Геоинформационные системы (стр. 2 )

Как работает SDE. SDE представляет собой сервер пространственных данных, то есть продукт, предназначенный для расширения возможностей обыкновенной реляционной базы данных типа Oracle, Informix, Sybase, DB2 или SQL Server и позволяющий одновременно хранить в единой базе картографическую и атрибутивную информацию, делать пространственные запросы и первичный пространственный анализ. SDE не является в строгом смысле слова сервером, - он выступает в роли посредника между клиентом и реляционной СУБД (RDBMS).

Задача SDE - принять запрос клиента на выдачу пространственных данных, перевести запрос на понятный серверу язык SQL, согласовать клиентскую и серверную задачу и передать клиенту результат выполнения запроса в требуемом виде. Взаимодействие клиента и сервера можно продемонстрировать на примере определения площади участков земли, попавших в некоторую буферную зону вокруг рек:

·  клиент посылает запрос на сервер;

·  сервер отправляет векторную карту выбранных рек клиенту;

·  клиент строит буферные зоны вокруг выбранных рек и отправляет построенные зоны обратно на сервер;

·  сервер выбирает участки, которые попадают в указанные границы или пересекаются буферными зонами, и отправляет их клиенту;

·  клиент режет участки границами буферных зон, вычисляет площади образовашихся участков и выводит полученные объекты на экран.

Пространственные данные в SDE представляются слоями и хранятся как совокупность трех основных таблиц: бизнес-таблицы, в которой хранится атрибутивная информация, таблицы объектов, в которой размещаются координаты объектов, и таблицы пространственного индекса. Все они связаны по одному общему полю - идентификатору объекта. Каждый географический объект занимает одну строку в таблице: в бизнес-таблице - строка атрибутов, в таблице объектов - строка с координатами. Кроме того, в SDE существуют еще две вспомогательные таблицы - таблица слоев и таблица версии, в которых хранится информация о слоях. Пользователь напрямую может работать только с бизнес-таблицей. Все остальные таблицы являются служебными.

Ключевой в SDE является таблица пространственного индекса, позволяющая оперировать огромным объемом пространственных данных, быстро выполнять запросы и оперативно отображать требуемую информацию. Пространственный индекс представляется в виде регулярной сетки, в ячейках которой хранятся идентификаторы объектов, попадающих внутрь ячеек. Он организован таким образом, что позволяет быстро и эффективно производить поиск объектов, удовлетворяющих заданным пространственным критериям, без просмотра всех объектов слоя.

Обеспечение целостности данных при одновременном редактировании несколькими пользователями одного и того же слоя достигается при помощи пространственных блокировок.

Инструменты составления диаграмм и картирования. Средства этой категории дешевы и просты в использовании, но по некоторым функциональным возможностям могут быть вполне сравнимы с более сложными системами. Типичными примерами являются инструменты для электронных таблиц, например, Microsoft Map в Excel и Lotus Maps. Эти приложения дают возможность легко использовать функции тематического картирования (то есть отображения на карте информации из своей базы данных). Например, стратегия для Microsoft Map состоит в том, чтобы сделать приложение настолько легким в использовании, чтобы менеджер или руководитель не больше чем за десять минут научился изготовлять нужные карты. Кроме того, эти инструменты доступны любому пользователю электронных таблиц MS Excel и Lotus Maps.

Другой начальный инструмент - BusinessMap. Он предназначен для пользователей, у которых мало опыта работы с географическими технологиями, и для тех, кому нужно больше, чем просто тематическое картирование. BusinessMap работает с данными наиболее популярных электронных таблиц и баз данных и поддерживает такие возможности анализа в области бизнеса и управления, как, например, пространственные запросы, управление отображаемым составом карты, определение и связывание адресов.

К этой же категории относятся и вьюеры - средства просмотра цифровых карт. В качестве примера можно привести Geomedia Viewer от Intergraph или бесплатный ArcExplorer, позволяющий просматривать и запрашивать данные ArcInfo, ArcView и SDE (об этих продуктах - далее), в том числе и через Интернет.

