Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Геоинформационные системы

Введение

Широкое применение информационных технологий затронуло в настоящее время практически все сферы производственной деятельности. Во многих отраслях последние достижения этого направления связаны с началом применения географических информационных систем (ГИС) для решения разного рода производственных задач. Применение ГИС позволяет на качественно новом уровне обеспечить информационной базой практически все службы и на этой основе обеспечить решение технических, технологических, экономических и целого ряда других задач.

Целью исследования является исследование геоинформационных систем на примере муниципальной геоинформационной системы г.Губкин.

Задачи:

Определить основные характеристики, состав и функции геоинформационных систем.

Выполнить обзор применения МГИС.

Проанализировать функции, структуру, возможности и задачи, на примере МГИС г.Губкин.

Объект исследования – геоинформационные системы.

Предмет исследования - МГИC г.Губкин.

Глава 1. Геоинформационные системы. Общее представление

Существует множество определений геоинформационной системы. С их количеством может сравниться только количество определений, что такое информационная система вообще. Для «конечного пользователя» ГИС прежде всего ассоциируются с территориями, картами, классификаторами, системами обозначений объектов на картах и, конечно, с данными об объектах карты, хранящимися во встроенной или прилагаемой базе (базах) данных.

В течении ряда лет проводились исследования по возможности применения ГИС-технологий для решения задач различных отраслей. На современном рынке ГИС -технологий целы ряд продуктов России и дальнего зарубежья занимают прочные позиции. Это ГИС МарInfo, ArcInfo (США), «Интелвек», «Альбея», «ИнГео» (Россия).

ГИС— это современная компьютерная технология для картирования и анализа объектов реального мира, также событий, происходящих на нашей планете. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий ок-ружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.

1.1. Составные части ГИС

Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппа-ратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.

Аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам.

Данные. Это вероятно наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных

Исполнители. Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

Методы. Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой.

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот про-стой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы.

Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам, или ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ или округ переписи населения, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги и т.п. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения или местоположений объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте где находится интересующий вас объект или явление, такие как дом, в котором проживает ваш знакомый или находится нужная вам организация, где произошло землетрясение или наводнение, по какому маршруту проще и быстрее добраться до нужного вам пункта или дома.

1.2. Основные характеристики ГИС

ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных - векторными и растровыми. В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y. Местоположение точки (точечного объекта), например буровой скважины, описывается парой координат (X,Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X,Y. Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания, хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как типы почв или доступность объектов. Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами. Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями.

1.2.1. Задачи, решаемые ГИС

ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняет пять процедур (задач) с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо, при небольшом объеме работ, данные можно вводить с помощью дигитайзера. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.

Манипулирование. Часто для выполнения конкретного проекта имею-щиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требова-ниями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи.

Управление. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД), то специальными компьютерными средствами для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, как ГИС, так и не ГИС приложениях.

Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или гра-фика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались на столетия. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками и таблицами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

Связанные технологии. ГИС тесно связана рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не существует единой общепринятой классификации информационных систем, приведенное ниже описание должно помочь дистанциировать ГИС от настольных картографических систем (desktop mapping), систем САПР (CAD), дистанционного зондирования (remote sensing), систем управления базами данных (СУБД или DBMS) и технологии глобального позиционирования (GPS).

Системы настольного картографирования используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является базой данных. Большинство систем настольного картографирования имеет ограниченные возможности управления данными, пространственного анализа и настройки. Соответствующие пакеты работают на настольных компьютерах - PC, Macintosh и младших моделях UNIX рабочих станций.

Системы САПР способны чертежи проектов и планы зданий и инфра-структуры. Для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными параметрами. Они основываются на небольшом числе правил объединения компонентов и имеют весьма ограниченные аналитические функции. Некоторые системы САПР расширены до поддержки картографического представления данных, но, как правило, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять и анализировать большие базы пространственных данных.

Дистанционное зондирование и GPS. Методы дистанционного зонди-рования - это искусство и научное направление для проведения измерений земной поверхности с использованием сенсоров, таких как различные камеры на борту летательных аппаратов, приемники системы глобального позиционирования или других устройств. Эти датчики собирают данные в виде изображений и обеспечивают специализированные возможности обработки, анализа и визуализации полученных изображений. Ввиду отсутствия достаточно мощных средств управления данными и их анализа, соответствующие системы вряд ли можно отнести к настоящим ГИС.

Системы управления базами данных предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные. СУБД оптимизированы для подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка СУБД. Эти системы не имеют сходных с ГИС инструментов для анализа и визуализации.

