Анализ данных и моделирование.

Блок анализа данных, являясь одним из трех крупных модулей ГИС (ввода, обработки и вывода), составляет ядро геоинформационных технологий, все остальные операции которых с некоторой точки зрения могут представляться сервисными, обеспечивающими возможность выполнения системой ее основных аналитических и моделирующих функций. Содержание аналитического блока современных программных средств сформировалось в процессе реализации конкретных ГИС, выкристаллизовавшись в форме более или менее устоявшегося набора операций или групп операций, наличие, отсутствие или эффективность (неэффективность) которых в составе данного продукта может служить надежным индикатором его качества. Существуют различные классификации позволяющие сгруппировать элементарные операции аналитического характера или их последовательности в группы. Обобщая некоторые из них, и опираясь на состав и структуру аналитических модулей, можно выделить следующие их группы:

1. Операции переструктуризации данных.

2. Трансформация проекций и изменение систем координат.

1. 3.Операции вычислительной геометрии.

3. Оверлейные операции (наложение разноименных и разнотипных слоев данных).

4. Общие аналитические, графо-аналитические и моделирующие функции.

Применение arc/info в кадастровых системах.

ARC/INFO - программный продукт предназначен для создания и редактирования географических баз данных, для целей пространственного анализа, поиска, представления и управления данными. Это программное обеспечение разработано в Институте исследований систем окружающей среды, США (Environmental Systems Research Institute Inc., California - ESRI) имеет более 60 тысяч пользователей по всему миру.

ARC/INFO позволяет:- вводить и проверять- составлять- обновлять и изменять- управлять и обмениваться- оперировать- искать и представлять- анализировать и комбинировать информацию о качественных и количественных характеристиках и связях между объектами, имеющими географическую привязку.

В качестве исходной информации могут использоваться:

• обычные и тематические карты или планы

• фотографии, рисунки, чертежи, схемы

• аэроснимки и космические изображения

• геодезические данные

• статистические таблицы и текстовые описания

• данные переписи, почтовые индексы, телефонные книги и справочники

• геохимические, геофизические, экологические и любые другие сведения о природе или деятельности человека.

Функциональные возможности.

ARC/INFO позволяет собрать эти разрозненные данные и в едином виде хранить, обновлять, анализировать, производить любые операции, следить за всеми изменениями, получать самые разные карты и таблицы. Важно, что результатом может быть не только серия карт в любом, выбранном Вами, масштабе с исходной информацией или ее суммой, но и аналитические карты, видеоизображения, массивы данных, полученные в результате компьютерного анализа всех данных с помощью большого набора программных средств ARC/INFO. Настоящая сила программного обеспечения ARC/INFO заключена в его функциональных возможностях пространственного анализа и интерпретации данных, которые позволяют исследовать и анализировать данные в многомерной среде, помогая пользователям решать задачи типа "что если". Пользователи ГИС успешно применяют ARC/INFO как компьютерный инструмент для оценки многосторонних связей, наблюдающихся на земной поверхности.

Система

Пример обработки данных:

• производство карт

• трехмерные изображения

• анализа данных - анализ конфликтов

• оптимизация транспорта

• информационная система - общественные службы

• документация и каталогизация

• система управления - управление сетями и их поддержка

• управление недвижимостью

• управление природными ресурсами

• система планирования - дорог и других транспортных систем

• выработок, каналов и т.п.

• водоснабжения и стоков

• лесного хозяйства

Современные оценки показывают, что от 50до 80% данных, используемых для решения региональных и локальных вопросов управления, контроля и анализа, являются географическими данными. Система ARC/INFO позволяет решать сложные задачи управления кадастрами, городским хозяйством, управления ресурсами и природной средой, планирования и развития, администрирования и работы общественных служб, безопасного плавания, транспортных перевозок и сетей, военной области. Чем сложнее задача, тем выгоднее использовать систему ARC/INFO.По оценкам экспертов использование географической информационной системы в сложных задачах уменьшают затраты в 4-8 раз по сравнению с тем, если бы эти задачи решались обычными способами.

Возможности использования ARC/INFO в национальном масштабе.

