Вибір програми обробки ГІС. Програмне забезпечення ГІС Географічні інформаційні системи Тверський державний університет. Кафедра картографії та геоекології. Види програмного забезпечення ГІС
С.С. Смирнов(Південний НДІ морського рибного господарства та океанографії)
При створенні геоінформаційної системи (ГІС) неминучою є проблема вибору програмного забезпечення.
Відомі програмні продуктипровідних світових компаній-розробників програмного забезпечення ГІС при всіх перевагах мають один істотний недолік високою вартістю, що становить тисячі і десятки тисяч доларів. В даний час на ринку геоінформатики з'являється дедалі більше недорогих або безкоштовних, але при цьому якісних розробок.
Це заслуга організації Open Geospatial Consortium (OGC, http://www.opengeospatial.org), що об'єднує 339 компаній, державних і наукових установ. Основні цілі, які ставить перед собою OGC, - розробка загальнодоступних стандартів, форматів даних та специфікацій, що використовуються в геоінформаційних технологіях, а також повсюдне впровадження цих технологій у різних галузях.
Сервер геоінформаційної бази даних
У тому випадку, якщо у створюваній ГІС планується задіяти не тільки набір файлів (наприклад, Shape-файли та растрові зображення), але й використовувати інформацію, що зберігається в базі даних, то, швидше за все, не обійтися без сервера геоінформаційної бази даних (geodatabase), який може забезпечити одночасну роботу для групи користувачів в режимі «клієнт-сервер».
У цьому випадку можна порадити MySQL Server(http://www.mysql.com). MySQL не поступається за основними показниками таким визнаним СУБД як Oracle та Microsoft SQL, при цьому дана СУБДвідноситься до розряду систем з відкритим кодомі є безкоштовною для некомерційного використання, що, безумовно, вигідно відрізняє її від вищезазначеного дорогого програмного забезпечення. Починаючи з версії 4.1 MySQL була введена підтримка просторових типів даних (Spatial extensions).
Програмний сервер СУБД MySQL функціонує в середовищі Windows, Керування процесом здійснюється за допомогою команд, що вводяться з консолі (рис. 1). Адміністрування СУБД стає зручнішим при використанні програмного забезпечення з графічним інтерфейсом (рис. 2), яке можна безкоштовно завантажити з сайту MySQL.
До серверів геоінформаційних баз даних також належить СУБД
PostgreSQL(http://www.postgresql.org). Як і MySQL, ця СУБД підтримує просторові типи даних (розширення PostGIS) і безкоштовна.
Програмне забезпечення ГІС
Переходячи до розгляду програмного забезпечення для ГІС-клієнтів, що взаємодіють із вищезгаданими СУБД, можна запропонувати дві нові та досить перспективні програми: Viewportі KOSMO, які в даний час доступні для завантаження з сайтів розробників зі статусом "Бета-версія" та "Release candidate" відповідно. Офіційний вихід першої версії цих програм планується в найближчі 2-3 міс. мультики
Viewport(розробник Texel corporation, http://www.viewportimaging.com/) багатофункціональне програмне забезпечення для роботи з просторовими даними, що підтримує 37 форматів файлів (ESRI Shape, MapInfo Vector File, ARC/INFO ASCII Grid, USGS DEM, EOSAT Fast Format, ERDAS Imagine, GIF, JPEG, TIFF та ін.) та 9 джерел даних (ArcSDE, Informix Datablade, MySQL, PostgreSQL, Oracle Spatial, ODBC RDBMS, Web Mapping Service та ін.).
Простий і зручний інтерфейс, вибір картографічної проекції, можливість створення SQL-запитів з подальшим відображенням їх результатів на карті, маса змінних параметрів графічних об'єктів (змінна прозорість, багато видів штрихування/заливки, вказівка товщини та типу лінії тощо), експорт у різні Формати все це робить програму дуже привабливою для використання.
 Мал. 3. Екранна копія Viewport |
Вартість однієї ліцензії 99,95 дол., проте, можливо, що для некомерційних (non-profit) установ ліцензії надаватимуться безкоштовно. В даний час з сайту розробника можна скачати безкоштовну бета-версію програми.
KOSMO(розробник SAIG, http://www.saig.es/en) є повноцінною ГІС, що надається абсолютно безкоштовно. Ця програмає результатом об'єднання власних розробок компанії SAIG та низки проектів із «відкритим кодом» (JUMP, JTS, GeoTools та ін.).
KOSMO дозволяє підключатися до геоінформаційних баз даних (Oracle Spatial, MySQL, PostgreSQL-PostGIS), має великий набор інструментів для роботи з векторними даними, підтримує найбільш поширені формати растрових даних (TIFF, GeoTIFF, ECW, MrSid та ін.), має хороший редакторстилів та конструктор запитів, має здатність розширення функціональності за рахунок підключення додаткових модулів, і все це лише невелика частина можливостей програми.
 Мал. 4. Екранна копія KOSMO |
Крім того, можливий вибір мови інтерфейсу. Крім англійської, іспанської та португальської мов, скоро буде доступний і російська, оскільки автор цієї статті в даний час працює над перекладом інтерфейсу програми на російську мову.
ГІС KOSMO розроблена в середовищі Java, тому рекомендується завантажувати дистрибутив, до якого вже включені модулі JRE та JAI.
У ситуації, коли не потрібно розробляти складну ГІС, а необхідно лише відобразити наявні картографічні дані, можна порекомендувати безкоштовні ГІС-в'юери: Christine GIS Viewer (
Програма(program, routine) – послідовність команд та даних до них, які призначені для управління конкретними компонентами системи обробки даних з метою реалізації певного алгоритму.
Програмне забезпечення(ПО, software) – сукупність програм системи та програмних документів, необхідні під час експлуатації цих програм. Розрізняють системне та прикладне програмне забезпечення.
Системне ПЗ(system software) включає програми, необхідні узгодження роботи всього обчислювального комплексу під час вирішення різних завдань, і навіть розробки нових програм.
