Геоинформационые системы, их происхождение, назначение и функции

Министерство  транспорта РФ

ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей  сообщения»

 

 

 

 

Кафедра «Прикладная  математика»

 

 

 

 

Курсовая работа

«Геоинформационые системы, их происхождение, назначение и функции».

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 952 гр.

Сычугова  Надежда

Проверил: Макогонов С.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Хабаровск

2011г.

 

 

 

Содержание

 

 

 

  Введение 3

  1. Общая  характеристика ГИС 6

  2. Особенности  организации данных в ГИС 10

  3. Базовые  компоненты ГИС 19

  4. Технологии моделирования ГИС 26

  4.1. Цифровые модели рельефов 26

      4.2. Источники данных для формирования  ЦМР 27

      4.3.Интерполяции 27

   4.4. Технологии построения цифровых моделей рельефа 30

      4.5. Требования к точности выполнения  процессов  30

5. Прменение  ГИС в различных областях 31

6.Интеграция  информационных ресурсов на примере  нефтяной компании на основе  ГИС-технологий 35

7.Будущее ГИС 38

Заключение 41

Список литературы 42

 

 

 

 

   ВВЕДЕНИЕ

Информатизация коснулась  сегодня всех сторон жизни общества, и трудно, пожалуй, назвать какую-либо сферу человеческой деятельности - от начального школьного образования до высокой государственной политики, - где не ощущалось бы ее мощное воздействие. В науках о Земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС), причем слово "географические" обозначает в данном случае не столько "пространственность" или "территориальность", а скорее комплексность и системность исследовательского похода.

ГИС охватывают все пространственные уровни: глобальный, региональный, национальный, локальный, муниципальный, интегрируя разнообразную информацию о нашей планете: картографическую, данные дистанционного зондирования, статистику и переписи, кадастровые сведения, гидрометеорологические данные, материалы полевых экспедиционных наблюдений, результаты бурения и подводного зондирования.

В создании ГИС участвуют  международные организации (Организация  объединенных наций, Программа по окружающей среде, Продовольственная программа), правительственные учреждения, министерства и ведомства, картографические, геологические и земельные службы, статистические управления, частные фирмы, научно-исследовательские институты и университеты. На разработку ГИС ассигнуют значительные финансовые средства, в деле участвуют целые отрасли промышленности, создается разветвленная геоинформационная инфраструктура, сопряженная с телекоммуникационными сетями.

Во многих странах  образованы национальные и региональные органы, в задачи которых входит развитие ГИС и автоматизированного  картографирования, формирование государственной политики в области геоинформатики, национального планирования, сбора и распространения информации, включая и исследование правовых проблем, связанных с владением и передачей географической информации, с ее защитой. Федеральная программа России предусматривает создание цифровых и электронных карт масштабов 1 : 10 000 - 1 : 1 000 000 и банков данных для этих карт, разработку ГИС различного ранга и назначения (для органов государственного управления, для демаркации границ России, региональных ГИС по Северу, Байкалу, муниципальных, территориальных и отраслевых ГИС.

Повсеместность использования  ГИС привела к многообразию толкований самого понятия. В научной литературе бытуют десятки определений ГИС, в них отмечается, что ГИС - это  аппаратно-программный и одновременно человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества. Такая несколько тяжеловесная дефиниция верно отражает многие свойства ГИС, используемых в географии, геологии, экологии и других отраслях знания, но все же не является исчерпывающей. Попытка охватить в определении все функциональные, технологические и прикладные свойства ГИС неизбежно оборачивается неполнотой. Можно предложить несколько других толкований, характеризующих разные аспекты ГИС.