Создание карт. Картам в ГИС отведено особое место. Процесс созда-ния карт в ГИС намного более прост и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Он начинается с создания базы данных. В качестве источника получения исходных данных можно пользоваться и оцифровкой обычных бумажных карт. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (без деления на отдельные листы и регионы) и не связанными с конкретным масштабом. На основе таких баз данных можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) на любую территорию, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее выделением и отображением требуемыми символами. В любое время база данных может пополняться новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные можно корректировать по мере необходимости. В крупных организациях созданная топографическая база данных может использоваться в качестве основы другими отделами и подразделениями, при этом возможно быстрое копирование данных и их пересылка по локальным и глобальным сетям.

1.3. Виды ГИС

Выделяют следующие виды ГИС. По территориальному охвату различают глобальные, или планетарные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS), пример карты национального парка в Канаде показан на Рисунке 1.

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS), туристические т.п.

Одно из направлений применения ГИС- создание единых муниципальных геоинформационных систем, позволяющих управлять территориально распределёнными службами административной единицы.

Муниципальные геоинформационные системы (МГИС) все чаще становятся неотъемлемой частью систем автоматизации бизнес процессов управления различными отраслями деятельности. Сложно найти отрасль, в которой бы отсутствовало географическое описание тех или иных объектов. Вместе с потребностями в ГИС -технологиях растут и требования к задачам, решаемым МГИС и как результат возможности самих МГИС.

Деятельность государственных и городских организаций не исключение. Еще несколько лет назад к МГИС в городе относились как к инструменту создания и просмотра картографической продукции, на сегодня, перед МГИС стоят задачи на несколько порядков сложнее. В частности, активными пользователями таких систем являются структуры комплекса городского хозяйства, которым МГИС -технологии в первую очередь облегчают процессы учета, управления и принятия решений. Мало того, пользователями информации, созданной в области КГХ являются городские организации других областей деятельности, что повышает ответственность за правильность учета и принятия решений.

Она позволяет более эффективно, удобно и быстро подойти к анализу проблем и решению задач, стоящих перед организацией или группой людей, в частности. Автоматизирует процедуру анализа и прогноза.

Примерами муниципальных геоинформационных систем могут служить Муниципальная ГИС г. Иркутска на базе ГИС "Карта-2005", «Единая цифровая ГИС Челябинска», муниципальная экологическая информационно-аналитическая система г. Киева ("МИАС ЭКОЛОГИЯ г. Киева")

МГИС позволяют проводить анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи.

Глава 2. Муниципальная ГИС г.Губкин

2.1. Назначение системы

МГИС призвана обеспечить поддержку максимально обоснованных управленческих решений по развитию территорий населённых пунктов на основе оперативного предоставления органам власти полной объективной информации о территориальных ресурсах, объектах недвижимости, инженерной и транспортной инфраструктуре, а также планируемых изменениях этих объектов. МГИС предоставляет возможность прогнозирования последствий принимаемых решений, а также информировать о фактическом состоянии территории и её использовании в процессе инвестиционно - строительной деятельности.

Цель создания системы: создание системы единого общегородского банка данных, содержащего сведения о территории и регламентах её использования, объектах недвижимости, транспортной и инженерной инфраструктуре.

Данная структура служит для:

• эффективного автоматизированного информационного обмена между городскими службами;

• улучшения информационного обслуживания органов власти и населения.

В рамках проведения работ по созданию системы решены следующие основные задачи:

• Обследование объектов автоматизации.

• Разработка технического задания МГИС города.

• Разработка технического проекта МГИС города.

• Разработка МГИС.

• Разработка перечня слоев объектов и классификатора объектов.

• Проектирование базы данных МГИС.

• Создание базы данных.

• Разработка программного обеспечения центрального банка данных.

• Разработка программного обеспечения рабочих мест пользователей системы.

• Разработка регламентов обмена информацией между муниципальными службами.

• Согласование регламентов обмена информацией между муниципальными службами.

• Внедрение МГИС.

• Обучение пользователей.

Общие сведения об объектах автоматизации.

Объектами автоматизации являются муниципальные службы и организации, занимающиеся вопросами, связанными с использованием территории городов и объектами недвижимости, находящимися на данной территории.

2.2. Структура и функционирование системы

Перечень основных компонент МГИС, их назначение и основные характеристики.

В состав МГИС входят следующие компоненты:

o Муниципальный геоинформационный банк данных (МГИ БД).

o Программный модуль «Градостроительный паспорт».

o Программный модуль «Адресный план».

o Программный модуль «Реестр документации».

o Программный модуль «Генеральный план».

o Программный модуль «Правила землепользования и застройки».

o Программный модуль «Объекты капитального строительства».

o Программный модуль «Земельные участки».

o Программный модуль «Электрические и осветительные сети».

o Программный модуль «Инженерные сети».

o Программный модуль «Дорожная сеть».

o Программный модуль «Городские сети связи».

o Программный модуль «Социально-гигиенический мониторинг».

МГИС обеспечивает выполнение следующих функций:

• Формирование и ведение МГИ БД.

• Информационное взаимодействие с внешними информационными системами.

• Регистрация и разграничение прав доступа пользователей МГИС.