Прикладне ПЗ(application software) розробляється і використовується на вирішення конкретних завдань користувачів ЕОМ.
Щоб охарактеризувати ГІС-продукцію, виділимо наступні її категорії:
- Спеціалізоване програмне забезпечення;
- Комплексні системи, що включають всі види забезпечення (методичне, програмне, технічне та ін), властиві розвиненим інформаційним системам;
– геоінформаційні бази даних різного призначення на носіях цифрової інформації;
– аеро- та космічні знімки, тематичні карти та зображення, текстові звіти.
Якщо говорити про спеціалізоване програмне забезпечення, то в даній категорії ГІС-продуктів виділяється кілька класів, що відрізняються за своїми функціональними можливостями та технологічними етапами обробки інформації:
- Інструментальні ГІС;
- ГІС-в'ювери;
- засоби обробки даних дистанційного зондування;
– засоби просторового моделювання;
- Довідково-картографічні системи.
Інструментальні ГІС- це в найбільшій кількостівипадків самодостатні пакети, які включають такий набір функцій, що покриває всі стадії технологічного циклу: введення - обробка - аналіз - виведення результатів. Найпотужніші представники цього класу називаються "full GIS" (повнофункціональна ГІС). Вони забезпечують:
– двосторонній зв'язок між картографічними об'єктами та записами табличної бази даних;
- Управління візуалізацією об'єктів;
– роботу з точковими, лінійними та майданними об'єктами;
– введення карток з дігітайзера та їх редагування;
- Підтримку топологічних взаємовідносин між об'єктами та перевірку за їх допомогою геометричної коректності карти (замкнутість майданних об'єктів, зв'язність, прилягання);
- Підтримку декількох картографічних проекцій;
– геометричні виміри на карті (довжина, периметр, площа);
- Побудова буферних зон навколо об'єктів;
- Оверлейні операції (накладання різних майданних об'єктів);
- Створення власної симвології (нові типи маркерних знаків, типів ліній, типів штрихування);
- створення додаткових елементівоформлення картки (підписи, рамки, легенди);
– підготовка та виведення високоякісних твердих копій;
– вирішення транспортних завдань (найкоротший шлях на графі тощо);
– роботу із цифровою моделлю рельєфу;
- Обробку даних зйомки місцевості;
Найбільш відомими представниками цього класу є:
ARC/INFO , провідний програмний продукт ESRI – високорівнева ГІС-система повним наборомзасобів геообробки, включаючи збір даних (растровий та векторний формат), їх інтеграцію, зберігання, автоматичну обробку, редагування, створення та підтримку топології, просторовий аналіз, роботу з регулярною та нерегулярною моделями, зв'язок із SQL DBMS, пряма взаємодія з SDE, візуалізацію та створення твердих копій будь-якої картографічної інформації. Працює на UNIX робочих станціях і PC з Windows NT. До базовому пакетусистеми ARC/INFO можна додатково придбати ряд модулів розширення, які надають користувачам багато нових можливостей роботи з геоданими.
Також не менш відомими представниками цього класу є:
- Лінія пакетів компанії Intergraph (MGE-PC), США;
- Пакет AutoCAD Map компанії Autodesk;
- SMALLWORLD (SmallWorld System, Великобританія);
- MapInfo (MapInfo Corporation, США);
- SPANS від TYDAC;
- GEO-SQL фірми Generation 5.
ГІС-в'ювери- це недорогі (порівняно з full GIS), полегшені пакети з обмеженою можливістю редагування даних, призначений в основному для візуалізації та виконання запитів до баз даних (у тому числі графічних), підготовлених серед інструментальних ГІС. Більшість із них дозволяють оформити та викреслити карту. Як правило, всі розробники повнофункціональних ГІС пропонують і ГІС-в'ювери, наприклад:
WinCAT (Siemens Nixdorf, Німеччина): програмний продукт фірми Siemens Nixdorf - геоінформаційна система орієнтована на інтеграцію та аналіз графічних та семантичних баз даних з обмеженими можливостями введення та редагування. Працює в операційних системах Windows.
Засоби обробки даних дистанційного зондуванняпризначаються для попередньо обробки матеріалів, отриманих в результаті аеро- та космічних зйомок земної поверхні. Основні етапи обробки:
1 Попередній (геометрична та яскрава корекції, складання мозаїки з декількох знімків);
2 Тематичний – класифікація, побудова цифрової моделі рельєфу (ЦМР), автоматичне виділення (розпізнавання, дешифрування) об'єктів.
Для користувача ГІС основна обробка - це проблемна, пов'язана з дешифруванням знімків. Дешифрування, у свою чергу, поділяється на об'єктне та тематичне. Об'єктне включає контурне дешифрування (максимально точне проведення контурів та меж об'єктів: земельних ділянок, сільгоспугідь, контурів будівель, полотна шосейної дороги тощо) та ідентифікацію (пізнання та виділення конкретних об'єктів). У тематичному дешифруванні акцент робиться не так і не тільки на точне відмальовування меж об'єкта, скільки на правильне його наповнення тематичним змістом (наприклад, яка товщина нафтової плівки на водній поверхні). Одним із представників цього класу продуктів є графічний редактор ERDAS Imagine:
ERDAS Imagine : растровий графічний редактор та програмний продукт, спочатку розроблений компанією ERDAS Inc., та призначений для обробки даних дистанційного зондування (в основному даних ДЗЗ). Продукт призначений до роботи з растровими даними. Він дозволяє обробляти, виводити на екран монітора і готувати для подальшої обробки програмних додаткахГІС та САПР різні картографічні зображення. ERDAS Imagine може також працювати в режимі інструментального засобу, що дозволяє здійснювати численні перетворення растрових картографічних зображень і одночасно здатного забезпечити їх географічною інформацією.
Засоби просторового моделюванняпризначені на вирішення завдань моделювання просторово-розподілених параметрів. До цих завдань слід зарахувати:
- Опрацювання результатів польових вимірювань;
- Побудова 3-мірної моделі рельєфу;
- Побудова моделей гідрографічної мережі та визначення ділянок затоплення;
- Розрахунок перенесення забруднення і т.д.
