению качеством окружающей среды.

Результат экологического исследования, как правило,

представляет оперативные данные трех типов: констатирующие

(измеренные параметры состояния экологической обстановки в

момент обследования), оценочные (результаты обработки

измерений и получение на этой основе оценок экологической

ситуации), прогнозные ( прогнозирующие развитие обстановки на

заданный период времени).

Из этого следует, что в экологических ГИС применяются в

первую очередь динамические модели. В силу этого большую роль

в них играют технологии создания электронных карт.

Совокупность всех перечисленных трех типов данных

составляет основу экологического мониторинга.

Особенностью представления данных в системах

экологического мониторинга является то, что на экологических

картах в большей степени представлены ареальные геообъекты,

чем линейные.

251

Относительно цифрового моделирования принципиальным

следует считать использование цифровых моделей типа цифровая

модель явления, поле и т.п.

На уровне сбора наряду с топографическими характеристиками

дополнительно определяются параметры, характеризующие

экологическую обстановку. Это увеличивает объем атрибутивных

данных в экологических ГИС по сравнению с типовыми ГИС.

Соответственно возрастает роль семантического моделирования.

На уровне моделирования используют специальные методы

расчета параметров, характеризующих экологическое состояние

среды и определяющих форму представления цифровых карт.

На уровне представления при экологических исследованиях

осуществляют выдачу не одной, а, как правило, серии карт,

особенно при прогнозировании явлений. В некоторых случаях

карты выдаются с применением методов динамической

визуализации, что довольно часто можно наблюдать при

метеопрогнозах, показываемых по телевидению.

В качестве примера рассмотрим систему экологического

мониторинга, создаваемую для Москвы

. Объектами мониторинга

Москвы являются: атмосферный воздух, поверхностные и

подземные воды, почва, зеленые насаждения, радиационная

обстановка, среда обитания и состояние здоровья населения.

Большое число организаций (федеральных, муниципальных,

ведомственных) в Москве занимаются независимо друг от друга

сбором данных о состоянии параметров объектов окружающей

среды. Производится контроль состава атмосферного воздуха,

количества выбросов промышленных предприятий и

автотранспорта, качества поверхностных и подземных вод и т. д.

Эти работы выполняют различные организации - от ГАИ до

санэпидемстанций. Недостатки существующего порядка сбора

экологических данных - разрозненность и бессистемность, ра-

зобщенность городских природоохранных организаций и

отсутствие комплексных оценок и прогнозов развития

экологической обстановки.

Главная задача городского экомониторинга - получение

комплексной оценки экологической ситуации в городе на базе

интеграции всех видов данных, поступающих от различных

организаций. Интеграционной основой множества данных,

естественно, является карта. Следовательно, решение задач

экомониторинга города неизбежно приводит к созданию и

применению ГИС.

Пупырев Е.И., Бутаков П.Д., Дронина Н.П. Роль и место

геоинформационных технологий в системе экомониторинга Москвы //

ГИС - Обозрение. -Лето, 1995.-С. 34-36.

252

Для этого объединяют существующие сети различных

измерений и специализированные мониторинга природоохранных

служб. Создание системы основано на внедрении современных

средств контроля на базе единого информационного пространства.

Структура системы экомониторинга Москвы включает два

уровня.

Нижний уровень системы включает:

• федеральные, городские и ведомственные подсистемы

специали

зированных мониторингов (мониторинг атмосферы, поверхностных

вод,

здоровья населения, радиологический мониторинг, мониторинг

санитар

ной очистки территории города, мониторинг недр и подземных вод,

почв,

зеленых насаждений, акустический мониторинг,

градостроительный мо

ниторинг);

• территориальные центры сбора и обработки данных,

созданные на

базе территориальных отделений Москомприроды.

Эти подсистемы обеспечивают сбор полной и по возможности

качественной информации о состоянии окружающей среды на всей

территории города. В локальных центрах проводятся также анализ

информации и ее отбор для передачи на верхний уровень.

Территориальные центры обеспечивают сбор информации по

источникам антропогенного загрязнения на территории

административных округов и используют данные

территориальных подразделений федеральных служб и городских

хозяйственных организаций.

Верхний уровень системы экомониторинга составляет

информационно-аналитический центр. В задачи верхнего уровня

системы входят:

• оперативная оценка экологической ситуации в городе;

• расчет интегральных оценок экологической ситуации;

• прогноз развития, экологической обстановки;

• подготовка проектов управляющих воздействий и оценка

последствий

принимаемых решений.

Очевидно, что информационная система экомониторинга

Москвы имеет ярко выраженный распределенный характер.

Поэтому она строится на основе распределенной информационной

сети.

Для эффективного использования накапливаемых данных

необходимы комплексная обработка и совершенные методы

моделирования и представления данных.

Геоинформационные системы являются оптимальным

средством для представления и анализа пространственно-

распределенных экологических данных.

Подсистема специализированных мониторингов охватывает ряд

организаций (Москомзем, НПО "Радон", НИиПИ Генплана),

имеющих

253

инструментальные пакеты ГИС. Другие организации

(Мослесопарк, МГЦСЭН) подобного программного обеспечения не

имеют. Интеграция данных в единую систему происходит двумя

путями:

• на основе конвертирования форматов данных в единый для

всей

системы формат;

• на основе выбора единого программного обеспечения ГИС.

Программный комплекс, разрабатываемый АО "Прима",

обеспечивая решение задач территориальных отделений

Москомприроды или комитетов по охране природы крупных и

средних городов, выполняет следующие функции:

• формирование и ведение баз экологической информации по

терри

ториям, предприятиям, средам (воздух, вода, почва);

• ведение базы данных нормативно-законодательных

документов в

области экологии;

• ведение базы данных нормативов содержания загрязняющих

ве

ществ в воздухе, воде, почве и продуктах питания;

• ведение базы данных приборов экологического контроля.

Кроме ведения баз данных предусмотрены работы по

моделированию и получению тематических карт. В частности, в

системе производятся следующие виды расчетов: расчет платежей

за использование природных ресурсов и расчет полей

концентрации загрязняющих веществ в атмосфере, воде и почве.

Система экологического мониторинга предусматривает обмен

данными между его участниками. Поэтому одним из главных

требований, предъявляемых к программному обеспечению всех

подсистем, является возможность конвертирования файлов данных

в стандартные форматы (dbf для файлов баз данных и DXF для

графических файлов).

При создании системы экомониторинга Москвы

использовалась единая система координат для всех подразделений

экомониторинга. Все геоинформационные (включая

экологические) данные должны иметь единую координатную

привязку, и тогда при обмене информацией в цифровом виде не

возникает никаких проблем.

Масштабы карт, на которых работают разные подсистемы

экомониторинга, могут быть различными: от 1 : 2 000 для

территориальных отделений Москомприроды до 1 : 38 000 для

верхнего уровня системы.

В организации экомониторинга Москвы геоинформационные

технологии составляют основу, поскольку они обеспечивают

решение задач экологического мониторинга Москвы.

254

8.5. Методы

дистанционного

зондирования и

ГИС

Развитие доступных на коммерческой основе космических

снимков, получаемых потребителем практически в режиме

реального времени, обеспечивает развитие новых областей

применения ГИС. Появление доступных по стоимости

технических средств цифровой обработки для ГИС, глобальных

систем позиционирования (GPS), рабочих станций, лаптопов

привело к тесному сближению технологий дистанционного зон-

дирования и ГИС.

Использование телекоммуникационных систем типа Internet

существенно ускорило и упростило процессы интеграции и обмена

данных.

Основные средства и технологии дистанционного

зондирования были созданы в соответствии с тремя программами ':

программой по международным метеорологическим ИСЗ NOAA

(США) I960 г., программой LANDSAT (США) 1972 г., программой

SPOT (Франция) 1984 г. Развитие этих программ создало

возможность коммерческого применения данных, в том числе для

ГИС-пользователей. Ввод информации для задач ГИС

осуществляется комплексно: поданным дистанционного зон-

дирования, со снимков спутников, аэроснимков, по материалам де-

шифрирования снимков, полевым измерениям, по информации с

карт.

Из традиционных технологий следует отметить программное

обеспечение для ГИС, которое может расширяться на основе уже

имеющихся пакетов для решения фотограмметрических и

картографических задач. Например, фирма Оптон (ФРГ)

первоначально создала универсальную систему программного

обеспечения "Фокус" (Phocus).

В дальнейшем этот пакет уже рассматривается от фирмы Карл

Цейсе, Оберкохен, как программное средство сбора и обработки

фотограмметрических и картографических данных для ГИС. В

системе для крупно-и среднемасштабных карт почти решена

проблема автоматической генерализации зданий и транспортных

сетей

В модульной системе CHANGE, интегрированной в "Фокус",

решена задача генерализации атрибутивных данных. В ней же

решена задача обнаружения участков, требующих перемещения

объектов, выделения места для текста и обозначения горизонталей

и т.п.

Фредерик В. Гедерсон. Дистанционное зондирование

Земли для ГИС // ГИС - Обозрение. - Лето, 1995. - С. 48 - 51.

255

В США разрабатываются программы дистанционного

зондирования высокого разрешения.

Помимо программного обеспечения международные

организации располагают в Internet собранные ими данные, в

частности космические снимки, дважды в сутки представляют в

Internet обновляемые изображения поверхности Земли с

метеорологических спутников. Для облегчения доступа к

информационным материалам в Internet созданы каталоги ГИС-

ресурсов, которые содержат ряд указателей.

Разведка месторождений нефти и газа проводится в разных

системах. Такие возможности предоставляет рассмотренный выше

пакет ER Mapper. В частности, при интерпретации данных

трехмерной сейсмики используются такие средства пакета, как

"солнечное освещение" в реальном времени и кодирование цветом.

Включение этих функций в алгоритмы обработки сейсмических

данных позволяет выделять различные особенности строения

подземного массива.

Сейсмические данные могут объединяться с данными

аэрофотосъемки и космическими снимками для получения карт

предполагаемых залежей нефти и газа. Использование радаров с

синтезированной ап-пертурой (SAR) позволяет получить данные о

геологической и иной структуре местности.

Проблему прогноза и оценки последствий стихийных бедствий

можно решать с применением ГИС-технологий. Современная

техника обработки космических снимков обеспечивает решение

таких задач, как предсказание наводнений, штормовые

предупреждения и оценка разрушений; обнаружение и

сопровождение циклонов; контроль лесных пожаров и др.

Например, автоматизированный сравнительный анализ снимков

Landset за длительные промежутки времени позволяет выявить

опасные изменения ландшафта, которые могут привести к

возникновению оползней и наводнений.

С помощью ГИС-технологий, основанных на методах

дистанционного зондирования, проводится разведка полезных

ископаемых .

Так, используя пакет ER Mapper для обработки

многозональных снимков, можно находить участки повышенной

минерализации почв и другие объекты, представляющие интерес

при поиске полезных ископаемых.

Основными методами обработки изображений, применяемыми

в геологии, являются: анализ спектральных характеристик,

выделение лине-амен, визуальный анализ однополосных и

многозональных снимков, выделение геохимических аномалий, а

также анализ спектральных отношений. Например, аэроснимки в

24 полосах спектра могут применяться для поиска золотоносных

участков.

256

Результаты интерпретации данных, а также различные

комментарии и заголовки могут быть нанесены непосредственно

на растровое изображение снимка совместно с данными из

произвольных геоинформационных систем и баз данных. Можно

также объединять растровые данные различной природы,

например снимки Landset TM можно комбинировать с данными

аэромагнитной съемки, результатами радиометрических

измерений и другими данными.

8.6. ГИС для решения экономических

задач

Применение ГИС в бизнесе

Технология геоинформационных систем быстро проникает в

сферу бизнеса. Согласно GIS STRATEGIES, ежеквартальному

обзору мирового рынка ГИС американской компании Dataquest и

журнала GIS World, проникновение ГИС в бизнес происходит

быстрее, чем в большинство других областей их применения.

Объемы продаж ГИС-продуктов для бизнеса в 1990 г. составляли

10 млн долл. США, а к 1997 г., судя по прогнозам аналитиков, они

достигнут 200 млн долл.

О повышенном интересе бизнесменов к этой мощной

современной технологии свидетельствует регулярное проведение

ряда конференций и выставок. Так, на третьей ежегодной

конференции "ГИС в бизнесе" (GIS in Business) в июне 1994 г. в

Сан-Франциско (штат Калифорния, США) собралось более трех

тысяч бизнесменов.

Кроме того, в 1994 г. прошли конференции:

• африканская "GIS in Business" в Йоханнесбурге (Южно-

Африкан

ская Республика);

• европейская "GIS in Business" в 1994 г. в Амстердаме

(Нидерлан

ды) и в 1995 г. в Мадриде (Испания);

• мировая "GIS in Real Estate" (ГИС в операциях с

недвижимостью)

в Форт-Коллинсе (штат Колорадо, США);

• для поддержки принятия решений "Decision Support - 2001" в

То

ронто (пров.Онтарио, Канада), а также ряд других.

В США выходит специальный журнал "Business Geographies",

приложение к GIS World, посвященный описанию базовых

принципов ГИС и приложениям этой технологии в бизнесе. В

западной печати все чаще встречается новое понятие

геомаркетинг (geomarketing), связывающее в неразрывное целое

бизнес и геоинформационные технологии.

257

Сформулируем преимущества ГИС перед другими информа-

ционными технологиями:

• наличие набора средств создания и объединения баз данных;

• обеспечение географического анализа и наглядной

визуализации

БД в виде различных карт, графиков, диаграмм;

• возможность прямой привязки друг к другу в режиме Hot Link

всех

атрибутивных и графических данных.

Сфера применения ГИС в бизнесе охватывает разные области:

• анализ и отслеживание текущего состояния и тенденций

измене

ния рынка;

• планирование деловой активности;

• оптимальный выбор местоположения новых филиалов фирмы

или

банка, торговых точек, складов, производственных мощностей;

• поддержка принятия решений;

• выбор кратчайших или наиболее безопасных маршрутов

перево

зок и путей распределения продукции;

• анализ риска материальных вложений и урегулирование

разногласий;

• демографические исследования, проводимые в целях

определения

спроса на продукцию;

• географическая привязка баз данных о земле- и домовладении.

В разных странах ГИС находят применение в бизнесе.

С помощью ГИС, например, бизнесмены Великобритании

открывают новые супермаркеты, бензоколонки и станции

техобслуживания автомобилей, а также на основе

демографического анализа и моделирования развивают сеть столь

популярных в этой стране пивных баров-пабов;

В Южной Африке ГИС применяются при: оптовой и розничной

продаже автомобилей; рассылке и разноске почты и другой

корреспонденции, в том числе рекламной в соответствии с

индивидуальными потребностями, профессиональными

интересами и доходами каждого занесенного в базу данных

жителя; оптовых поставках бакалейных товаров; создании

информационной системы с адресной и картографической

привязкой по коммерческим компаниям и фирмам с объемами про-

даж более 50 тыс.долл.

В Испании ГИС используются крупными банками для

разработки планов развития и координации деятельности

региональных центров по обслуживанию вкладчиков.

Во Франции пользователями ГИС являются, например,

автомобильные компании Citroen, Renault и Peugeot, активно

внедряющие картографию в свою повседневную деятельность.

Региональный центр IBM-

258