С научной точки зрения ГИС - это средство моделирования  и познания природных и социально-экономических  систем. В технологическом аспекте ГИС (ГИС-технология) предстает как средство сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной географической (геологической, экологической) информации. И наконец, с производственной точки зрения ГИС является комплексом аппаратных устройств и программных продуктов (ГИС-оболочек), предназначенных для обеспечения управления и принятия решений, причем важнейший элемент этого комплекса - автоматические картографические системы. Таким образом, ГИС может одновременно рассматриваться как инструмент научного исследования, технология и продукт ГИС-индустрии. Это достаточно типичная ситуация на современном уровне научно-технического прогресса, характеризующегося интеграцией науки и производства.

Целью данной работы является определение  основных характеристик, состава и функций, технологий моделирования ГИС, а также области применения геоинформационных систем.

 

1. Общая характеристика ГИС

Первые ГИС были созданы  в Канаде и США в середине 60-х  годов, а сейчас в промышленно  развитых странах существуют тысячи ГИС, используемых в экономике, политике, экологии, управлении ресурсами и охране природы, кадастре, науке и образовании.

Современные геоинформационные  системы (ГИС) представляют собой новый  тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих ранее существовавших автоматизированных систем (АС), с другой – обладают спецификой в организации и обработке данных. Практически это определяет ГИС как многоцелевые, многоаспектные системы.

На основе анализа  целей и задач различных ГИС, функционирующих в настоящее время, более точным следует считать определение ГИС как геоинформационных систем, а не как географических информационных систем. Это обусловлено и тем, что процент чисто географических данных в таких системах незначителен, технологии обработки данных имеют мало общего с традиционной обработкой географических данных и, наконец, географические данные служат лишь базой решения большого числа прикладных задач, цели которых далеки от географии.

Итак, ГИС – автоматизированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация.

В ГИС осуществляется комплексная обработка информации – от ее сбора до хранения, обновления и представления, в связи с этим следует рассмотреть ГИС с различных позиций.

Как системы управления ГИС предназначены для обеспечения  принятия решений по оптимальному управлению землями и ресурсами, городским  хозяйством, по управлению транспортом  и розничной торговлей, использованию океанов или других пространственных объектов. При этом для принятия решений в числе других всегда используют картографические данные.

В отличие от автоматизированных систем управления (АСУ) в ГИС появляется множество новых технологий пространственного анализа данных. В силу этого ГИС служат мощным средством преобразования и синтеза разнообразных данных для задач управления.

Как автоматизированные информационные системы ГИС объединяют ряд технологий или технологических  процессов известных информационных систем типа автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированных          справочно-информационных систем (АСИС) и др. Основу интеграции технологий ГИС составляют технологии САПР. Поскольку технологии САПР достаточно апробированы, это, с одной стороны, обеспечило качественно более высокий уровень развития ГИС, с другой – существенно упростило решение проблемы обмена данными и выбора систем технического обеспечения. Этим самым ГИС стали в один ряд с автоматизированными системами общего назначения типа САПР, АСНИ, АСИС.

Как геосистемы ГИС включают технологии (прежде всего технологии сбора информации) таких систем, как географические информационные системы, системы картографической информации (СКИ), автоматизированные системы картографирования (АСК), автоматизированные фотограмметрические системы (АФС), земельные информационные системы (ЗИС), автоматизированные кадастровые системы (АКС) и т.п.

Как системы, использующие базы данных, ГИС характеризуются широким набором данных, собираемых с помощью разных методов и технологий. При этом следует подчеркнуть, что они объединяют в себе как базы данных обычной (цифровой) информации, так и графические базы данных. В связи с большим значением экспертных задач, решаемых при помощи ГИС, возрастает роль экспертных систем, входящих в состав ГИС.

Как системы моделирования  ГИС используют максимальное количество методов и процессов моделирования, применяемых в других автоматизированных системах.

Как системы получения проектных решений ГИС во многом применяют методы автоматизированного проектирования и решают ряд специальных проектных задач, которые в типовом автоматизированном проектировании не встречаются.