Существенным фактором, ограничивающим широкое проникновение ГИС в деловые задачи, является трудность изучения программного обеспечения. Дабы устранить это препятствие, разработаны инструменты картирования и составления диаграмм, дающие обычному пользователю PC мощные средства географического анализа.

Настольные системы. В первой половине 1990-х годов рост производства ГИС был в немалой степени обусловлен усиленным использованием приложений второй категории - настольных ГИС. Вообще, современная настольная геоинформационная система предлагает полный набор средств для анализа и управления данными. Такие продукты, как ArcView GIS, Maplnfo, GeoMedia, GeoGraph/GeoDraw, сравнимы по функциональным возможностям с передовыми СУБД и, кроме того, предоставляют средства для анализа, интеграции и отображения пространственных данных. Программный пакет типа ArcView можно также использовать, чтобы привязать новые данные (например, с помощью спутниковой системы позиционирования); импортировать данные из других источников (например, картографические данные или информацию из корпоративной базы данных) или выполнять комплексные статистические и модельные исследования.

ArcView предоставляет средства выбора, просмотра и редактирования разнообразных геоданных, создания макетов карт с легендами, графиками и диаграммами, оцифровки карт с помощью дигитайзера, связывания объектов карты с атрибутивной информацией в режиме hot links (с видеокамерами, архивами изображений, звуковыми файлами и т. д.), адресного геокодирования, распечатки картографических материалов. ArcView напрямую работает со многими форматами данных, обеспечивает доступ к стандартным СУБД (Oracle, Ingres, Sybase, Informix), читает файлы форматов DXF и DWG, а также включает следующие функции: вызова удаленных процедур RPC (Unix), связи с другими приложениями через протокол DDE (Windows), подключения приложений на Visual Basic. Существуют версии ArcView GIS для операционных систем Windows 95/98, Windows NT и Unix. Возможности системы могут быть расширены путем подключения дополнительных специализированных модулей: Spatial Analyst (пространственный анализ), Network Analyst (сетевой анализ), Image Analyst (работа с аэрокосмическими снимками) и др. Выпущен целый ряд стандартных приложений ArcView GIS для инженерных изысканий, взаимодействия с GPS, SAP R3, представления данных в Интернете и т. д.

Прежняя роль ГИС как специального инструмента сменилась гораздо более широким набором ролей в самых разных сферах. Это обусловлено как развитием функциональных возможностей и применимости настольных инструментов, так и появлением новых типов программного обеспечения геоинформационных систем.

Полнофункциональные системы. Полнофункциональные пакеты - старейший класс средств для построения ГИС. Они использовались главным образом специалистами по геоинформатике (на рабочих станциях под управлением Unix) и были инструментом поддержки уникальных и специализированных исследований. Другими словами, такие ГИС были "вещью в себе": ими могли пользоваться лишь квалифицированные специалисты, понимающие и в программном обеспечении, и в принципах географии, и в проблемах конкретной прикладной области.

Сегодня положение изменилось. Hi-end-инструменты теперь не просто олицетворяют мощь геоинформатики, но и находят все большее применение. Здесь и географические серверы в Интернете, и инструмент сложного многофакторного пространственного анализа, и подготовка высококачественных бумажных карт.

Например, ГИС ArcInfo содержит полный набор средств геопространственной обработки, включая сбор данных, их интеграцию, хранение, автоматическую обработку, редактирование, создание и поддержку топологии, пространственный анализ, связь с СУБД, визуализацию и создание твердых копий любой картографической информации. Система работает как на рабочих станциях RISC-Unix, так и под управлением Windows NT. В дополнение к базовому набору ArcInfo имеется ряд модулей, расширяющих возможности обработки геоданных в различных областях применения.