Прикладом засобу просторового моделювання є: - лінія продуктів фірми Eagle Point, США; Лінія продуктів фірми SOFTDESK, США.
Довідково-картографічні системи. Це закриті (відносно формату та адаптації) оболонки, що містять простий механізм запитів та відображення. Користувач зазвичай позбавлений можливості зміни даних.
МІНЕСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ
РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
СОЧИНСЬКИЙ ІНСТИТУТ
державної освітньої установи
вищої професійної освіти
«РОСІЙСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ДРУЖБИ НАРОДІВ»
КАФЕДРА ФІЗІОЛОГІЇ
РЕФЕРАТ З ГІС
НА ТЕМУ «ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ГІС»
Виконав:
студент 2 курсу ОФО
групи Р-13 Сафронов Є.А.
(Підпис)
Науковий керівник:
ас. _________ Васильківська О.В.
(Підпис)
Сочі, 2015р
Програмні засоби географічних інформаційних систем.
1. Загальна характеристика
Програмні засоби ГІС є сукупністю більшою чи меншою мірою інтегрованих програмних модулів, що забезпечують реалізацію основних функцій ГІС. Загалом можна виділити шість базових модулів:
1) введення та верифікації даних,
2) зберігання та маніпулювання даними,
3) перетворення систем координат та трансформації картографічних проекцій,
4) аналізу та моделювання,
5) виведення та подання даних,
6) взаємодії з користувачем.
Враховуючи широкий спектр і дуже специфічні особливості функцій, що реалізуються, програмне забезпечення геоінформаційних систем в даний час становить частину світового ринку програмного забезпечення. Відомо досить велику кількість комерційних пакетів програмного забезпечення ГІС, що дозволяють виконувати розробку геоінформаційних систем із певними функціональними можливостями для конкретних територій. Кількість таких ГІС-пакетів вимірюється багатьма десятками. Однак, якщо говорити про найбільш відомі комерційні ГІС-пакети, що широко застосовуються, то їх кількість може бути обмежена десятьма-п'ятнадцятьма.
За підсумками досліджень фірми PC GIS Company Datatech (США), що займається аналізом світового ринку ГІС, перше місце в рейтингу програмних ГІС продуктів останніми роками займає пакет MAPINFO, розроблений Mapping Information Systems Corporation (США) і має близько 150 000 користувачів по всьому світу. До найпопулярніших також відносяться ГІС-пакет ARC/INFO, розроблений Каліфорнійським інститутом досліджень природного середовища (ESRI), та пакет географічного аналізу та обробки зображень IDRISI, створений в Університеті Кларка (США). Широку популярність мають пакети ATLAS*GIS фірми Strategic Mapping Inc. (США)MGE фірми INTERGRAPH (США), SPANS MAP/SPANS GIS Фірми Tydac Technologies Corp. (США), ILWIS, розроблений у Міжнародному інституті аерофотозйомки та наук про Землю (Нідерланди) SMALLWORLD GIS фірми Smallworld Mapping Inc. (Великобританія) SYSTEM 9 фірми Prime Computer-Wild Leitz (США), SICAD фірми Siemens Nixdorf (Німеччина). Видається необхідним назвати також ГІС пакет GEOGRAPH/GEODRAW, розроблений у Центрі геоінформаційних досліджень Інституту географії Російської Академії наук, який за підсумками досліджень, проведених у 1994 році в Росії, посідав третє місце в рейтингу програмних ГІС продуктів, а також WINGIS австрійської фірми PROGIS. п'яту позицію у цьому рейтингу. Безперечний інтерес для досліджень навколишнього середовища представляє ГІС пакет PC-RASTER, розроблений на географічному факультеті університету міста Утрехта (Нідерланди), що має розвинені аналітичні можливості.
2. Інтерфейс користувача ГІС
Залежно від типу та призначення ГІС середовище управління (інтерфейс користувача) зазвичай має кілька рівнів. ГІС виготовляє "інформаційні вироби" - списки, карти - які пізніше використовуються для прийняття рішення різними категоріями користувачів. Кінцевий користувач у більшості випадків може не взаємодіяти із системою безпосередньо. Наприклад, муніципальна система звітів здійснює інвентаризаційні списки, які використовуються комітетами для вироблення рішень щодо різних господарських заходів. Керівники комітетів не знають нічого щодо організації муніципальної системи, маючи лише концептуальне розуміння про те, яка інформація знаходиться у ГІС та її функціональних здібностях. Однак менеджер системи повинен мати докладне уявлення про те, яка інформація знаходиться у базі даних та які функції може виконувати ГІС. Системний аналітик чи програміст повинен мати ще докладніше розуміння функціональних здібностей конкретної прикладної ГІС. Кінцевий користувач взаємодіє з системою зазвичай через спеціального оператора, що видає інформацію як за стандартними, так і за індивідуальними запитами.
Ступінь складності спілкування користувача і ГІС визначається насамперед ступенем опрацювання структури бази даних, правильністю ідентифікації об'єктів, що знаходяться в базі даних, і наявністю перехресних посилань між різними групами об'єктів. Отримання будь-якої інформації з бази даних здійснюється в більшості випадків за допомогою спеціальних запитів, що формуються явним та неявним чином. Неявні запити зазвичай вже програмно реалізовані та закладені у різні функціональні блоки системи фірмою-виробником програмного забезпечення. Наприклад, натискання курсором миші на просторовий об'єкт, відображений на екрані, ініціалізує алгоритм пошуку "за місцем розташування" пов'язаної з цим об'єктом атрибутивної інформації. Явний запит пишеться користувачем (системним програмістом ГІС) за допомогою спеціальної мови програмування (зазвичай SQL, іноді спеціально розроблена для даної системи мова) текстовому редакторіАле останнім часом набули поширення діалогові вікна формування запитів. Такі запити можуть зберігатися у спеціальній бібліотеці та запускатися за необхідності.