• Поддержание целостности системы, проверка структуры БД.

• автоматизированной функции добавления записей в таблицы базы дан-ных.

• автоматизированной функции удаления записей из таблиц базы данных.

• автоматизированной функции сортировки записей в таблицах базы данных.

• автоматизированной функции выбора записей из таблиц базы данных, в

• соответствии с требованиями для каждой задачи.

• функции автоматического резервирования базы данных.

2.2. Режимы функционирования МГИС

МГИС функционирует в следующих режимах:

• Рабочий режим.

• Профилактический режим.

Каждая из вышеперечисленных режимов обеспечивает:

• взаимодействие с МГИС по вопросу пополнения и накопления информационного ресурса;

• клавиатурный ввод семантических и (или) графических данных;

• обработку данных (контроль, коррекцию, утверждение, накопление, хранение, защиту);

• работу с информацией в запросном режиме;

• разграничение прав доступа пользователей;

• формирование отчетной информации;

• обработку информации с целью получения различных справочных и отчетных документов.

Структура процессов сбора, обработки и передачи данных в МГИС включает в свой состав и обеспечивает выполнение следующих процедур и функций:

• Клавиатурный ввод семантических и графических данных.

• Выдача регламентированной информации пользователям МГИС.

• Формирование МГИ БД.

• Передача данных во внешние информационные системы согласно типо-вых ЭАР.

МГИС использует данные МГИ БД при взаимодействии со следующими внешними информационными системами:

• Информационная система учета государственной регистрации населения населённых пунктов (реестр населения).

• Муниципальная информационно-аналитическая система Администрации населённых пунктов.

• База данных земельного отдела.

2.3. Функции, выполняемые подсистемами МГИС

Состав АИС, подсистем, комплексов функциональных задач (КФЗ), задач в составе ИСУ определяется функциями, выполняемыми объектами автоматизации.

Задача «Градостроительный паспорт города» обеспечивает выполнение сле-дующих функций:

• Ввод информации составляющей градостроительный паспорт города.

• Обеспечение форматного и логического контроля вводимой информации с выдачей на экран диагностических сообщений.

• Обращение к базе данных, обработка запросов по любой совокупности значений показателей, контроль непротиворечивости с имеющейся ин-формацией в базе данных.

• Формирование выходных документов, вывод их на экран и печать.

Задача «Адресный план города» обеспечивает выполнение следующих функ-ций:

• Ввод в диалоговом режиме информации об адресной организации жилых и производственных зданиях и сооружениях.

• Ввод в диалоговом режиме информации об административных участках участковых уполномоченных милиции.

• Поиск графических объектов по любым атрибутивным данным.

• Определение кратчайшего пути между указанными объектами.

• Вывод атрибутивной информации выбранных пользователем объектов.

Задача «Реестр документации» обеспечивает выполнение следующих функций:

• Ввод информации о проектной, нормативно-правовой, справочной и регламентной документации.

• Обеспечение форматного и логического контроля вводимой ин-формации с выдачей на экран диагностических сообщений.

• Поиск информации в базе данных по любым комбинациям реквизитов документов.

• Формирование выходных документов, вывод их на экран и печать.

Задача «Генеральный план» обеспечивает выполнение следующих функций:

• Ввод в базу данных сформированных схем генерального плана.

• Ввод в базу данных топографической основы.

• Вывод их на экран и печать схем генерального плана.

Задача «Документация по планировке территорий» обеспечивает выполнение следующих функций:

• Ввод информации о документации по планировке территории.

• Поиск информации в базе данных по любым комбинациям реквизитов документов.

• Формирование выходных документов, вывод их на экран и печать.

Задача «Правила землепользования и застройки» обеспечивает выполнение следующих функций:

• Ввод семантической информации о разрешенных видах современного, планируемого и дополнительного использования земельного участка.

• Поиск информации в базе данных по выбранному графическому объекту или по любой комбинации его атрибутивных данных.

• Автоматическое дополнение вводимой информации датой вво-да/корректировки и фамилией сотрудника, осуществившего ввод/корректировку.

• Формирование выходных документов, вывод их на экран и печать.

Задача «Объекты капитального строительства» обеспечивает выполнение следующих функций:

• Ввод атрибутивной информации об объекте капитального строительства: технические, противопожарные характеристики, данные о собственнике, арендаторе, балансодержателе, данные о паспорте технической инвентаризации.

• Обращение к базе данных, обработка запросов по любой совокупности значений показателей, контроль непротиворечивости с имеющейся информацией в базе данных.

• Формирование выходных документов, вывод их на экран и печать.

Задача «Земельные участки» обеспечивает выполнение следующих функций:

• Ввод атрибутивной информации о земельном участке: собственник, арендатор, балансодержатель.

• Импорт данных из базы данных земельного комитета.

• Формирование выходных документов, вывод их на экран и печать.

Геоинформационные системы 📙 Контрольная → 🆔 21049