Корпоративные системы. Отличительная черта ГИС для предприятия - распределение ее по всей организации, причем таким образом, что большое число сотрудников имеют доступ к части или ко всем функциям системы посредством технологии клиент-сервер. ГИС в рамках предприятия может быть реализована с использованием серверов пространственных данных типа Spatial Database Engine (SDE), работающих с клиентскими приложениями типа настольных приложений ArcView и ArcInfo. Благодаря достижениям в области технологий клиент-сервер и управления базами данных, решения ГИС для всего предприятия позволяют оперировать огромными объемами географических и атрибутивных данных (базы данных с десятками миллионов записей уже вполне обычны) и поставлять эти данные куда угодно в локальной или глобальной сети. Кроме того, поскольку серверы пространственных данных обычно реализованы в стандартных реляционных СУБД, они переносятся в большинство сред баз данных. Тем самым, инструменты, подобные SDE, могут использоваться, чтобы строить быстродействующие приложения, включать сложные функции геообработки в прикладные программы; поставлять прикладные программы на целом ряде платформ программного обеспечения и оборудования; увеличивать доступность географических данных; и, что может быть наиболее важно, интегрировать географические данные в существующие корпоративные системы управления базами данных.

Уже целый ряд крупных организаций установили корпоративные ГИС. В целом, эти приложения наиболее важны для фирм, которые управляют большими инфраструктурами или инженерными коммуникациями (например, сетями энергоснабжения), занимаются природными ресурсами (так, ведущие нефтяные компании используют ГИС, чтобы управлять изысканиями, производством и распределением ресурсов) или работают в сфере транспорта и перевозок.

К примеру, железнодорожная компания может использовать ГИС, чтобы всегда иметь точную информацию о маршрутах и географическом положении подвижного состава, своевременно обновлять техническую и строительную информацию, обеспечивать работу групп обслуживания, иметь полное представление об эксплуатационных параметрах и затратах на каждом участке пути. С помощью ГИС могут решаться такие задачи, как ведение информации о владельцах, транспортируемом грузе, конфигурации и классификации сетей железных дорог. Система поможет следить за коммуникационными и диспетчерскими узлами, железнодорожными переездами, техническим состоянием путей, состоянием и расположением транзитных вагонов и локомотивов, местами работ бригад и материально-техническим снабжением перевозок.

Перспективы. Набор инструментов ГИС продолжает множиться. В последние годы, благодаря массовому использованию изображений, полученных со спутников, в ГИС появились средства для работы с подобной информацией. Качество и разрешение изображений неуклонно приближаются к тем, что ранее были доступны только военным.

Интернет стал второй крупной областью, где совершенствуются возможности и инструменты геоинформационных технологий: представление, распространение и использование в интерактивном режиме географической информации. Теперь многим пользователям ГИС совсем не нужно иметь универсальное программное средство на своем персональном компьютере, достаточно лишь простого интерфейса стандартного браузера, позволяющего решать типовые задачи. В качестве примера можно привести менеджера, у которого попросту нет времени изучать еще одно программное средство, или "человека с улицы", желающего получить справку в информационном киоске на вокзале (тут обучение просто невозможно) либо через Интернет с домашнего компьютера. Та же технология работает и в локальных сетях, - здесь она обеспечивает удаленный доступ к корпоративным базам пространственных данных из любой точки земного шара. Кстати, в этом случае можно использовать и собственные возможности ГИС-пакетов, инсталлированных либо на сервере, либо как клиенты Интернет/интранет-приложений.

Все большую популярность приобретает и новое направление - "конструкторы" (средства разработчика) для встраивания географических функций в приложения пользователя, такие как MapObjects компании ESRI или "ГеоКонструктор" Центра геоинформационных исследований Института географии РАН. Хотя многие ГИС-пакеты имеют собственные средства настройки и макроязыки для адаптации под конкретные приложения, далеко не всегда возможности программы нужны в полном объеме (зачем тогда за них платить?). Кроме того, средства разработчика позволяют создавать системы с уникальным набором характеристик. Если программирование вам не чуждо, вы можете сами создать приложение на основе облегченной версии MapObjects () в среде Visual Basic, Delphi и им подобных. Делается это на удивление легко, благо приложено руководство, есть также и готовые данные, ну а что дальше - вам подскажет собственная фантазия.