Запити можуть значно відрізнятися за своїм призначенням і алгоритмами, що виконуються в ході їх реалізації. Простий запит даних здійснюється із зазначенням конкретних ідентифікаторів об'єктів або точного розташуванняі часто супроводжується вказівкою
Конкретні значення уточнюючих параметрів. Інші запити здійснюють пошук об'єктів, які відповідають більш складним вимогам. Є кілька різних типів пошукових запитів:
1. "Де об'єкт X?". Тут можуть задаватися як точні атрибутивні характеристики об'єкта, що шуканого, так і певний діапазон цих характеристик. У деяких випадках може задаватися радіус та сектор пошуку щодо центральної точки, іноді буферна зона іншого об'єкта.
2. "Що це об'єкт?". Об'єкт ідентифікований ("обраний") за допомогою діалогового пристрою - миші або курсору. Система повертає ознаки об'єкта, наприклад, вуличну адресу, ім'я власника, продуктивність нафтової свердловини, висоту над рівнем моря і
3. "Сумувати ознаки об'єктів у межах відстані Х або всередині/зовні певної зони". Комбінування двох попередніх запитів та статистичних операцій. "Який найкращий маршрут?". Визначення оптимального маршруту за різними критеріями (мінімальна вартість, мінімальна стороння дія, максимальна швидкість) між цими двома та більше точками.
5. Використання відносин між об'єктами, наприклад, пошук нижчележачих елементів або визначення крутості ухилу для цифрових моделейрельєфу.
Для більшості програм ГІС система повинна працювати в режимі реального часу: максимальний час, дозволений для відповіді-кілька секунд. При досить частих зверненнях до системи на перше місце висуваються вже чисто ергономічні вимоги до інтерфейсу користувача - меню та піктограми мають бути віддані перевагам текстовим командам, які стомлюються при наборі. Є кілька типів інтерфейсів користувача:
1. Команда, яку користувач набирає в командному рядку, наприклад С >. Користувач повинен стежити за певним системою синтаксисом команд, використовуючи точну запис та правила пунктуації. Однак у деяких ГІС таких команд може бути понад 1000, дуже незручно для недосвідчених користувачів. Інтерактивна допомога може скоротити потребу у знанні всіх правил та синтаксису, особливо для команд, що рідко використовуються.
2. Меню. Користувач вибирає пункт меню, який відповідає за виконання певної функції. Пункт меню представляє вибір, який є єдино можливим у цей час. Наслідки вибору можуть бути відображені у спеціальному списку біля кожного пункту. Однак, складні системи меню стомлюють при їх постійному використанні та не забезпечують гнучкість команд.
3. Піктографічне меню. Ця форма меню використовує символічні зображення для доступності сенсу команд та спрощення управління. Користувач керує системою, використовуючи піктограми для виконання функцій, що найбільш часто зустрічаються, і звичайне меню для інших. Багато користувачів краще сприймають символічні системи та швидше освоюють ГІС.
4. Вікна. Інтерфейс ГІС має використовувати переваги характеру просторових даних. Є два природні способи доступу до просторових даних - через просторові об'єкти та через їх ознаки. Сучасні складні системи використовують кілька вікон для окремого виведення текстових і графічних даних. Вікна дозволяють одночасно виводити на екран кілька видів однієї карти, наприклад, у повному охопленні та у збільшеному зображенні.
5. Національна мова інтерфейсу. Очевидні переваги використання національної мови в системах меню та інтерактивної допомоги виявляються негайно. Різко зростає як швидкість освоєння системи, і повнота використання її функціональних можливостей. Більшість виробників програмного забезпечення ГІС в даний час просувають на іншомовні національні ринки (стандарт - англійська) "адаптовані" версії своїх продуктів.
Багато оболонок ГІС поєднують кілька підходів до організації середовища управління системою, створюючи комбінований інтерфейс як зі звичайним меню, що випадає, так і з набором блоків піктографічних меню. Іноді додатково використовується та командна строка, причому розпізнавання багатьох команд здійснюється за їх скороченим виглядом (перші два-три символи).
Розвиток апаратного забезпечення визначає розвиток інших типів інтерфейсу. Сенсорні дисплеї дозволять користувачеві вибирати об'єкт або віддавати команди простим дотиком пальця або спеціального покажчика до певної області екрана. Для деяких типів прикладних ГІС, що працюють з великомасштабними моделями рельєфу, можливе впровадження технологій "віртуальної реальності" при моделюванні земної поверхні і просторових об'єктів, що знаходяться на ній: будівель, дерев і т.д.
Програмне забезпечення ГІС Існує деяка плутанина з терміном ГІС. Цим словом зазвичай використовують для позначення наступних категорій: - спеціалізоване програмне забезпечення; - Комплексні системи, що включають всі види забезпечення (методичне, програмне, технічне та ін), властиві розвиненим інформаційним системам; - геоінформаційні бази даних різного призначення на носіях цифрової інформації; а іноді і аеро- та космічні знімки, тематичні карти та зображення, текстові звіти.
Розглянемо докладніше категорію "спеціалізоване програмне забезпечення".
Грунтуючись на даних "Асоціації розвитку ринку геоінформаційних технологій та послуг" можна виділити кілька класів програмного забезпечення, що різниться за своїми функціональними можливостями та технологічними етапами обробки інформації: - інструментальні ГІС; - ГІС-в'ювери; - Засоби обробки даних дистанційного зондування; - Векторизатори растрових картографічних зображень; - Засоби просторового моделювання; - Довідково-картографічні системи.
Інструментальні ГІС Це найбільше випадків самодостатній пакет, що включає такий набір функціоналу, який покриває всі стадії технологічного ланцюжка: введення - обробка-аналіз - виведення результатів. Найпотужніші представники цього класу називаються "full GIS" (повнофункціональна ГІС).
Найбільш відомими представниками цього класу є: - Лінія пакетів ARC/INFO компанії ESRI, США (ARC/INFO, PC ARC/INFO, ArcCAD); - Лінія пакетів компанії Intergraph, США; - SMALLWORLD (SmallWorld System, Великобританія); - MapInfo (MapInfo Corporation, США).
ГІС-в'ювери Це недорогі (порівняно з full GIS), полегшені пакети, з обмеженою можливістю редагування даних, призначені в основному для візуалізації та виконання запитів до баз даних (у тому числі графічних), підготовлених серед інструментальних ГІС. Більшість із них дозволяють оформити та викреслити карту. Як правило, всі розробники повнофункціональних ГІС пропонують і ГІС-в'ювери: ArcView1 і 2 (ESRI, США), WinCAT (Simens Nixdorf, Німеччина).
Засоби обробки даних дистанційного зондування Матеріали, одержувані в результаті аеро- та космічних зйомок, вимагають великої попередньої обробки, яка виробляється за допомогою продуктів цього класу.
Основні етапи обробки - попередній (геометрична та яскрава корекції, складання мозаїки з декількох знімків); - тематичний – класифікація, побудова цифрової моделі рельєфу (ЦМР), автоматичне виділення (розпізнавання, дешифрування) об'єктів.
Для користувача ГІС основна обробка - це проблемна, пов'язана з дешифруванням знімків. Найвідоміші представники: ERDAS Imagine, ER Mapper, серія продуктів Intergraph, TNT Mips.
Векторизатори растрових зображень Цей клас продуктів пов'язаний із введенням картографічних даних. Оскільки основна аналітична робота в ГІС-пакетах реалізується на векторній моделі даних, існує велика група завдань з обробки відсканованих растрових картографічних зображень. Векторизатори – це ГІС-аналоги найпопулярнішого сімейства OCR (FineReader, CuneiForm). У цьому вся класі продуктів спостерігається бум у Російських розробників. Західні рішення дуже дорогі і базуються виключно на UNIX-машинах. Вітчизняні розробники пропонують понад 15 різних пакетів, що функціонують на різних платформах і ефективності використання не поступаються закордонним аналогам.
Серед них відзначимо: - SpotLight, Vectory (Consistent Software, Росія); - Easy Trace (Easy Trace Group, Росія); - MapEdit (АТ "Резидент", Росія); - AutoVEC(IBS, Росія).
Засоби просторового моделювання Ці кошти призначені на вирішення завдань моделювання просторово-розподілених параметрів. До цих завдань слід віднести: - Опрацювання результатів польових вимірювань; - Побудова 3-мірної моделі рельєфу; - побудова моделей гідрографічної мережі та визначення ділянок затоплення; - Розрахунок перенесення забруднення і т.д. Представники: - Лінія продуктів фірми Eagle Point, США; - Лінія продуктів фірми SOFTDESK, США.
Довідково-картографічні системи Це закриті (відносно формату та адаптації) оболонки, що містять простий механізм запитів та відображення. Користувач зазвичай позбавлений можливості зміни даних. Представники цього класу ГІС-пакетів відомі широкому колу комп'ютерного загалу. Багато хто користувався або бачив електронну карту Москви, що розійшлася багатотисячним тиражем завдяки системам СІТІ (ЕРМА Інтернешнл), Модель Москви (або МОМ, Nhsoft), M-CITY (ТОВ "Макроплан"). Наразі підготовлені карти Московської області, Санкт-Петербурга, Калінінграда, Уфи, Росії.
Звичайно, ця класифікація "не таблиця Менделєєва" в ГІС. Деякі пакети підпадають під кілька класів, інші призначені для вирішення вузькоспеціальних завдань (дослідження, гідрогеологія тощо).
5. Перспективи Дослідження ринку ГІС-технологій виходить за межі цієї статті. Тому обмежуся тим, що в короткій формі перерахую факти, які дозволяють зробити висновок, що ГІС-технології стоять на порозі масового застосування. Вже розпочалося ознайомлення широких мас з елементами геоінформаційних технологій. Так, ГІС-модулями оснащуються широко розповсюджені офісні пакети (Excel, Lotus 1-2-3, CorelDRAW!). Нова модель notebook фірми DELL (потім та інших виробників) буде в стандартній конфігурації забезпечуватись приймачем GPS, а значить, і програмами відображення розташування на карті. Цього року розпочнеться серія запусків американських комерційних супутників високого дозволу. Протягом найближчих 10 років планується запустити щонайменше 99 (!) систем такого типу. Узагальнені характеристики одержуваних матеріалів: цифрова знімальна апаратура з роздільною здатністю вже у перших апаратів 3 м в панхроматичному і 15 м в 4-зональному режимі зйомки, а в майбутньому - 0,85 м і краще; час отримання інформації споживачем планується мати не гірше 48 годинника з моменту зйомки, а в деяких системах цей час буде близько 15 хвилин; точність прив'язки може бути доведена до 10 см, тобто до точності, достатньої для складання карт масштабу 1:2000 - 1:5000; повторюваність цих зйомок близько 24 годин; За цінами ці знімки будуть конкурувати з аерофотозйомкою. Така доступність високоточних знімків дуже нагадує епізод з фільму "Ігри патріотів" з Харісоном Фордом. У штабі ЦРУ за допомогою супутникових систем, як кажуть, прямому ефіріспостерігають за операцією зі знищення групи терористів, яка проводиться на іншому континенті.
Чи ми готові до такої відкритості? Вкотре перед нами дилема: або йти в ногу з усім цивілізованим світом, або нічого не змінювати в наших режимах (зараз заборонені російські космічні зйомки з роздільною здатністю краще 4 м) і зводити нову залізну завісу.
6. Глобальна Система Позиціонування - GPS Аж до 90-х років нашого століття не було створено жодної універсальної навігаційної системи, позбавленої серйозних недоліків. І лише з появою Глобальної Системи Позиціонування (GPS) відбулися кардинальні зміни у цій галузі. Ядро цієї складної технічної системи, що синтезувала величезну кількість найважливіших наукових та технологічних досягнень сучасної цивілізації, становлять 24 космічні супутники. GPS справді виправдовує свою назву глобальної системи.
