Геоинформационные системы (ГИС)

Оптимальным для компьютерной инвентаризации почвенного покрова выглядит использование технологий географических информационных систем (ГИС). Несмотря на почти 40-летний период развития ГИС, до сих пор нет устоявшегося единого терминологического аппарата. Существует около 40 различных определений этого термина предложенных отечественными и зарубежными специалистами. Наиболее простым определением является предложенное специалистами сайта www.gis.ru.: « Географическая информационная система (ГИС) - современная компьютерная технология для картографирования и анализа объектов реального мира, происходящих и прогнозируемых событий и явлений».

Почвенный институт предлагает иную формулировку «...ГИС – компьютерная база пространственно – координированных данных, сопряжённых со специальным программным обеспечением и техническими средствами, обеспечивающими возможности их ввода, хранения и анализа...»

ГИС - это не только и не столько информационные системы для географии, а информационные системы с географически организованной информацией.

В простейшем варианте геоинформационные системы - это сочетание обычных баз данных (атрибутивной информации) с электронными картами, то есть мощными графическими средствами. Основная идея ГИС - связь данных на карте и в обычной базе данных. Но ГИС - это и аналитические средства для работы с любой координатно-привязанной информацией. В принципе, ГИС можно рассматривать как некое расширение концепции баз данных. В этом смысле ГИС, фактически, представляет собой новый уровень и способ интеграции и структурирования информации.

В окружающем нас мире большая часть информации относится к объектам, для которых важную роль играет их пространственное положение, форма и взаиморасположение. Поэтому ГИС во многих применениях значительно расширяют возможности обычных систем управления базами данных (СУБД), как минимум, предоставляя дополнительные удобства пользования и наглядность, как бы картографический интерфейс для организации запроса к базе данных ("Что это?") и средства генерации "картографического отчета" ("Где это находится?"). Но ГИС придает обычным СУБД и совершенно новую функциональность, использующую пространственные взаимоотношения между объектами ("Что рядом?", "Какой путь короче?", "С какими объектами связан или граничит данный объект?", "Какие объекты пересекаются (накладываются), и в какой мере?") (RadeloffV., HillJ., MehlW, 2000).

ГИС предлагает совершенно новый путь развития картографии.

Преодолеваются основные недостатки обычных карт - их статичность и ограниченная емкость как носителя информации. В последние десятилетия бумажные карты из-за перегруженности информацией становятся нечитабельными. ГИС же обеспечивает управление визуализацией информации. Появляется возможность выводить (на экран, на твердую копию) только те объекты или их множества, которые интересуют нас в данный момент. Фактически осуществляется переход от сложных комплексных карт к серии взаимоувязанных частных карт. При этом улучшается структурированность информации, а следовательно повышается эффективность ее обработки и анализа.

В ГИС карта оживает и становится действительно динамическим объектом в смысле:

- изменяемости масштаба; - преобразования картографических проекций;

- варьирования объектным составом карты (что выводится);

- возможности "опрашивать" через карту в режиме реального времени многочисленные базы данных;

- изменения способа отображения объектов (цвет, тип линии и т.п.); в том числе и определения символогии через значения атрибутов, то есть синхронизировать визуализацию с изменениями в базах данных;

- легкости внесения любых изменений.

Наиболее простой пример использования ГИС - различные информационно-справочные, кадастровые системы. Наглядное представление быстро меняющейся информации позволяет реализовать так называемые "дежурные карты". Мощнейшие средства пространственного анализа помогают создавать системы поддержки принятия решений и моделировать природные и техногенные процессы.

Геоинформационные технологии в настоящий момент широко используются как во многих научных дисциплинах (география, астрономия, физика, геология, биология и т.д.), так и в практике хозяйственной деятельности (в строительстве, медицине, военном деле, проектных организациях, обороне и др.).

Геоинформационные системы наиболее естественно отображают пространственные данные. ГИС объединяет традиционные операции при работе с базами данных - запрос и статистический анализ - с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эта особенность дает уникальные возможности для применения ГИС в решении широкого спектра задач, связанных с анализом явлений и событий, прогнозированием их вероятных последствий, планированием стратегических решений. Данные в геоинформационных системах хранятся в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе их географического положения. Этот гибкий подход и возможность геоинформационных систем работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных, эффективен при решении любых задач, касающихся пространственной информации.

Геоинформационные системы тесно связаны с другими информационными системами и используют их данные для анализа объектов.

ГИС отличают:

- развитые аналитические функции;

- возможность управлять большими объемами данных;

- инструменты для ввода, обработки и отображения пространственных данных.

Ключевые преимущества геоинформационных систем:

1) удобное для пользователя отображение пространственных данных. Картографирование пространственных данных, в том числе в трехмерном измерении, наиболее удобно для восприятия, что упрощает построение запросов и их последующий анализ;

2) интеграция данных внутри организации. Геоинформационные системы объединяют данные, накопленные в различных подразделениях компании или даже в разных областях деятельности организаций целого региона. Коллективное использование накопленных данных и их интеграция в единый информационный массив дает существенные конкурентные преимущества и повышает эффективность эксплуатации геоинформационных систем.

3) принятие обоснованных решений. Автоматизация процесса анализа и построения отчетов о любых явлениях, связанных с пространственными данными, помогает ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений;

4) удобное средство для создания карт. Геоинформационные системы оптимизируют процесс расшифровки данных космических и аэросъемок и используют уже созданные планы местности, схемы, чертежи. ГИС существенно экономят временные ресурсы, автоматизируя процесс работы с картами, и создают трехмерные модели местности.

Составляющие геоинформационных систем:

- аппаратные средства;

- программное обеспечение. Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации;

- данные. Данные могут быть представлены в виде готовых карт с требуемыми тематическими слоями, либо в виде снимков космической и аэрофотосъемки и пр.

Операции, осуществляемые ГИС:

1) ввод данных. В геоинформационных системах автоматизирован процесс создания цифровых карт, что кардинально сокращает сроки технологического цикла;

2) управление данными. Геоинформационные системы хранят пространственные и атрибутивные данные для их дальнейшего анализа и обработки;

3) запрос и анализ данных. Геоинформационные системы выполняют запросы о свойствах объектов, расположенных на карте, и автоматизируют процесс сложного анализа, сопоставляя множество параметров для получения сведений или прогнозирования явлений;

4) визуализация данных. Удобное представление данных непосредственно влияет на качество и скорость их анализа. Пространственные данные в геоинформационных системах предстают в виде интерактивных карт. Отчеты о состоянии объектов могут быть построены в виде графиков, диаграмм, трехмерных изображений (Савин, 1998).