ГИС для города. Цифровые данные и инструментарий. Общий объем данных о городе, накопленный БКТ, составляет около одного гигабайта. Основные заказчики и потребители информации - администрация города, городской комитет по земельным ресурсам, администрация порта, различные службы города и компании, обслуживающие коммуникации: электрические, газовые, телефонные сети. Службы и предприятия, которые владеют этими данными, постоянно их анализируют, обновляют и передают для некоммерческого использования другим муниципальным службам, что позволяет комплексно решать задачи развития и управления городской инфраструктурой. Основным методом получения цифровых пространственных данных является сканирование с твердых копий карт и планов масштабов от 1:500 до 1: их координатная привязка, векторизация и обработка с помощью ГИС Arc/Info, ERDAS Imagine, ArcView GIS с модулями Image Analyst, Spatial Analyst, 3D Analyst, векторизаторов EasyTrace и MapEdit. Данные хранятся и обрабатываются СУБД Oracle 7.3, интерфейс с ГИС поддерживается через SDE (Spatial Database Engine). Для обновления быстро меняющейся географической информации БКТ проводит геодезическую съемку с использованием GPS-приемников фирмы Trimble и электронных тахеометров (высокоточный угломерный прибор). Используются и другие доступные источники данных, например, снимок со спутника Spot прибрежной зоны Новороссийска очень пригодился при создании карт порта города.

Земельный кадастр. При создании и ведении земельного кадастра, представляющего собой перечень публично декларируемых прав на недвижимость, БКТ добилась значительного экономического эффекта. После проведения тотальной инвентаризации территорий населенных пунктов, как земель, имеющих максимальную ценность, были учтены их технические характеристики (площадь, геометрия участка), а также права собственности на них. Затем произведен учет расположенных на земельном участке объектов: строений и элементов инженерной инфраструктуры, а также их экономических характеристик для оптимизации взимания платежей.

Для обеспечения процедур учета БКТ разработана информационная система ZeTa, последняя модификация которой работает в архитектуре клиент-сервер с СУБД Oracle 7.3 и ArcView GIS 3.0. В настоящее время ZeTa выступает в качестве ядра муниципальной информационной системы и может применяться как для учета объектов недвижимости (земельные участки, здания, сооружения, квартиры, помещения нежилого фонда и др.), так и для решения задач управления городским хозяйством.

Обеспечение безопасности. Одной из областей применения ГИС в современном городе являются органы обеспечения безопасности, такие как милиция, пожарная охрана, скорая помощь, службы экологической безопасности и т. д. Задачи, решаемые этими службами, сходны в том, что требуют оперативного контроля за ситуацией в городе, быстрого поиска и пространственного анализа территории, управления оперативными подразделениями.

БКТ разработало для таганрогского штаба УВД приложение, позволяющее решать задачи:

·  оперативного плана города (схема деления на поисковые квадраты, расположение патрулей и патрульных машин с указанием позывных);

·  определения местоположения объекта или события;

·  анализа места происшествия;

·  оптимизации маршрутов перемещения патрульных и оперативных групп;

·  анализа криминогенной ситуации за определенные периоды;

·  издания тематических карт.

Приложение реализовано в среде ArcView с использованием модуля Network Analyst на языке Avenue в виде скриптов. В качестве базового слоя используется сеть дорог с полями для геокодирования. Общий объем геоданных в системе составляет около 300 Мбайт.

