Классификация ГИС

Классификация ГИС по признакам

     Геоинформационные системы (далее – ГИС) – это интегрированные в единой информационной среде электронные пространственно- ориентированные изображения (карты, схемы, планы и т.п.) и базы данных (далее – БД). В качестве БД могут использоваться таблицы, паспорта, иллюстрации, расписания.

     Современные ГИС предоставляют цифровые инструменты  для  организации и оперирования пространственными данными, моделирования  происходящих в пространстве  процессов, визуализации этих данных, моделей  и процессов с помощью развитых компьютерных средств, специализированных инструментов обработки  и анализа  геоданных. Современные ГИС расширяют мощь географических методов.

     Географический  подход подразумевает использование  принципов географической науки  с поддержкой ГИС как основы для  понимания нашего мира и применения географического знания для направления  и корректировки человеческой деятельности, образа мышления людей при решении  имеющихся проблем. Ключевой метод  географического подхода заключается  в интегрировании  многих факторов и их представлении на карте, в  их комплексном рассмотрении и интерпретации  за счет картографического наложения  друг на друга отдельных слоев  данных, которые  группируются по тематическому  признаку. Этот классический метод  стал популярен еще  в 1980-х годах  после выхода ряда фундаментальных  работ по теоретической и прикладной географии.

     Разработка  и внедрение ГИС позволило  при планировании заменить наложение  калек  со слоями карт их цифровыми  представлениями, которые можно  интегрировать  и моделировать с  использованием мощных инструментов количественного  пространственного анализа. Эти  взвешенные наложения объединяют разнообразные  значимые факторы на основе научных  или целевых соображений относительно требуемого решения или конкретной задачи исследования. Примером может  служить карта, которая показывает относительную пригодность ландшафта  для выбора конкретного типа землепользования, размещения нового объекта, когда требуется  учесть особенности данной территории.

     Использование современных геоинформационных технологий позволяет максимально упростить, упорядочить и вывести на качественно новый уровень обмен информацией и ее представление. Создание такой системы даст возможность избавиться от огромного количества разбросанных и зачастую не взаимосвязанных друг с другом таблиц и перейти на более высокий уровень работы с данными посредством визуального анализа пространственных распределений с сохранением точности и информативности.

     Возможности ГИС могут быть задействованы  в самых различных областях деятельности:

     1.Административно  – территориальное управление.

     2.Телекоммуникации.

     3.Инженерные  коммуникации.

     4.Транспорт.

     5.Нефтегазовый  комплекс.

     6.Силовые  ведомства.

     7.Экология.

     8.Лесное  хозяйство.

     9.Сельское  хозяйство и другие.

     Используя новейшие инструменты работы, можно  получить возможности:

     1.Автоматического  создания цифровых карт и одновременного  сокращения продолжительности технологического  цикла.

     2.Проведения  сложного пространственного анализа,  моделирования и прогнозирования  с использованием стандартных  средств программного обеспечения.

     3.Редактирования  пространственного, графического  и атрибутивного представления  объекта.

     4.Отбора  объектов по их графическим  свойствам.

     5.Упрощения  обработки результатов инженерных  изысканий.

     6.Сохранения  информации во внешних базах  данных, работы с самыми распространенными  форматами хранения информации  и пр.

     ГИС позволяет решать целый спектр задач  по различным направлениям геоинформатики, а именно:

     1.Геодезия  и картография:

     а)создания топографических планов на основе данных полевой съемки;

     б)первоначальный ввод данных геодезических измерений;

     в)обработка и создание цифровых  моделей местности;

     г)создание карт различной направленности путем векторизации;

     д)редактирование, компоновка и издание карт.

     2.Земельные  информационные системы (ЗИС):

     а)землеустройство, создание генпланов и трехмерных моделей местности;

     б)инженерная геология;

     в)организация рельефа;

     г)благоустройство и озеленение;

     д)земельный кадастр;

     е)градостроительный кадастр.

     3.Инженерные  коммуникации и сети:

     а)проектирование  инженерных сооружений (строительство дорог, подготовка стройплощадок, расчеты по гидрологии и гидравлики и т.д.);

     б)проектирование профилей наружных коммуникаций (сети водо-, теплоснабжения, газопровод и канализация).

