Геоинформационные системы и "облачные" технологии
Геоинформационные системы
Глобализация и интернационализация экономики, уничтожение торговых барьеров между большим числом государств в Европе и Азии, широкое применение информационных технологий и информационных систем в деятельности государственных и коммерческих структур, появление и быстрое развитие глобальной сети Internet привело в середине 80-х годов ХХ века к появлению информационных систем, которые позволяли организовать в режиме On Line работу транснациональных корпораций, находящихся на разных континентах. Расстояния перестали быть препятствием для эффективной работы распределенных компаний – развивающиеся ИКТ обеспечивали практически мгновенную связь и доставку информации для анализа и принятия делового решения, реализуя известный принцип "7 х 24" ("7 дней в неделю, 24 часа в сутки"). Значительную часть этой информации практически в любой сфере деятельности мы получаем в виде рисунков и карт, планов, схем и пояснительных текстов.
Это могут быть схемы магистрального газового или нефтяного трубопровода из Сибири в Западную Европу, движения подводных лодок и самолетов боевого патрулирования вдоль границ России, схемы железнодорожных путей в масштабе страны или метро в городе, план здания или схема взаимосвязей между офисами компании, карта экологического мониторинга территории, атлас земельного кадастра или карта природных ресурсов и т. д.
Выбор места для филиала компании за рубежом, проведение маркетинга и набор персонала в другой стране, координатная "привязка" производства к той местности, где это наиболее выгодно с точки зрения наиболее эффективного использования ресурсов в большинстве случаев перестали быть трудно разрешимой задачей. Появилась насущная необходимость представлять географическую и сопутствующую информацию в удобном графическом виде, совмещая на экране монитора несколько листов сканированного изображения карты.
Быстрое развитие специализированных систем и технологий, получивших название географических информационных систем — ГИС (Geographical Information Systems — GIS), позволило к концу ХХ века успешно решать такие задачи (рис. 5.1) [Основы геоинформатики и ГИС-технологий, http://cnit.pgu.serpukhov.su/koi/kyk.htm].
ГИС-технологии получили широкое распространение и применение в науке, технике, бизнесе. Координатно-временная привязка объектов используется в геодезии, картографии, геологии, мореходном деле. Обработка и сведение в единую систему фотографических снимков из космоса в научных и военных целях, обработка данных геофизики и геодинамики, использование в народном хозяйстве (составление городских, региональных и федеральных земельных кадастров) и многое другое производятся с применением ГИС-технологий. Многочисленные определения понятия "геоинформационная система" и "геоинформационная технология" отражают многоплановость понятий (рис. 5.3).
Это видно и из табл. 1, где приведены различные определения этих понятий. Из этой обширной интересной таблицы видно, как складывалось понимание сути технологий ГИС — самое раннее относится к 1966 году, последнее – к 1991 году. Всё это говорит о том, что к началу 90-х годов определение ГИС, в основном, сложилось.
| Автор | Определение ГИС | Источник |
|---|---|---|
| Langefor-ce B. | Система, в состав которой входят компоненты для сбора, передачи, хранения, обработки и выдачи информации о территории. | Theoretical Analysis of Information Systems. Lund, 1966. |
| Degani A. | Динамически организованное множество данных (динамическая база данных или банк данных), соединенное с множеством моделей, реализованных на ЭВМ для расчетных, графических и картографических преобразований этих данных в пространственную информацию в целях удовлетворения специфических потребностей определенных пользователей в пределах структуры точно определенных концепций и технологий. | Methodological observation on the state of geo cartographic analysis in the context of automated spatial information systems. – Map Data Process. – Proc. NATO Adv. Study Inst. Maratea, June 18-29, 1979, Acad. Press. 1980, pp. 207-220. |
| Vitek J.D., Walsh St.J., Gregory M. S. | Информационная система, которая может обеспечить ввод, манипулирование и анализ географически определенных данных для поддержки принятия решений. | Accuracy in geographic information systems: an assessment of inherent and operational errors. - Record 9th Symp. Spat. Technol. Remote Sens. Today and Tomorrow. Sioux Falls, S.D., 2-4 Oct. 1984. - Proc. Silver Spring, 1984, pp. 296-302. |
| Star J.L., Cosentino M. J., Foresman T. W. | Пространственно-определенная система для сбора, хранения, поиска и манипулирования данными, а также средство анализа и управления этими данными. | Geographic information systems: question to ask before it`s to late. - Machine Processing of Remotely ended Data with Special emphasis on Thematic Mapping Data and Geographic Information Systems, 1984, pp.194-197. |
| Трофимов А. М., Панасюк М. В. | Реализованное с помощью автоматических средств (ЭВМ) хранилище системы знаний о территориальном аспекте взаимодействия природы и общества, а также программного обеспечения, моделирующего функции поиска, ввода, моделирования и др. | Геоинформационные системы и проблемы управления окружающей средой. Казань, изд-во Казанского ун-та, 1984, 142 с. |
