Исследование геоинформационных систем на примере ГИС «ИНГЕО»

Аннотация 

на  курсовую работу Литке Ксении Викторовны

                                                                ^{(Фамилия, Имя,  Отчество)}

на тему: Геоинформационные системы

     Курсовая  работа по дисциплине «Проектирование  ИТ-инфраструктуры предприятия» изложена на 28 страницах, включает 5 рисунков. Для ее написание использовано 20 источников.

     Цель  курсовой работы заключается в  исследовании геоинформационных систем, применяемых  в России.

     В теоретической части данной работы в полном объеме раскрывается понятие  геоинформационной системы, рассматриваются  ее виды и область применения.

     В практической части данной работы  более подробно рассматривается  геоинформационная система на примере  ГИС «ИНГЕО».

     Курсовая  работа по дисциплине «Проектирование  ИТ-инфраструктуры предприятия» рекомендуется студентам,  обучающимся на факультете информационных технологий. 
 
 
 
 
 

Исполнитель

студентка группы 32ИМ(СО)                                        /К.В. Литке 
 
 
 
 
 

Оглавление 

Введение…………………………………………………..………………..……….3

1 Геоинформационные системы……….…………..……………..……………….5

     1.1 Общее представление…………………………………………...……….5

     1.2 Составные части ГИС……………………………………………...……6

           1.3 Виды ГИС……………………………………………………………….8

           1.4 Основные характеристики ГИС……….………………………………9

           1.5 Задачи, решаемые ГИС…………………………………….………….11

           1.6 ГИС среди информационных технологий……………………………15

           1.7 Основные этапы создания ГИС……………………………………….16

           1.8 Области применения ГИС…………………………………………….19

2 ГИС  «ИНГЕО»…………………………………………………………………..21

Заключение………………………………………………………………………..25

Библиографический список……………………………………………………...26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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.

     Современные информационные технологии должны давать возможность вводить, обрабатывать, корректировать, дополнять зрительными  образами любые виды информации; получать пространственные и временные характеристики требуемых ресурсов; адекватно оценивать  ситуацию для эффективного контроля, прогнозирования и управления, а  также для облегчения принятия решений  разнообразных экономических, социальных и научно-производственных задач. Всем этим требованиям соответствуют  информационные технологии, получившие название геоинформационные системы. В настоящее время использование информационных систем выходит за рамки узкого круга специально подготовленных операторов и программистов, необходимость постоянной работы с информационными системами возникает у большего числа пользователей. С помощью интегрированных информационных систем успешно решаются задачи управления, бизнеса, мониторинга не только специалистами, но и руководителями всех звеньев. Главным требованием в современном мире не только для специалистов-программистов, и руководителей всех звеньев является умение справляться с большими потоками информации, обрабатывать их и применять новые технологии с целью решения задач управления, мониторинга или ведения собственного бизнеса. 

     Целью исследования является исследование геоинформационных  систем на примере ГИС «ИНГЕО».

     Задачи:

     1)определить основные характеристики, состав и функции геоинформационных систем;

     2) выполнить обзор применения ГИС «ИНГЕО».

     3)Проанализировать функции, возможности и задачи, на примере ГИС «ИНГЕО».

     Объектом исследования является – геоинформационные системы.

     Предмет исследования – ГИС «ИНГЕО». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Геоинформационные системы

1. 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 течение ряда лет проводились исследования по возможности применения ГИС-технологий для решения задач различных отраслей. На современном рынке ГИС - технологий целый ряд продуктов России и дальнего зарубежья занимают прочные позиции.

     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, прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.

     Геоинформационные системы (ГИС) – это интегрированные  в единой информационной среде электронные  пространственно-ориентированные изображения (карты, схемы, планы и т.п.) и базы данных (БД). В качестве БД могут использоваться таблицы, паспорта, иллюстрации, расписания и т. п. Такая интеграция значительно  расширяет возможности системы  и позволяет упростить аналитические  работы с координатно-привязанной  информацией.

     ГИС характеризуются следующими положительными моментами:

1. наглядность представления семантической информации из БД за счет отображения взаимного пространственного расположения данных;
2. увеличение информационной емкости продукта за счет связи пространственно-ориентированных изображений с семантической информацией из БД;
3. улучшение структурированности информации и, как следствие, повышение эффективности ее анализа и обработки.

     Традиционный  набор функций ГИС при работе с картой включает:

1)  показ карты в различных масштабах;

2. выбор набора слоев информации для показа;
3. зависимость внешнего вида объектов от их семантических характеристик;
4. оперативное получение информации об объекте при выборе его курсором мыши;
5. возможность распечатки любых фрагментов карты.