У будь-якій точці на Землі та в навколоземному просторі, у будь-який час доби вона забезпечує вирішення будь-яких завдань, що потребують визначення місцезнаходження та параметрів руху.
США створили систему GPS, Витративши 12 млрд. дол., і сьогодні підтримують її у працездатному стані за допомогою спеціальних наземних станцій стеження, що забезпечують регулярне визначення параметрів руху супутників та корекцію бортової інформації про власні орбіти. Безперервно передаючи радіосигнали, космічні супутники створюють навколо земної кулі "інформаційне поле". Сигнали вловлюються спеціальними GPS-приймачами, які обчислюють місцезнаходження своєї антени. Ця функція завжди первинна в будь-якій системі, що базується на GPS. В основу концепції GPS покладено супутникову далекометрію. Це означає, що ми визначаємо координати, що займає нами позиції шляхом вимірювання дальностей до кількох космічних супутників. У цьому супутники грають роль прецизійних опорних точок. У теперішній моментексплуатується супутникова навігаційна система (СНР) NAVSTAR, розгорнута Міністерством оборони США та введена в експлуатацію у 1988 році. Усі приймачі, що приймають сигнали СНР NAVSTAR, прийнято називати GPS-приймачами. Незважаючи на те, що експлуатацію цієї СНР, включаючи мережу контрольних станцій, веде МО США, нею дозволено користуватися безкоштовно всім цивільним організаціям, але лише з обмеженням точності визначення координат (так званий селективний доступ). Це забезпечується шляхом зашумлення радіонавігаційного сигналу, що використовується для вимірювань. Для точних вимірів використовується спеціальний диференціальний метод. На Російському ринку різними державними та численними комерційними організаціями пропонуються GPS обладнання більшості західних виробників: Ashtech Inc. (США), Geotronics AB (Швеція), Leica AG (Швейцарія), Magellan (CША), Sercel (Франція), Trimble Navigation Ltd. (США).
Технологія GPS Положення об'єкта на землі обчислюється за виміряною відстанню до космічного супутника. Для визначення положення об'єкта необхідно мати результати трьох вимірів. Відстань до супутника визначається шляхом вимірювання часу проходження радіосигналу від супутника до антени приймача GPS. Апаратура супутників і приймачі генерують однакові псевдовипадкові коди в ті самі моменти часу. Час проходження сигналу супутника визначається за затримкою прийнятого коду щодо такого ж коду, сформованого приймачем. Основою точного виміру відстані до супутників є прецизійний відлік часу, що виконується на супутниках завдяки використанню атомного годинника. Приймачі ж не потребують прецизійного годинника, оскільки помилки виміру компенсуються додатковими тригонометричними розрахунками, для яких потрібен вимір дальності до четвертого супутника.
Області застосування GPS Число областей застосування GPS-засобів вражаюче велике. Їх можна систематизувати за змістом основних завдань. Практично всі види GPS-приймачів забезпечують: - Визначення трьох поточних координат (довгота, широта і висота над рівнем моря); - Визначення трьох складових швидкості об'єкта; - Визначення точного часу з точністю не менше 0,1 с; - Обчислення істинного колійного кута об'єкта; - прийом та обробку допоміжної інформації.
Ці завдання є основними. Відмінності у класах приймачів починаються там, де виявляються специфічні вимоги, пов'язані з сферою застосування. Навігація рухомих об'єктів. Розташування об'єкта визначається з точністю до кількох десятків метрів. Це дуже висока точність більшості завдань навігації. Крім звичайного використання на кораблях, літаках і космічних апаратах GPS-засоби зараз застосовують у системах стеження за пересуванням високоцінних вантажів, наприклад, інкасаторських машин (що вже реалізовано для одного великого російського банку). Вимір Землі та її поверхні. Землевпорядні завдання, прив'язка та координування будівельних проектів, картографія, дистанційне зондування, геофізика, геологія та ін. Найбільш потужні засоби геодезичного призначення являють собою не окремі приймачі, а цілі вимірювально-обчислювальні комплекси. Вони мають і лінії радіозв'язку, і зовнішні комп'ютери, і програми постпроцесорної обробки. Тут точність вимірів може сягати часток сантиметра. Інформаційно-вимірювальні системи. Будуються на основі поєднання можливостей GPS та інших технічних засобів, що дозволяє отримати нові якості у вирішенні старих завдань.
При сучасній технології виробництва інтегральних схем GPS-приймачі незабаром стануть настільки мініатюрними та дешевими, що їх зможе носити з собою кожна людина, а значить, визначати у будь-який час, де вона знаходиться і як звідси вибратися. GPS-приймач стане новим "побутовим приладом", таким самим звичним, як телефон. GPS дозволяє "привласнити" унікальну адресу буквально кожному квадратному метру поверхні Землі, а це означає, що в найближчому майбутньому ми перестанемо губитися і метатися в пошуках потрібного об'єкта.
7. Дистанційне зондування
Поряд з традиційною картографічною інформацією дані дистанційного зондування (ДЗ) складають інформаційну основу ГІС-технологій, і чим далі, тим більше це джерело інформації домінує над традиційними картами. Етап "початкового накопичення", що черпає дані з фондів існуючих паперових карт, у досить близькій історичній перспективі закінчиться. І далі постане на все зростання проблема оновлення карт у ГІС.
Під дистанційним зондуванням розуміються дослідження неконтактним способом, різноманітних зйомки з літальних апаратів - атмосферних і космічних, у яких виходить зображення земної поверхні у якомусь діапазоні (діапазонах) електромагнітного спектра.
Які бувають методи зйомок? Зазвичай виділяють космічні та аерозйомки. Насправді, з погляду кінцевого користувача, між ними великої та принципової відмінності немає. Так, це зйомки з різних літальних апаратів та з різних висот. Але й самі методи зйомки, і основи пристроїв знімальних камер сьогодні можуть бути схожими і для космічних, і для аерозйомок. Уявлення про різку відмінність космічних та аерозйомок народилося тоді, коли з'явилися перші доступні знімки з космосу. Вони були дрібномасштабними, захоплювали одним кадром цілі регіони (що справді неможливо зробити за допомогою аерозйомки), часто були багатозональними (що було тоді мало звично, хоч і можливо, для аерозйомки), нарешті, саме через космічні знімки систем LANDSAT TM та LANDSAT MSS широкі кола фахівців вперше познайомилися із цифровими ("сканерними") знімками. Так, такі космічні дрібномасштабні зйомки є унікальними, оскільки дозволяють охопити поглядом цілий регіон і виявити такі узагальнені особливості, які при спробі відтворення їх по дрібних фрагментах просто вислизають від вивчення. Космічних знімків високого дозволу наші, та й закордонні масові споживачі практично не знали - про них тільки говорили як про легенду. Все з обох боків було суто військове. Щодо космічних знімків зауважимо ще, що основний обсяг космічних знімків сьогодні і тим більше завтра – це знімки з ШСЗ (штучних супутників землі), а не з пілотованих апаратів.
За методом реєстрації зображення можна поділити на аналогові та цифрові. Аналогові системи – сьогодні практично лише фотографічні системи. Системи з телевізійною реєстрацією існують, але крім деяких спеціальних випадків їх роль мізерно мала. У фотографічних системах все відбувається приблизно так само, як і у звичайному фотоапараті: зображення фіксується на плівку, яка після приземлення літального апарата або спеціальної капсули, що спускається, проявляється і сканується для використання в комп'ютерних технологіях. Серед цифрових систем зйомки можна виділити сканерні, тобто системи з лінійно розташованим набором світлочутливих елементів і деякою системою розгортки, часто оптико механічної зображення на цю лінійку. Все більшого поширення набувають також системи з плоскими двовимірними масивами світлочутливих елементів. І хоча в останньому випадку ніякої реальної розгортки зображення, як у сканері, не відбувається, такі цифрові системи іноді за традицією теж називають сканерами. Існують ще радіолокаційні системи, дуже влаштовані. Сирі дані, що отримується з радара, ще далеко не зображення; його треба відновлювати з допомогою складної обробки, специфічної конкретного типу радара. Відповідне програмне забезпечення, як правило, не поширюється на ринку, а є власністю власника та розробника знімальної системи.
Радар - особливе джерело даних. На відміну від інших, радар – активний сенсор. Він сам "висвітлює" ділянку, що знімається, тому час доби для радарних зйомок ролі не грає. Усі цифрові системи зйомки мають перевагу перед фотографічними щодо оперативності даних. Адже у разі космічних зйомок вони передаються на Землю по радіоканалу, і не треба чекати, поки апарат витратить весь запас плівки (а це може бути багато тисяч кадрів) і на Землю буде скинута капсула, що спускається, плівка в ній буде проявлена і відсканована. Донедавна було, однак, загальновизнано, що цифрові системи поступаються фотографічним щодо роздільної здатності зображення - сьогодні це вже не зовсім так.
Розглянемо деякі питання етапу кодування програмного забезпечення.
Програма (program, routine) – послідовність команд та даних до них, які призначені керувати конкретними компонентами системи обробки даних з реалізації певного алгоритму.
Програмне забезпечення (ПО, software) – сукупність програм системи та програмних документів, необхідні під час експлуатації цих програм. Розрізняють системне та прикладне програмне забезпечення.
Системне ПЗ (system software) включає програми, необхідні узгодження роботи всього обчислювального комплексу під час вирішення різних завдань, і навіть розробки нових програм.
Прикладне програмне забезпечення (application software) розробляється і використовується для вирішення конкретних завдань користувачів ЕОМ.
ПО ГІС (GIS software) підтримує той чи інший набір функціональних можливостейГІС та включає спеціалізовані програмні засоби, такі як:
Універсальні повнофункціональні ГІС (full GIS);
Інструментальні ГІС (GIS software tools);
Картографічні візуалізатори (map viewer);
Картографічні браузери (map browser);
Засоби настільного картографування (desktop mapping);
Інформаційно-довідкові системи (help-desk system).
Крім того, існують спеціальні програмні засоби, які обслуговують окремі функціональні групи:
Конвертування форматів;
Оцифрування;
Векторизацію;
Створення та обробку цифрових моделей рельєфу;
Взаємодія із системами супутникового позиціонування.
Комплект постачання програмного забезпечення ГІС може включати окремі функціональні модулі, що придбаваються та використовуються в наборі, що забезпечує вирішення завдань.
У комплексі з ПЗ ГІС використовуються такі програмні продукти як:
Настільні видавничі пакети (Adobe Page Maker, Quark Xpress, Adobe InDesign);
Пакети статистичного аналізу (Statistica);
Системи керування базами даних (MS Access, Oracle, DBase);
Системи автоматизованого проектування (AutoCAD);
електронні таблиці (MS Excel);
Засоби цифрової обробки зображень (Adobe Photoshop).
ПЗ для розробки ГІС можна розділити на три групи:
1. Системи з широкими можливостями, включаючи введення даних, зберігання, складні запити, просторовий аналіз, виведення даних. Такі системи мають власні мови програмування, що дозволяють розширювати цю системуфункціями користувачів (ArcInfo). Розробку такої системи можна порівняти із розробкою звичайних програм під конкретну операційну систему. Тільки у разі у ролі операційної системи виступатиме інструментальна ГІС, а ролі програми – нові функції розробників, якими ця ГІС буде доповнено.
2. Програмні компоненти чи бібліотеки, які містять у собі ряд корисних функцій(MapObjects, GeoConstructor). Використовуючи ці функції та програмне забезпечення з третьої групи, розробники можуть створити нову системуяка функціонуватиме в операційній системі, під яку вона розроблялася.
3. Середовища розробки ПЗ різними мовами програмування (C++, Basic, Delphi). Використовуючи їх, розробник може частину роботи в новій системі перекласти на програмні компоненти та бібліотеки з другої групи, а може створити нову систему без залучення додаткових допоміжних засобів.