| Clarce K. | Особый случай информационной системы, где база данных состоит из наблюдений за пространственно распределенными явлениями, процессами или событиями, которые могут быть определены как точки, линии и контуры. | Geographic information systems: definitions and prospects. – Bull. Geogr. and Map Div. Spec. Libr. Assoc., 1985, № 142, pp.12-17. |
| Konecny M. | Система, состоящая из людей, а также технических и организационных средств, которые осуществляют сбор, передачу, ввод и обработку данных с целью выработки информации, удобной для дальнейшего использования в географическом исследовании и для ее практического применения/ | Geograficke informacni systemy. – Folia prirodoved. fak. UJEP v Brne, 1985, t. 26, № 13, 196 s. |
| MacDonald C. L., Crain I. K. | Система, реализуемая для сбора, хранения, манипулирования, поиска и отображения географически определенных данных" | Applied computer graphics in a geographic information system: problems and successes. – Computer graphics and application, 1985, vol. 5, № 10, pp. 34-39. |
| Reisinger T. W., Davis C. J. | Система, которая манипулирует и управляет данными, хранящимися в виде тематических слоев, географически определенных относительно карты-основы. | A map-based decision support system for operational planning of timber harvests. – Winter Meet. Amer. Soc. Arg. Eng., Ayatt Regency, Chicago, Decem ber 17-20, 1985. Paper N 1604. - St. Joseph: ASAE, 1985, 12 p. |
| Abler R. | Комплекс аппаратно-программных средств и деятельности человека по хранению, манипулированию и отображению географических (пространственно соотнесенных) данных. | The National Science Foundation National Center for Geographic Information and Analysis – International Journal of Geographical Information Systems, 1987, v. 1, № 4, pp. 302-306. |
| Berry J. | Внутренне позиционированная автоматизированная пространственная информационная система, создаваемая для управления данными, их картографического отображения и анализа. | Fundamental operations in computer-assisted map analysis – International Journal of Geographical Information Systems, 1987, v. 1, № 4, pp. 119-136. |
| Lillesand T., Liefer R. W. | Система, включающая базу данных, аппаратуру, специализированное математическое обеспечение и пакеты программ, предназначенных для расширения базы данных, для манипулирования данными, их визуализации в виде карт или таблиц и, в конечном итоге, для принятия решений о том или ином варианте хозяйственной деятельности. | Remote session and image interpretation. N.Y., John Willey and Sons, 1987, 722 p. |
| Тикунов В. С. | Интерактивные системы, способные реализовать сбор, систематизацию, хранение, обработку, оценку, отображение и распространение данных и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях. | Современные средства исследования системы "общество-природная среда". - Известия Всесоюзн. Географич. общества, 1989, т. 121, вып. 4, с. 299-306. |
| Кошкарев А. В. | Аппаратно-программный 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 географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества. | Картография и геоинформатика: пути взаимодействия. Изв. АН СССР, серия геогр., 1990, № 1, с. 32. |
| Сербенюк С. Н. | Научно-технические комплексы автоматизированного сбора, систематизации, переработки и представления (выдачи) географической информации в новом качестве с условием прироста знаний об исследуемых пространственных системах. | Картография и геоинформатика - их взаимодействие. М., 1990, 159 с. |
| Симонов А. В. | Система аппаратно-програмных средств и алгоритмических процедур, созданная для цифровой поддержки, пополнения, управления, манипулирования, анализа, математико-картографического моделирования и образного отображения географически координированных данных. | Агроэкологическая картография. - Кишинев, изд-во "Штиинца", 1991 г. - с.127 |
Анализируя эти определения и убирая повторяющиеся фразы, можно выделить основные ключевые слова, относящихся к современному понятию ГИС-технологий. Это — "информационная система", "географическая информация", "программно-аппаратные средства", "интерактивные системы", "математические статические и динамические модели", "пространственно-координированные данные", "управление, анализ, манипулирование данными", "образное отображение (визуализация) данных в виде карт или таблиц", "тематические карты-слои", "картографические базы данных".
И, наконец, приведём определение 1997-го года, взятое из ГОСТа, которое в большой степени объединяет приведенные выше определения и использует практически все выделенные выше ключевые слова: "Географическая информационная система (ГИС) —это совокупность технических, программных, коммуникационных и информационных средств, обеспечивающих ввод, обработку, хранение, математико-картографическое моделирование и образное интегрированное представление (визуализацию) пространственных и соотнесённых с ними атрибутивных данных для решения проблем территориального планирования и управления (ОСТ ВШ 02.001-97).