Выборы. Разработка ГИС "Избирательная система Таганрога" явилась ключевым этапом создания единой адресной системы города, работ по его административному и экономическому зонированию и проектированию всей территориальной инфраструктуры власти. Был создан адресный реестр и проведено геокодирование избирателей, сформированы требования к избирательным участками и определены их границы. Аналитическими средствами ГИС ArcInfo 7.2.1 и ArcView 3.1 разработано мобильное легко настраиваемое приложение, позволяющее рассчитать численность населения на заданной территории, изменить конфигурацию территории, подготовить и распечатать полный пакет документов для избирательной комиссии, а также провести анализ итогов голосования и представить тематические планы, отражающие интенсивность голосования.

Гидрографический комплекс. По договору с Морской администрацией порта Таганрог в целях обеспечения безопасности прохода судов по подходному каналу порта и ведения дноуглубительных работ БКТ разработала гидрографический программно-аппаратный комплекс. Комплекс позволяет вести промерные работы на акватории, координировать навигационные знаки, составлять отчетные документы (план промера с линиями равных глубин, профили), а также оценивать необходимый объем выемки грунта, анализировать ситуацию и планировать дноуглубительные работы.

В состав бортовой части комплекса входят: GPS-приемник фирмы Trimble, эхолот и портативный компьютер со специализированным программным обеспечением. Офисная часть комплекса включает программное обеспечение PathFinder Office фирмы Trimble и ArcView GIS с модулями расширения Spatial Analyst и 3D Analyst. Технические характеристики комплекса: среднеквадратическая ошибка определения координат - не хуже.2 м, точность измерения глубин - .5 cм, минимальный интервал записи данных - 1 с, выходной формат данных - ArcView, MapInfo, AutoCAD. Для повышения точности измерения координат используется дифференциальная коррекция, причем возможно два режима: постобработки и реального времени.

Издания. Потребность города в геопространственных данных достаточно велика, однако далеко не все организации могут позволить себе иметь комплексные дорогостоящие геоинформационные системы. Часть задач большинство потребителей может решать с помощью бумажных карт, тематических планов и информационно-справочных материалов. БКТ реализовало несколько издательских проектов с использованием всего наличного инструментария ГИС. За два года подготовлены "Атлас Таганрога", телефонный справочник (причем в среде ГИС был проведен полный цикл предпечатных работ - от получения данных и геокодирования абонентов по адресам до формирования печатных страниц в формате EPS), "Справочник внутригородских границ Таганрога" и "Альбом кадастровых карт Таганрога". Создан электронный телефонный справочник, содержащий картографические данные в виде растров нескольких масштабов. Каждый адрес абонента геокодирован средствами ArcView в точки на растре для обеспечения пространственных запросов. Программа реализована на Visual FoxPro 6.0 и Delphi 3.0.

Предложенные материалы демонстрируют далеко не полный перечень муниципальных задач, в которых использование ГИС-технологий дает устойчивые технические, экономические и политические результаты. Каждое успешное решение порождает новые проблемы и вопросы, что означает: области применения ГИС постоянно расширяются, открывая новые возможности для реализации идей и проектов.

Сегодня ситуация с ГИС в России напоминает ситуацию с СУБД несколько лет назад. Многие работающие с компьютером уже знакомы с реляционными базами данных, и это понятно, ведь традиционные СУБД - действительно универсальный инструмент. Но и ГИС в некотором смысле тоже являются системами управления базами данных, но данных пространственных. А поскольку пространственные данные прямо или косвенно используются практически во всех областях человеческой деятельности, то и ГИС получают все более широкое применение. Поэтому, надеюсь, у нас, как и на Западе, настольные ГИС-пакеты появятся на прилавках любого магазина программного обеспечения.

Тема 5. Источники и качество пространственных данных

Растровые модели пространственных данных основаны на способах квантования пространства с помощью регулярных сеток, каждый элемент которых содержит идентификатор, к которому можно связать неограниченный по длине набор атрибутов. При этом важным свойством растра является неразрывная связь между пространственной и атрибутивной информацией в единой прямоугольной матрице, положение элементов которой определяется номерами строки и столбца. Такая структура представления позволяет в любой момент развернуть любой из привязанных к идентификатору атрибутов в слой с размерностью исходной сетки. С помощью такого способа представления данных возможна формализация пространственно-непрерывной информации, свойственной большинству природных и значительному числу антропогенных объектов.

