Геоинформационные системы

Изложены теоретические и практические основы появления, создания и использования геоинформационных систем (ГИС).

Показано, что ГИС является современной интегрированной информационной системой, наследующей свойства большинства информационных систем, работающих с пространственно -локализованной информацией. Развивая технологии этих систем, ГИС обеспечивает дополнительные возможности по обработке, анализу и использованию пространственно - временных данных.

Рассматриваются статистические, маркетинговые, экологические информационные системы как предшественники ГИС. Даются основы интеграции информационных систем и рассматривается ГИС как интегрированная система.

Излагаются теоретические положения ГИС и ГИС-технологий

Для пользователей и разработчиков подробно раскрывается главная особенность ГИС, позволяющая осуществлять глобальную интеграцию данных - математическая основа.

Понятие математической основы необходимо для разработчиков программного обеспечения ГИС, а для пользователей необходимо знать специфику картографических проекций и особенности выбора геодезических систем координат при решении практических задач.

Входной информацией в ГИС являются разные данные. Картографическая информация является основной унифицированной информацией, обрабатываемой в ГИС. Поэтому пользователям необходимо знать основные методы использования и правильного создания картографической информации в ГИС для работы с электронными картами или создания на основе ГИС технологий обычных карт. Эти вопросы также отражены в предлагаемом пособии. Материал подготовлен следующим образом: введение написано совместно, главы 1 - 7 написаны В.Я Цветковым, главы 8-9 написаны Л.М. Бугаевским.

Для студентов вызов, аспирантов, обучающихся по специальностям специальностям «Прикладная геодезия», «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами», «Аэрофотогеодезия»

Рецензенты проф д.т.н. Кулагин В.П. Заместитель директора ГосНИИ информационных технологий и телекоммуникаций.

Проф д.т.н. Матвеев С,И, Заведующий кафедрой геодезии и геоинформатики Московской академии железнодорожного транспорта.

Геоинформационные системы (ГИС) являются классом информационных систем, имеющим свои особенности. Они построены с учетом закономерностей геоинформатики и методов, применяемых в этой науке.ГИС как интегрированные информационные системы предназначены для решения различных задач науки и производства на основе использования пространственно - локализованных данных об объектах и явлениях природы и общества. Неразрывно с ГИС связаны геоинформационные технологии.Геоинформационные технологии можно определить как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации об окружающем мире. Геоинформационные технологии предназначены для повышения эффективности: процессов управления, хранения и представления информации, обработки и поддержки принятия решений [43].В книге дано краткое изложение особенностей ГИС, раскрывается их сущность и методы использования.Полное, на высокопрофессиональном научном уровне изложение всех основ создания и использования ГИС дано:по геодезической и математической основе в работе [5];по вопросам создания базовых карт и цифровых моделей, решения на их основе разнообразных задач и выполнения исследования по картам в работах [2 - 5, 7-11,13]по вопросам места ГИС среди технических систем, системного анализа, организации данных в ГИС, применения баз данных в ГИС в работах [20, 22-23,25, 29-30,40,44,45];по вопросам многоаспектного применения ГИС, по инструментальным системам, элементам топологии данных в ГИС, качества информации, циф-• рового моделирования в работах [25,29-35,40,46];по вопросам интеграции данных ГИС и систем обработки данных дистанционного зондирования в работах [20, 22,23, 30];по вопросам стандартизации и тестирования в работах [27, 28, 39, 47]по вопросам защиты информации в ГИС в работах [30,36,42,48].ГИС имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при изучении этих систем.Одна из особенностей ГИС и геоинформационных технологий состоит в том, что они являются элементами информатизации общества. Это заключается во внедрении ГИС и геоинформационных технологий в науку, производство, образование и применение в практической деятельности получаемой информации об окружающей реальности.Геоинформационные технологии являются новыми информационными технологиями, направленными на достижение различных целей, включая информатизацию производственно-управленческих процессов.Другой особенностью ГИС является то, что как информационные системы они являются результатом эволюции этих систем и поэтому включают в себя основы построения и функционирования информационных систем.ГИС как система включает множество взаимосвязанных элементов, каждый из которых связан прямо или косвенно с каждым другим элементом, а два любые подмножества этого множества не могут быть независимыми не нарушая целостность, единство системы.Автоматизированной информационной системой (АИС) называют организационно-техническую систему, использующую автоматизированные информационные технологии в целях обучения, информационно-аналитического обеспечения научно-инженерных работ и процессов управления [21]. В соответствии с данным определением ГИС попадает в класс автоматизированных информационных систем.Еще одной особенностью ГИС является то, что она является интегрированной информационной системой.Интегрированные системы построены на принципах интеграции технологий различных систем. Они зачастую применяются настолько в разных областях, что их название часто не определяет все их возможности и функции. По этой причине не следует связывать ГИС с решением задач только геодезии или географии. "Гео" в названии геоинформационных систем и технологий определяет объект исследований, а не предметную область использования этих систем.Необходимо рассмотреть место ГИС среди других автоматизированных систем, что требует дать краткую классификацию этих систем. Выбирая различные аспекты рассмотрения автоматизированных информационных систем можно дать различные их различные классификации.По принадлежности к конкретной предметной области можно подразделить информационные системы на три класса: технические, экономические, информационно-аналитическиеК техническим относят автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), системы автоматизированного проектирования (САПР), гибкие производственные системы (ГПС), робототехнические комплексы (РТК)идр.Информационно- аналитические автоматизированные системы включают: автоматизированные справочно-информационные системы (АСИС), базы данных (БД), экспертные системы (ЭС), статистические информационные системы (СтИС) и т.п.