О действительных возможностях использования ARC/INFO в национальном масштабе свидетельствуют следующие два факта:

• В апреле 1993 года Бюро управления земельными ресурсами США объявило о предоставлении контракта стоимостью 400 млн. долларов компаниям Computer Sciences Corporation (CSC), IBM и ESRI. Это самый крупный контракт в области создания ГИС за всю историю человечества. В течение 10 лет IBM поставит 7000 рабочих станций RS/6000, а ESRI поставит программное обеспечение ARC/INFO для этих рабочих мест. Проект предусматривает создание новой Автоматизированной кадастровой системы управления земельными и минеральными ресурсами США (Automated Land and Mineral Record Systems - ALMRS).

• В апреле того же года программный продукт ARC/INFO выбран Геологической службой США для создания систем национального картографирования, систем водных ресурсов, геологических и информационных систем. Контракт был рассчитан до 1999 года, объем закупок ARC/INFO предполагался в сумме до 23,8 млн. долларов. Уже сейчас Геологическая служба США владеет 600 лицензиями ARC/INFO.

Национальный кадастр.

Национальный кадастр является одним из самых важных логических слоев, который может быть автоматизирован с помощью ГИС, не только потому, что он служит основой для выделения границ собственности, землевладения и планирования землепользования, но также и потому, что он образует базовый слой для деятельности большинства правительственных организаций, муниципалитетов, различных служб и многих частных компаний. Некоторые из особых свойств ARC/INFO, которые делают это программное обеспечение лидером ГИС в решении кадастровых задач, состоят в следующем:

• Мощная и гибкая модель данных

  • Интегрированное управление табличными и географическими данными

  • Векторная топология (точка, линия и полигон) и растровые модели данных

• Интеграция данных

  • Интеграция многих сред (например, растровых и сканированных изображений)

  • Поддержка стандартных форматов изображений и цифровое отображение

  • Взаимосвязь с системами спутниковой привязки (GPS)

  • Возможности обмена данными более чем в 30 стандартных форматах

• Автоматическое картографирование, составление отчетов и анализ

  • Отображение стандартных карт и производство таблиц

  • Тематические карты, запросы и виды анализа

• Интеграция баз данных и снабжение стандартами во всей организации

  • Прямой доступ к базам данных в среде ГИС

  • Поддержка многих стандартных промышленных реляционных баз данных сетевых функций

  • Функции надежной безопасности баз данных

  • Возможности управления библиотекой карт

• Комплексный пространственный анализ и возможности запроса

  • Перекрытия точка-, линия-, полигон-полигон, связи соседства и близости

  • Моделирование по регулярной сетке с применением расширений ARC/INFO - Анализ линейных сетей.

Пример кадастровой системы:

Кадастровая ГИС Израиля (ATHENA). Картографическая служба Израиля совместно с компанией Systematics Technologies разработала на базе ARC/INFO одну из самых комплексных из имеющихся в мировой практике кадастровых ГИС. Система сейчас уже работает в производственном режиме в сети более чем из сорока рабочих станций Sparc и терминалов X-Windows. Система спрограммирована главным образом на Макроязыке ARC/INFO (AML) и работает под программным обеспечением ARC/INFO.

Система состоит из пяти главных подсистем:

1. Главная подсистема кадастрового ввода. Данная подсистема позволяет пользователю вводить, соединять, классифицировать, обрабатывать и вычерчивать кадастровые данные, вводимые из разных источников (цифрование, данные геодезических съемок, данные полевых наблюдений, фотограмметрические данные и т.д.).

2. Подсистема ввода земельных участков и кварталов, и согласования краев отдельных листов карты. Подсистема поддерживает ввод с помощью цифрования карт кварталов и согласование границ кварталов.

3.Подсистема перепланировки. Подсистема поддерживает обновление кадастра с помощью операций координатной геометрии COGO для ввода геодезических данных по перепланировке участков.

4. Подсистема обновления и запросов кадастровой библиотеки. Подсистема управляет обновлением самой кадастровой библиотеки и дает возможность обращаться в библиотеку с запросами разных типов.

5. Подсистема переноса и проверки данных съемок частных топографических организаций. Подсистема позволяет осуществлять двустороний перенос кадастровых данных, особенно планов регистрационных изменений, между Картографической службой Израиля и внешними организациями, в том числе частными топографическими предприятиями. Важно, что каждый объект на всех планах и картах всех масштабов закодирован единообразно с помощью государственного стандарта кодирования объектов. Этот стандарт был создан как часть крупного топографического ГИС-проекта Картографической службы, который в ближайшие годы на основе фотограмметрии приведет к обновлению мелко- и среднемасштабных ГИС-данных и топографических карт для всей страны. Принятый государственный стандарт заметно облегчает перенос данных, а в дальнейшем расширит возможности автоматического контроля данных и картирования на основе информации, поступающей из разных источников. Было решено, что ввод данных о кварталах проводится цифрованием и векторизацией, но обновление этих данных будет строится на основе геодезических съемок. Такой подход был применен, чтобы быстро и с небольшими затратами создать действующий кадастр, который в дальнейшем будет уточняться и улучшаться. В создании кадастровой базы участвуют на условиях тендера частные компании. Дальнейшее развитие системы будет состоять в развитии подсистемы поддержки регистрации новых кварталов.

Возможности интеграции.

Программное обеспечение ARC/INFO разработано с возможностью интегрировать множество видов цифровых данных, включая управление базами данных SQL, растровые системы, САПР и GPS. Это важно, поскольку позволяет организации сразу использовать существующие возможности и системы управления базами данных (СУБД) для поддержки прикладных задач. ARC/INFO имеет встроенные средства дляинтегрирования табличных данных из широко известных СУБД, таких как DB2, dBASE, INFORMIX, INGRES, ORACLE, Rdb, SYBASE и другие. о сопряжение и с другими связанными средами, такими как AutoCAD и технологии растровых изображений.

Аппаратные средства.

Программное обеспечение ARC/INFO работает более чем на 20 вычислительных платформах, включая персональные компьютеры, рабочие станции UNIX, миникомпьютеры, универсальные вычислительные машины. Поддерживаемые фирмы включают Data General, Digital, Hewlett-Packard/Apollo, IBM, NEC, Prime, Silicon Graphics и Sun. ARC/INFO спроектировано для работы во многих сетевых конфигурациях, связывающих рабочие станции и персональные компьютеры с табличными базами данных универсальных машин. Структура ARC/INFO осуществляет поддержку реально распределенной системы данных, программного обеспечения и приложений. Концепция открытых систем программного обеспечения ARC/INFO и независимость от платформ дают Вам возможность стыковаться с этими системами с помощью передачи данных или динамической интеграции способами согласования SQL программного обеспечения ARC/INFO.

В последнее время программные продукты ESRI приняты за основу при создании ряда национальных и региональных систем ведения земельного кадастра (обычно он является основой прочих кадастров). В их числе:

• Австрия. Дистрибьютор ESRI в этой стране, компания Datamed Informationssysteme, выиграл проект стоимостью 2,5 млн. долл. США Австрийского федерального кадастрового агентства. К интегрированной информационной кадастровой системе подключены все 68 региональных офисов Агентства. В числе других создаются кадастровая карта страны и карта сельскохозяйственного использования земель. Установлено 78 лицензий ARC/INFO и ArcStorm, 250 ArcView. Помимо этого, в рамках тематически связанного с кадастровым проекта, Datamed поставила ГИС систему австрийскому правительственному департаменту по дистанционномузондированию. В нее входит три лицензии ARC/INFO, ArcStorm, ARC GRID, 6лицензий ERDAS Imagine с модулем ORTHOMAX. (Подробности в ARCREVIEWNo. 1, c. 7).

• Кипр. Компания Dansoft и ESRI выиграли US $ 12 млн. контракт на созданиесистемы национального кадастра и регистрации земель.

• Иордания. Центральный аппарат Департамента земель и съемки, а также региональные офисы регистрации земель во всех городах страны переведены на работу с продуктами ESRI. В базу данных занесена информация по 812 тыс. земельных участков, 2 285 тыс. землевладельцев. Ежегодно фиксируется порядка 15 тыс. сделок с землей. Королевским географическим центром Иордании (национальное картографическое ведомство) с помощью ГИС продуктов ESRI переведено в цифровую форму (в виде покрытий ARC/INFO) более 23 тыс. листов кадастровой карты.

• Малайзия. По проекту MINI CALS осуществляется вторая фаза повсеместного, впределах страны, внедрения ГИС в составе ARC/INFO, ArcView, SDE и приложений, написанных на MapObjects. Продукты используются в комплексной информационной системе, в которую входят подсистемы Управления информацией, Кадастровой съемки, Крупномасштабного картографирования, Управления базой данных по кадастру. (См. также ARCREVIEW No. 4, c. 7).

• Мексика. Несколько лет назад правительство Мексики законодательно утвердило новую земельную реформу, разрешавшую передачу части земельных угодий (более 50% общей площади земель, более 10 млн. участков) в частное владение фермерам. Для контролируемого проведения этой реформы Национальный институт статистики, географии и информации (INEGI, основное агентство по картографии и переписи населения) выделил около 8 млн. долларов США на создание ГИС системы для поддержки базы данных по земельному кадастру. Создание кадастровой ГИС было поручено компаниям ALTEC и SIGSA (Sistemas de Informacion Geografica) - дистрибьютору ESRI в Мексике. Система объединяет 11 региональных офисов INEGI, в каждом стоит по 3 сервера и 36 UNIX рабочих станций SUN, на которых установлено 400 лицензий ARC/INFO с модулем COGO и сотни ArcView. Более 1000 человек прошли обучение по работе с ГИС. Успешное осуществление проекта показало, что ESRI вкупе со своими дистрибьюторами готов к выполнению любых крупномасштабных, в том числе кадастровых работ.

• Испания. Проект по модернизации и автоматизации национальной системы землепользования Кадастрового центра Испании (Centro de Gestion Cadastral y Contribucion Tributaria, CGCCT). Система базируется на платформе Hewllet-Packard и программном обеспечении ARC/INFO. К ней поэтапно подключаются как региональные центры картографирования и землепользования, так и муниципалитеты (начиная с Мадрида), организации, отвечающие за коммунальные сети, а также другие национальные агентства. На базе полностью интегрированной системы правительство Испании проводит организацию специальной сети кадастровых центров, в которых будут разрабатываться специализированные приложения под ARC/INFO не только для Испании, но и для других испаноговорящих стран (например, в Южной Америке). В проекте активно участвует компания EPTISA - дистрибьютор ESRI в Испании.

• Шри-Ланка. Три тендера национального Министерства сельскохозяйственных земель и леса выиграла компания EMSO Ltd. - местный дистрибьютор ESRI. В двух тендерах, где заказчиками являются Отдел Картпроизводства и Департамент съемки местности, требования заключались в разработке ГИС системы по топографическому картированию, обеспечению кадастрового картографирования и программе создания земельной информационной системы (LIS). В третьем тендере заказчиком был Отдел планирования политики землепользования (LUPPD). Основная цель Министерства Земель - на базе ГИС продуктов ESRI взять под контроль и улучшить систему землепользования на острове.

• Израиль. Большие кадастровые земельные проекты по всем крупным городам страны. Только в Тель-Авиве под кадастровые и картографические приложения задействовано более 40 лицензий ARC/INFO.

• Эстония. Национальный земельный отдел. Составление кадастровых карт на основе наземных и спутниковых данных средствами ARC/INFO.

• Словения. Администрация по земельной съемке. ГИС проект на базе продуктов ESRI.

• США. Бюро управления земельными ресурсами. Многомиллионный, пожалуй самый крупный в области ГИС за всю мировую историю, контракт на создание Автоматизированной системы управления земельными и минеральными ресурсами на территории США. Включает поставку нескольких тысяч лицензийARC/INFO.

• Россия. Таганрог, Оренбург, Кириши, Ижевск, ряд городов Центрально-Черноземного района, ряд городов Башкортостана... См. статьи в номерах ARCREVIEW.

• Украина: Луцк, Запорожье, Харьков (ведутся работы), Республика Крым.

Кадастровый Офис предназначен для создания земельно-информационных и кадастровых систем различного назначения и состоит из нескольких пользовательских приложений, работающих в среде ГИС MapInfo и Microsoft Office. Пользователю предлагается полный набор инструментов для обработки информации, полученной при межевании земель и подготовки межевых дел, камеральной обработки данных инвентаризации земель и землеустройства, создания и ведения предметно-ориентированных геоинформационных систем и комплекта бумажных выходных документов.

Кадастровый Офис обеспечивает выполнение следующих функций:

• обработка данных полевых измерений

• формирование графической базы данных

• организация базы данных

• автоматического создания кадастровых карт в соответствии с требованиями ГОСТа.

• подготовка выходных документов

• обмен данными с другими органами управления

Информация об объектах кадастра разбита на 5 слоев:

• участки или границы землепользований

• границы

• коммуникации

• объекты недвижимости

• прочие угодья.