Растровый способ представления пространственных данных служит более точным аналогом реального мира, поскольку являет собой меньшую абстракцию с точки зрения содержательных свойств, воспринимаемых наблюдателем непосредственно. Например, даже неподготовленный пользователь легче отличит лес от поля или луга на растровом аэрофотоснимке, чем на тематической карте в векторном формате (без пояснительных подписей). Кроме того, существуют определенные виды пространственных данных, которые невозможно или чрезвычайно сложно отразить с необходимой степенью детальности в векторном формате. В частности информация об атмосферном давлении, облачности, высотах над уровнем моря, расстояниях от выбранной точки до всех остальных точек поверхности (поле расстояний) трудно представима явно в векторном виде.  

Основные характеристики растрового представления данных - форматы записи и пространственное разрешение.

Форматы записи делятся на:

·  битовые (булевы);

·  байтовые;

·  целочисленные;

·  действительные.

В битовом формате каждая ячейка растра описывается значением 1 или 0. Такой формат требует для записи значения ячейки один бит. В байтовом формате диапазон значений пикселя расширяется до 256, т. е. до 8-ми бит, а в целочисленном и действительном форматах - до 16 и 32 бит соответственно. Наличие различных форматов позволяет оперировать с огромным числом значащих классов, каждому из которых может соответствовать строка в БД.

Пространственным разрешением растровых моделей местности называется величина, соответствующая минимальным размерам объекта, который может быть отражен в данной модели. Например, разрешение 100 метров означает, что объекты, размером менее 100 м на данной модели, отражены не будут (т. е. сольются с фоном).

К достоинствам растрового формата можно отнести быстроту формализации и представления в машинно-читаемом виде. Современные способы получения цифровых аэро - и космофотоизображений предоставляют возможность обновления геоданных в системе реального времени без применения сложной и дорогостоящей аппаратуры цифрового ввода данных в векторном формате или дорогостоящих полуавтоматических векторизаторов.

Недостатком растрового представления информации является значительный обыем файлов, сказывающийся в основном на скорости обработки информации на компьютерах с небольшими размерами оперативной памяти и времени вывода изображения на экран. Для преодоления подобных недостатков используются различные способы сжатия (упаковки) информации от простейшего группового или лексикографического кода (run length code), до создания иерархической пирамидной структуры (pyramid layers, reduced resolution datasets) или организации сблокированной структуры с прямым доступом к каждому блоку - обычно небольшому квадратному участку изображения. (tiled format). Для ускорения и упрощения визуализации применяются способы предварительного создания изображений, загрубленных в 2-4-6 раз, с хранением их в отдельных файлах и вызовом слоя необходимого загрубления в зависимости от требующейся операции.

История применения растрового способа представления пространственных данных состоит из нескольких периодов. В начале развития ГИС-технологий растровому способу отдавалось предпочтение, поскольку не были развиты средства ввода векторной информации и алгоритмы манипулирования векторными данными. Поэтому все более-менее серьезные ГИС-проекты ориентировались на растровое представление информации в виде вложенных друг в друга регулярных матриц различного пространственного разрешения. Каждая ячейка такой матрицы содержала необходимый (иногда достаточно значительный) объем тематической информации.