Как системы представления  информации ГИС являются развитием автоматизированных систем документационного обеспечения (АСДО) с использованием современных технологий мультимедиа. Это определяет большую наглядность выходных данных ГИС по сравнению с обычными географическими картами. Технологии вывода данных позволяют оперативно получать визуальное представление картографической информации с различными нагрузками, переходить от одного масштаба к другому, получать атрибутивные данные в табличной или графовой форме.

Как интегрированные  системы ГИС являют собой пример объединения различных методов и технологий в единый комплекс, созданный при интеграции технологий на базе технологий САПР и интеграции данных на основе географической информации.

Как прикладные системы  ГИС не имеют себе равных по широте применения, так как используются на транспорте, в навигации, геологии, географии, военном деле, топографии, экономике, экологии и т.д. Благодаря широким возможностям ГИС на их основе интенсивно развивается тематическое картографирование.

Как системы массового пользования ГИС позволяют применять картографическую информацию на уровне деловой графики, что делает их доступными любому школьнику или бизнесмену, не только специалисту географу. Именно поэтому при принятии решений на основе ГИС-технологий не всегда создают карты, но всегда используют картографические данные.

Как уже говорилось, в  ГИС используются технологические  достижения и решения, применимые в  таких автоматизированных системах как АСНИ, САПР, АСИС, экспертных системах. Следовательно, моделирование в ГИС носит наиболее сложный характер по отношению к другим автоматизированным системам. Но с другой стороны, процессы моделирования в ГИС и в какой-либо из вышеприведенных АС весьма близки.

АСУ полностью интегрирована  в ГИС и может быть рассмотрена  как подмножество этой системы.

На уровне сбора информации технологии ГИС включают в себя отсутствующие в АСУ методы сбора пространственно-временных данных, технологии использования навигационных систем, технологии реального масштаба времени, и т.д.

На уровне хранения и моделирования дополнительно к обработке социально-экономических данных (как и в АСУ) технологии ГИС включают в себя набор технологий пространственного анализа, применение цифровых моделей и видеобаз данных, а также комплексный подход к принятию решений.

На уровне представления  ГИС дополняет технологии АСУ  применением интеллектуальной графики (представление картографических данных в виде карт, тематических карт или на уровне деловой графики), что делает ГИС более доступными и понятными по сравнению с АСУ для бизнесменов, работников управления, работников органов государственной власти и т.д.

Таким образом, в ГИС  принципиально решаются все задачи, выполняемые прежде в АСУ, но на более высоком уровне интеграции и объединения данных. Следовательно, ГИС можно рассматривать как новый современный вариант автоматизированных систем управления, использующих большее число данных и большее число методов анализа и принятия решений, причем в первую очередь использующих методы пространственного анализа (см. Рис. 1).

 

Рис. 1. Дополнительные возможности ГИС по сравнению с АСУ по основным уровням обработки данных

2. Особенности организации данных в ГИС

ГИС использует разнообразные  данные об объектах, характеристиках  земной поверхности, информацию о формах и связях между объектами, различные описательные сведения.

Для того чтобы полностью  отобразить геообъекты реального мира и все их свойства, понадобилась бы бесконечно большая база данных. Поэтому, используя приемы генерализации и абстракции, необходимо свести множество данных к конечному объему, легко поддающемуся анализу и управлению. Это достигается применением моделей, сохраняющих основные свойства объектов исследования и не содержащих второстепенных свойств. Поэтому первым этапом разработки ГИС или технологии ее применения является обоснование выбора моделей данных для создания информационной основы ГИС.

Выбор метода организации  данных в геоинформационной системе, и, в первую очередь, модели  данных,  т.е.  способа  цифрового  описания  пространственных  объектов, определяет многие функциональные возможности создаваемой ГИС и применимость тех или иных технологий ввода. От модели зависит как пространственная точность представления визуальной части информации, так и возможность получения  качественного  картографического  материала  и  организации  контроля  цифровых  карт.  От способа  организации  данных  в  ГИС  очень  сильно  зависит  производительность  системы,  например, при выполнении запроса к базе данных или рендеринге (визуализации) на экране монитора.