2. 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 простой, 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. 

3. Виды  ГИС

     ГИС включают в себя возможности: СУБД, редакторов растровой и векторной графики, редакторы аналитических средств. Эти системы применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне.

     По  территориальному охвату различают  глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS).

     ГИС различаются предметной областью информационного  моделирования, к примеру, городские  ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS) Шаблон:Nobr; среди них особое наименование, как особо широко распространённые, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

     Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.  

4. Основные  характеристики ГИС

     Существует  два основных метода представления  географических данных. Первый - растровый  заключается в разделении исследуемого пространства на элементы/ячейки, как  правило, равные по величине. В результате получается регулярная сетка (растр, матрица, грид), каждый из элементов которой можно описать двумя координатами (x,y или колонка, ряд) и дополнительным значением для каждой ячейки (Z). Самым простым примером растровых данных является - отсканированная карта, также к растровой модели данных относятся космические снимки, цифровые модели рельефа и многие другие данные. Тематически, каждая ячейка растра (элемент изображения, пиксел) может описывать определенное свойство или признак соответствующей ей географической области, например, крутизну склона или высоту над уровнем моря, тип растительности или почвы и т.д. Растровый метод представления данных представлен на рисунке 1. 

 Рисунок 1 – Растровый метод представления данных 

     Второй  метод описания пространственных объектов - векторный, разделяет все объекты  на элементы - узлы, имеющие свои координаты, и соединяющие их дуги (арки). Атрибутивная информация может соотноситься как  с самими элементами (узлами, линиями) так и с целыми объектами, составленными  из этих элементов. Важной характеристикой  векторных данных является приведенный  масштаб - то есть масштаб детальности, которому соответствуют векторные  объекты. Однако эта характеристика не является универсальной и относится  скорее к векторным топографическим  данным, создаваемым по бумажной картографической продукции определенного масштаба. Так как в одном слое могут  находиться объекты созданные с разной детализацией, то часто говорить о масштабе векторных данных - не корректно.

     Точность  соответствия границ векторного объекта (как в прочем и растрового) границам объекта в реальном мире зависит  от количества узлов, которыми этот объект представлен. Круг может быть представлен 10 узлами, а может быть 1000, ни в  том не в другом случае реальным кругом он не станет, но во втором, формально будет обладать большим с ним сходством на более крупных масштабах. Однако при определенных масштабах отображения фигуры будут неразличимы, поэтому при создании картографической продукции важно соотносить масштаб планируемой выходной продукции и масштаб (реальную детальность) используемых векторных и растровых данных. Векторный метод представления данных показан на рисунке 2. 

Рисунок 2 – Векторный метод представления  данных 

5. 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 имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями 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 графика.

     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), 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 (пространст-венные) 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 создания 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. 
 

6. ГИС среди информационных технологий

     На  первый взгляд достаточно очевидным  является только применение ГИС в  подготовке и распечатке карт и, может  быть, в обработке аэро и космических снимков. Реальный же спектр применений ГИС гораздо шире, и чтобы оценить его, нам стоит взглянуть на применение компьютеров вообще, тогда место ГИС будет представляться гораздо яснее.

     Компьютеры  дают не только большее удобство выполнения известных операций с документами, они являются носителем нового направления  человеческой деятельности - информационных технологий, и современное общество основано в значительной степени  на них.

     Информацией в нашем понимании следует  называть все, что может быть представлено в виде букв, цифр и изображений. Так вот, все методы, техники, приемы, средства, системы, теории, направления и т.д. и т.п., которые нацелены на сбор, переработку и использование информации, вместе называются информационными технологиями. И ГИС – одна из них.

     Эта технология объединяет традиционные операции при работе 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 окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.

     Создание  карт и географический анализ не являются чем-то абсолютно новым. Однако технология ГИС предоставляет новый, более  соответствующий современности, более  эффективный, удобный и быстрый  подход к анализу проблем и  решению задач, стоящих перед  человечеством в целом, и конкретной организацией или группой людей, в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза.

     До  начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и  полноценного анализа географической информации с целью обоснованного  принятия оптимальных решений, основанных на современных подходах и средствах.

     В настоящее время ГИС - это многомиллионная  индустрия, в которую вовлечены  сотни тысяч людей во всем мире. ГИС изучают в школах, колледжах  и университетах. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности - будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами - экскурсионный и экстремальный туризм, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи.