Геоинформационные системы

Геоинформационные системы - основные понятия

Термин "Географическая информационная система (ГИС)" обозначает «Организованный набор аппаратуры, программного обеспечения, географических данных и персонала, предназначенный для эффективного ввода, хранения, обновления, обработки, анализа и визуализации всех видов географически привязанной информации». Особое значение для успешной работы ГИС имеет персонал - операторы, программисты, системные аналитики и т.д. Технические специалисты, проектирующие и поддерживающие систему, во многом определяют ее свойства и эффективность последующего использования. Аппаратные средства включают компьютеры (платформы), на которых работает ГИС. Такие ГИС, как ARC\INFO, функционируют на достаточно большом числе платформ - на мощных серверах, обслуживающих клиентские машины в локальных сетях и в сети Internet, на рабочих станциях и на отдельных персональных компьютерах. Кроме того, географические информационные системы используют разнообразное периферийное оборудование - дигитайзеры, для оцифровки карт, лазерные принтеры, плоттеры для печати карт и т.п. Программное обеспечение позволяет вводить, сохранять, анализировать и отображать географическую информацию. Ключевыми компонентами программного обеспечения являются:

• средства для ввода и манипулирования географическими данными,

• система управления базой данных,

• программные средства, обеспечивающие поддержку запросов, географический анализ и визуализацию информации,

• графический интерфейс пользователя, облегчающий использование программных средств.

Данные - возможно наиболее важный компонент ГИС. Географические информационные системы работают с данными двух основных типов:

• пространственные (синонимы: картографические, векторные) данные, описывающие положение и форму географических объектов, и их пространственные связи с другими объектами;

• описательные (синонимы: атрибутивные, табличные) данные о географических объектах, состоящие из наборов чисел, текстов и т.п.

Описательная информация организуется в базу данных так, как это описано в разделе 2.1 - отдельные таблицы связываются между собой по ключевым полям, для них могут быть определены индексы, отношения и т.п. Кроме этого, в ГИС описательная информация связывается с пространственными данными. Отличие ГИС от стандартных систем управления базами данных (dBASE, Access и т.п.) состоит как раз в том, что ГИС позволяют работать с пространственными данными. Пространственные данные в ГИС представляются в двух основных формах - векторной и растровой. Векторная модель данных основывается на представлении карты в виде точек, линий и плоских замкнутых фигур. Растровая модель данных основывается на представлении карты с помощью регулярной сетки одинаковых по форме и площади элементов. Различия между этими моделями данных поясняются рисунком 5.1.1

Рис.5.1.1. Растровая и векторная модели пространственных данных.

На этом рисунке показано как объекты местности - озеро, речка, лес, поле и т.п. отображаются с помощью векторной модели - линиями и полигонами, а также как они же отображаются с помощью растровой модели - по-разному окрашенными квадратиками. В нижней части рисунка показано отображение озера и речки в другой проекции. Здесь видно что растровая модель данных это набор одинаковых по величине, но по разному окрашенных, квадратиков. В векторной модели данных озеро изображается окрашенным многоугольником, который в ARC\INFO называется полигоном (polygon), а речка ломаной линией, которая называется дугой (arc). Начало и конец этой ломаной линии называются узлами (node). Другой пример растрового и векторного способов отображения пространственных данных представлен на рис. 5.1.2 и 5.1.3. На этих рисунках показано как изменяются фрагменты изображения при его увеличении. На обоих рисунках на верхних фрагментах представлено Ладожское озеро. На рис. 5.1.2 это изображение, полученное прибором AVHRR спутника NOAA и визуализированное с помощью растровой ГИС IDRISI. Его форма несколько искажена, что объясняется особенностями орбиты спутника NOAA. На рис. 5.1.3 представлена карта в проекции Меркатора, сформированная из покрытий PONET и DNNET карты DCW с помощью ГИС ARC\INFO.

Рис.5.1.2. Растровый способ представления пространственных данных . Рис.5.1.3. Векторный способ представления пространственных данных

При увеличении изображения в первом случае увеличивается размер прямоугольных ячеек - элементов изображения (пикселей), из которых состоит растровое изображение. При этом ни форма, ни цвет прямоугольников (величина сигналов) не изменяется. На нижнем фрагменте рис.5.1.2 хорошо видны прямоугольники, из которых составлено изображение острова Котлин. Изменение цвета пикселей на границах острова объясняется тем, что эти сигналы определяются отражением и от поверхности острова, и от поверхности Финского залива. При увеличении изображения на рис. 5.1.3. полигон, соответствующий острову Котлин, преобразуется в подобный полигон большей площади. Для большего полигона увеличивается длина отрезков замкнутой ломаной линии, определяющей его границу, при этом ширина этой линии не изменяется.