В дальнейшем, с развитием как аппаратной, так и программной части ГИС, векторный способ представления географических данных, перейдя из области автоматизированной картографии, возобладал над растровым, в основном благодаря меньшему объему требований к аппаратной части проектов и заимствованию методов из программ инженерной графики. В этот период резко возросло количество проектов, называвшихся геоинформационными, но выполняемых на уровне сложных инженерных решений средствами и методами САПР. В результате, резко повысившееся качество презентации решений инженерно-технических задач на местности, с использованием приемов автоматизированной картографии и САПР, привело к выхолащиванию сущности пространственного анализа методами ГИС как таковыми и, зачастую, подмене понятий. Растровое представление пространственной информации осталось только в системах обработки ДДЗ, как неотъемлемая часть самой технологии получения такого рода информации, достигнув в этом секторе ГИС-технологий значительного прогресса.

В настоящее время, в связи с повышением роли экологического фактора в жизнедеятельности общества, наметились серьезные изменения приоритетов развития технической и научной мысли. Перед специалистами всех областей знаний, особенно в Науках о Земле, были поставлены задачи анализа функционирования техногенных систем в природном окружении, контроля качества окружающей человека среды, мониторинга состояния природных и антропогенных объектов. С целью решения подобных задач опережающими темпами развивается математическое моделирование в ГИС-технологиях. Поток данных, фиксирующих непрерывно распределенные характеристики и явления, значительно возрос, а именно эти данные наиболее целесообразно представлять в виде растровых моделей. В ГИС-технологии через систему наук о Земле пришли понятия ядерно-экотонной структуры природных и антропогенных геокомплексов, в которой отсутствует понятие резких границ, характерное для векторных моделей данных. Все шире применяются методы анализа пространственных объектов на основе статистических характеристик, дескриптивных множеств, нечетких классификаций и параметризаций, формализованные в виде алгоритмов обработки именно растровых моделей данных. В результате сравнения, удобства использования аналитических алгоритмов обработки пространственной информации в различных форматах, был сделан вывод о предпочтении растрового представления данных в ГИС-проектах для целей анализа информации и поддержки принятия решений. Поэтому растровый способ представления геоданных переживает сейчас подъем на качественно новый уровень использования в ГИС-технологиях.

Во всем мире пересматривается отношение к использованию растровых моделей в представлении информации пользователю. Если раньше использование растровых слоев в ГИС сводилось к роли пассивной подложки, призванной украсить и оживить внешний вид выходного изображения, то в настоящее время растровые слои стали важными наглядными источниками информации о пространстве, заменить которые не в силах никакие другие. В частности информация о температуре поверхности с локальными минимумами и максимумами, показатели удаленности и времени достижения различных объектов из определенной точки местности, непрерывно меняющиеся характеристики окружающей среды (плотность почвы, лесопокрытость территории, степень проходимости болот, загазованность городской среды и т. п.) наиболее точно и достоверно представляются именно в растровом виде.

Программные средства, использующие растровые цифровые модели делятся на четыре группы.

Первая группа. К ней относятся пакеты, использующие растровые изображения в качестве подложек, в том числе и для векторного ввода информации. К ним относятся пакеты MapInfo, ArcView, GeoGraph, GeoDraw, Atlas GIS и многие другие. Использование растровых представлений данных в этом случае, ограничивается принципом увидел - обвел, то есть в лучшем случае растр используется как источник данных, а в худшем - как декоративная картинка. Авось умный пользователь сам все увидит и оценит. Средств тематической обработки растра в этих пакетах не предусмотрено по определению.

Вторая группа. Это средств ПО - системы обработки ДДЗ и растрового анализа представляют собой яркий пример программ, обладающих широким спектром средств и способов работы с растровыми моделями данных. Такими моделями выступают цифровые или оцифрованные на сканерах данные дистанционных исследований: аэрофото и космофотоснимки, данные сканерной, радиолокационной, тепловой, эхолокационной, гравиметрической, и других видов съемки с разнообразных носителей. Вся мощь технологий этих пакетов направлена на качественное и количественное преобразование значительного объема растровой информации с целью дешифрирования, то есть создания растровых карт и их дальнейшего анализа с помощью полуавтоматических методов и зашитых в пакет автоматических средств. Примерами таких программ являются PCI, ERDAS Imagin, ER Mapper, и др. Большинство из них ориентированы на UNIX платформы и предназначены для рутинной обработки значительных объемов аэрокосмической информации. В каждом из них модули растрового анализа заложены в неявном виде, поэтому работать с ними на высоком уровне могут в основном профессионалы.