Таким образом, ГИС-технологии — это, прежде всего, компьютерные технологии и системы, позволяющие эффективно работать с динамическими данными о пространственно-распределенных объектах, дополняя их наглядностью представления и возможностью строить модели и решать задачи пространственно-временного анализа. ГИС, как и любая информационная система, снабженная средствами сбора и обработки данных, дает возможность накапливать и анализировать подобную информацию, оперативно находить и обрабатывать нужные географические сведения и отображать их в удобном для пользователя виде (рис. 5.4) [Сырецкий Г. А., 2007].
Применение ГИС-технологий позволяет резко увеличить оперативность и качество работы с пространственно-распределенной информацией по сравнению с традиционными "бумажными" картографическими методами.
Географические пространственно-распределенные данные означают информацию, которая идентифицирует географическое местоположение и свойства естественных или искусственно созданных объектов, а также их границ на земле, над и под землей, на воде, над и под водой, в космическом пространстве. Эта информация может быть получена с помощью дистанционного зондирования, картографирования и различных видов съемок, включая съёмки из космоса.
Данные содержат четыре интегрированных компонента: местоположение и пространственные отношения объектов, время, на которое зафиксированы эти компоненты, и скорость изменения указанных параметров. Иными словами, географические данные описывают:
- географическое пространственное положение физических или смоделированных объектов представляется 2-мерными (координаты X,Y на плоскости), 3-х мерными (широта, долгота, высота над уровнем геоида) и 4-х мерными координатами (широта, долгота, высота над уровнем геоида, время в секундах, средних сутках, среднем солнечном годе) в системе координат, отнесенной к среднему полюсу Земли и положению среднего экватора;
- свойства объектов или моделей могут содержать информацию, которая не указывает явно на пространственную ориентацию и является описательной — тем не менее, такая информация является важной и она также включается в географические данные;
- пространственные отношения определяют взаимное расположение объектов или моделей — например, положение объекта А по отношению к объекту В на плоскости, в пространстве или во времени, движение А относительно В, вложенность А в В и т.д.;
- временные параметры могут характеризовать как взаимное отношение объектов (моделей) так и жизненный цикл географических данных.
Области применения ГИС сегодня крайне разнообразны: землеустройство, контроль ресурсов, экология, муниципальное управление, транспорт, экономика, социальные задачи и многое другое. Первые работы по ГИС-технологиям начали проводиться более 25 лет назад в Канаде и США, где первоначально использовались в основном для целей землеустройства южных и западных районов США и картографирования канадских районов Арктики с помощью компьютерной обработки спутниковых фотографий.
Сейчас все шире начинают внедряться ГИС массового пользования — для генеральных электронных планов городов, планов разработки месторождений полезных ископаемых и морской разведки нефтяных пластов, схем инженерных коммуникаций, схем движения транспорта и т.п. По некоторым оценкам до 80-90% всей информации, с которой мы обычно имеем дело, может быть представлено в виде ГИС различного назначения.
Для поддержки критически важных областей деятельности — атомная энергетика, добыча и транспортировка нефти и газа, ликвидация последствий природных и техногенных катастроф, деятельность в оборонной сфере — в настоящее время всё шире разрабатываются и применяются специализированные Web-ресурсы для реализации распределенных ГИС и ГИС-порталов. Разработка таких порталов производится сегодня на базе международных стандартов, созданных известными международными организациями по стандартизации — ISO (International Organization for Standardization) и OGC (Open Geospatial Consortium). Это такие стандарты, как ISO 19115 MetaData, ISO 19139 MetaData — XML Schema Implementation, Catalog Interfaces, Geography Markup Language и Web Map Service.
В настоящее время создание ГИС является одним из наиболее бурно растущих сегментов рынка высоких компьютерных технологий, на котором работает большое количество крупных фирм за рубежом и в России. Среди них можно отметить Intergraph (http://www.intergraph.com/gis), ESRI (http://www.esri.com), MapInfo (http://www.mapinfo.com), Autodesk (http://www.autodesk.com), CalComp, Space Imaging (http://www.geoeye.com), Центр геоинформационных исследований Института географии РАН (сайт "Мир карт", http://www.mirkart.ru, завоевавший в 2003 году "Интел-Интернет-премию" России) и многие другие. Для непрофессиональных пользователей существуют великолепные Web-ресурсы GoogleMap (http://maps.google.com) и Geography NetWork (http://www.geographynetwork.com).