Примером экономических систем могут служить автоматизированные системы управления (АСУ), бухгалтерские информационные системы (БУ-ИС), банковские информационные системы (БИС), биржевые информационные системы (БИС), маркетинговые информационные системы (МИС) и др.Особенностью ГИС как интегрированной системы является то, что она интегрирует технологии трех перечисленных выше классов систем: технических, информационно-аналитических и экономических. Следовательно, ГИС могут быть использованы как любая из этих систем.По аспекту применения АИС их подразделяют для разных уровней управления на:•АИС операционного управления (оперативное управление);•АИС для менеджеров среднего звена (тактическое управление);•АИС руководящего персонала (стратегическое управление).Как система управления ГИС применима на всех трех уровнях.В первой части книги описываются родственные с ГИС информационные системы, технологии которых используются в ГИС. В ней даются основы построения моделей данных и технологии организации данных в ГИС. Рассмотрены отдельные прикладные вопросы применения ГИС.Основными внутренними данными ГИС являются базовые цифровые карты и цифровые модели, теоретической основой которых являются положения и методы создания и использования их геодезической и математической основы, все элементы которых построены в единой геодезической системе координат, проекции, размерности и системе мер.При создании и использовании карт, являющихся базой построения данных ГИС, рассматривают и используют геодезическую систему координат и плоские прямоугольные координаты картографических проекций исходных материалов, геодезические координаты и проекции создаваемых базовых карт, на основе которых осуществляется построение цифровых моделей в ГИС и практически реализуются все задачи ГИС. Рассматривается и используется также плоская локальная система координат, связанная с системой координат проекций создаваемых карт и моделей ГИС, для построения единой системы условных знаков и пространственной локализации элементов геоинформационных систем, а также для ослабления искажений в ГИС из-за различных факторов (деформация бумаги, несовмещение красок, нечеткой настройки элементов компьютерной техники и т.п.).Эффективное использование ГИС для решения разнообразных пространственно - локализованных задач требует от пользователя достаточного объема знаний о геодезических системах координат, картографических прознаний о методах получения по карте различной информации, математических и других методов использования этой информации для решения пространственно -локализованных задач ГИС.Все основные положения создания и использования карт ГИС даны в последней части учебника.