Третяя группа. Программы предназначеные для растрового анализа. К ней относятся такие пакеты, как EPPL7, GRASS и др. В какой то мере к ним можно отнести пакеты математического моделирования типа Surfer. Обладая неплохими аналитическими функциями, они, тем не менее, мало приспособлены к построению собственно картографических моделей презентационного качества, в которых возможности растровых ГИС сочетались бы с функциями дешифрирования ДДЗ.

Четвертая группа. Программные комплексы использующее растровые модели данных, на мой взгляд, является наиболее продвинутым в области сочетания растровых моделей с возможностями обработки ДДЗ. К этому типу можно отнести программы ILWIS, IDRISI. Разумное сочетание растрового моделирования с дешифрированием ДДЗ, возможность использовать векторные модели, представленные в явном виде модули пространственного анализа делают подобные пакеты удобными для использования, как начинающими, так и опытными пользователями.

Тема 6. Концепция и методология пространственного мышления

Данная лекция - попытка осмысления процессов происходящих в современной географии. Эти процессы возникли в результате новых возможностей, которые открылись перед нашей наукой, в связи с использованием геоинформационных технологий, изучением Земли из космоса, привлечением данных высокоточного глобального позиционирования и главное, из-за новых перспектив в области оперативного получения, обработки, анализа и распространения любой географической (пространственной) информации структурам управления, различным профессиональным группам и заинтересованным частным лицам.

Основная цель темы - наглядно проиллюстрировать возросшие возможности географической науки, возникшие благодаря новейшим достижениям в геоинформатики, средствах дистанционного зондирования Земли, системах высокоточного глобального позиционирования, телекоммуникациях, компьютерных и информационных технологиях, наметить основные направления применения географических знаний на рубеже веков и дать перспективы их развития на начало XXI века.

География, географическая информация, пространственный анализ оказались востребованными для решения многих прикладных задач и проблем современного постиндустриального мирового сообщества.

Новые задачи способствовали возникновению и привлечению новых методов и технических средств, соответствующих вызову времени. И такие методы и средства нашлись. Как когда-то в XVII - XVIII столетиях математика, астрономия, физика и химия предоставили географам барометр и термометр, измерительные инструменты, математические методы для определения географических координат, точные хронометры и корабли, способные к океаническому плаванию, так и в конце XX столетия математика, астрономия, физика и химия, через информатику, высшую геодезию, электронику, прикладную космонавтику, вооружили географов новыми техническими и методическими средствами быстрого получения, хранения, переработки, анализа и передачи громадного объема территориально распределенной информации.

Именно на этой базе очень быстро развивается в последнее время новая отрасль нашей древней науки - геоинформатика. Геоинформатика - наука, сочетающая теорию, методы и традиции классической картографии и географии с возможностями и аппаратом прикладной математики, информатики и компьютерной техники.

На основе информационных технологий в 60-е годы XX века в недрах Пентагона возникло направление, названное потом ГИС или географические информационные системы. Оно соединило в себе решение необходимых прикладных задач с возможностями человека, вычислительной машины и программных средств, обрабатывающих пространственную информацию и передающих ее потребителю на экран монитора, печатающее устройство или на каналы связи.

Так вначале зародились цифровая картография и автоматизированное картографирование, дополненные со временем другими многочисленными функциями и возможностями и являющиеся основой любых ГИС.

С 70-х годов ГИС становятся коммерческим продуктом, который начинает использоваться не только в военной, но и в иных областях знаний.

В 80-х и 90-х годах, после появления и массового использования персональных компьютеров, ГИС постепенно захватывают все новые мировые рынки и появляется в СССР, а затем и в России.