Програмні забезпечення ГІС діляться п'ять основних використовуваних класів. Перший найбільш функціонально повний клас програмного забезпечення – це інструментальні ГІС. Вони можуть бути призначені для найрізноманітніших завдань: для організації введення інформації (як картографічної, так і атрибутивної), її зберігання (у тому числі і розподіленого, що підтримує) мережеву роботу), відпрацювання складних інформаційних запитів, вирішення просторових аналітичних завдань (коридори, оточення, мережеві завдання та ін.), побудови похідних карт та схем (оверлейні операції) та, нарешті, для підготовки до висновку на твердий носій оригінал-макетів картографічної та схематичної продукції . Як правило, інструментальні ГІС підтримують роботу як з растровими, так і з векторними зображеннями, мають вбудовану базу даних для цифрової основи та атрибутивної інформації або підтримують для зберігання атрибутивної інформації одну з поширених баз даних: Paradox, Access, Oracle та ін. продукти мають системи run time, що дозволяють оптимізувати необхідні функціональні можливості під конкретне завдання та здешевити тиражування створених з їх допомогою довідкових систем. Другий важливий клас - так звані ГІС-в'ювери, тобто програмні продукти, що забезпечують користування створеними за допомогою інструментальних ГІС баз даних. Як правило, ГІС-в'ювери надають користувачеві (якщо надають взагалі) вкрай обмежені можливості поповнення баз даних. Всі ГІС-в'ювери включають інструментарій запитів до баз даних, які виконують операції позиціювання та зумування картографічних зображень. Природно, в'ювери завжди входять складовою середні та великі проекти, дозволяючи заощадити витрати на створення частини робочих місць, не наділених правами поповнення бази даних. Третій клас – це довідкові картографічні системи (СКС). Вони поєднують у собі зберігання та більшість можливих видів візуалізації просторово розподіленої інформації, містять механізми запитів щодо картографічної та атрибутивної інформації, але при цьому суттєво обмежують можливості користувача щодо доповнення вбудованих баз даних. Їхнє оновлення (актуалізація) носить циклічний характер і проводиться зазвичай постачальником СКС за додаткову плату. Четвертий клас програмного забезпечення – засоби просторового моделювання. Їхнє завдання – моделювати просторовий розподіл різних параметрів (рельєфу, зон екологічного забруднення, ділянок затоплення при будівництві гребель та інші). Вони спираються кошти роботи з матричними даними і забезпечуються розвиненими засобами візуалізації. Типовою є наявність інструментарію, що дозволяє проводити найрізноманітніші обчислення над просторовими даними (складання, множення, обчислення похідних та інші операції).
П'ятий клас, на якому варто загострити увагу – це спеціальні засоби обробки та дешифрування даних зондувань землі. Сюди відносяться пакети обробки зображень, забезпечені залежно від ціни різним математичним апаратом, що дозволяє проводити операції зі сканованими або записаними у цифровій формі знімками поверхні землі. Це досить широкий набір операцій, починаючи з усіх видів корекцій (оптичної, геометричної) через географічну прив'язку знімків до обробки стереопар з видачею результату як актуалізованого топоплана. Окрім згаданих класів, існує ще різноманітні програмні засоби, що маніпулюють із просторовою інформацією. Це такі продукти, як засоби обробки польових геодезичних спостережень (пакети, що передбачають взаємодію з GPS-приймачами, електронними тахометрами, нівелірами та іншим автоматизованим геодезичним обладнанням), засоби навігації та ПЗ для вирішення ще вужчих предметних завдань (вишукування, екологія, гідрогеологія тощо) ). Природно, можливі й інші принципи класифікації програмного забезпечення: за сферами застосування, за вартістю, підтримкою певним типом (або типами) операційних систем, за обчислювальними платформами (ПК, робочі Unix-станції) тощо. Стрімке зростання кількості споживачів ГІС-технологій рахунок децентралізації витрачання бюджетних коштівта залучення до них все нових та нових предметних сфер їх використання. Якщо до середини 90-х основний зростання ринку був пов'язаний лише з великими проектами федерального рівня, то сьогодні головний потенціал переміщається у бік масового ринку. Це світова тенденція: за даними дослідницької фірми Daratech (США), світовий ринок ГІС для персональних комп'ютерівзараз у 121,5 рази випереджає загальне зростання ринку ГІС-рішень. Масовість ринку і конкуренція призводять до того, що споживачеві за ту ж чи меншу ціну пропонується дедалі якісніший товар. Так, для провідних постачальників інструментальних ГІС стало вже правилом постачання разом із системою та цифровою картографічною основою того регіону, де поширюється товар. Та й сама наведена класифікація ПЗ стала реальністю. Ще буквально два-три роки тому функції автоматизованої векторизації та довідкових систем можна було реалізувати лише за допомогою розвинених та дорогих інструментальних ГІС (Arc/Info, Intergraph). Прогресуюча тенденція до модульності систем дозволяє оптимізувати витрати для конкретного проекту. Сьогодні навіть пакети, які обслуговують будь-який технологічний етапнаприклад векторизатори, можна придбати як у повному, так і в скороченому наборі модулів, бібліотек символів і т.п. Вихід цілої низки вітчизняних розробок на "ринковий" рівень. Такі продукти, як GeoDraw/GeoGraph, Sinteks/Tri, GeoCAD, EasyTrace, мають не тільки значну кількість користувачів, але й мають уже всі атрибути ринкового оформлення та підтримки. У російській геоінформатиці є якась критична цифра працюючих інсталяцій - п'ятдесят. Як тільки ви її досягли, далі є тільки два шляхи: або різко вгору, нарощуючи кількість своїх користувачів, або - відхід з ринку через неможливість забезпечити необхідну підтримку та розвиток свого продукту. Цікаво, що всі згадані програми обслуговують нижній ціновий рівень; іншими словами, у них знайдено оптимальне співвідношення між ціною та натиском функціональних можливостей саме для російського ринку.