     4.ГИС  как класс системы поддержки  принятия решений  (СППР):

     а)муниципальные ГИС (задачи управления городом: мониторинг, анализ и прогнозирование параметров жизни города и его населения);

     б)территориальные ГИС (задачи управления субъектов федерации: управление финансовыми, природными и людскими ресурсами, мониторинг и прогнозирование социально-экономической и демографической ситуации в регионе, моделирование и анализ портрета региона и т.д.);

     в)задачи служб чрезвычайных ситуаций. 

Классификация ГИС по признакам

     Земельные информационные системы (ЗИС)

     Земельные информационные системы (ЗИС, Land Information System - LIS) были вызваны к жизни развитием аграрных наук и необходимостью ведения кадастра.  Основное  назначение  таких систем   сбор  точных геометрических данных, сбор данных о состоянии почвы, и связанных с ними  тематических  данных.  

     Низшая  геодезия (топография)  и  ведение  кадастра –  основные приложения подобных систем.

     Геодезия (греч.) - наука, исследующая размеры, форму и рельеф земной поверхности и способы изображения ее на картах и планах. Разделяется на: 

     1) высшую  геодезию, имеющую предметом изучение  общей фигуры земли независимо  от разнообразия рельефа  

     2)  низшую  геодезию,  или  топографию,  изучающую  неровности рельефа  отдельных частей суши и способы  их измерения. 

     Кадастр – это реестр, содержащий перечень об объектах  налогообложения.  Понятие  кадастра  включает  систему метрических  и  юридических  данных.  Эти  данные  необходимы  для налогообложения  земельных  участков,  собственности,  а  также регистрации юридических  прав. 

     Появление термина кадастр относят ко времени  правления Римского правителя Августа(27 год до н.э. – 14 год н.э.). Он ввел единицу учета сбора дани  на землю capitigum  и ввел  перепись  населения capitum registrum, эти слова слились в одно  - capitastrum и затем catastrum. 

     Вообще  существует  несколько  типов  кадастра:  земельный, городской, водный и др.  Земельный кадастр имеет  следующие основные функции:   

• обеспечение  рационального  использования  земельных ресурсов страны;  
• улучшение сельскохозяйственного производства;  
• охрана земель от эрозии, заболачивания, засоления и других вредных процессов,  снижающих плодородие почв;
• решение задач об изъятии земель для не сельскохозяйственных нужд.

     Государственный  земельный  кадастр  -  единая, государственная система признания  и удостоверения государством факта  возникновения, существования или  прекращения существования объектов кадастрового  учета.  Внесенные  в  учетные  формы  сведения  об  объекте кадастрового  учета  являются  единственным  доказательством  существования учтенного объекта  в границах, признанных при его  учете.

     Действующее законодательство определяет, что земельный  кадастр ведется Государственным  земельным комитетом и его  территориальными органами. В соответствии с этим кадастр имеет иерархическую  структуру:   

• федеральный государственный земельный кадастр,
• государственные  земельные  кадастры  субъектов  республики,
• земельные  кадастры  муниципальных  государственные образований.

     В  процессе  государственного  кадастрового  учета  объекту присваивается  кадастровый  номер.  Государственный  кадастровый  учет осуществляется  по  месту  нахождения  объекта  кадастрового  учета  в соответствующем  земельном  органе.  Учетными  единицами  в государственном  земельном  кадастре  являются  земельные  участки  и территориальные  зоны.

     Кадастровые  номера  служат  основой  государственного  кадастра. Кроме  ведения  кадастра  ЗИС  используют  для  повышения  эффективности  исследования и использования природных ресурсов. Земельную информационную  систему можно рассматривать как подсистему  системы для принятия  решений в отношении землепользования и землевладения в стране. Одновременно она является подсистемой социально-экономической системы. 

     Информационная  система  земельных  угодий - это инструмент   для принятия  решений в области права,  управления  и хозяйствования.  Она состоит с одной стороны из сбора   данных относительно  почв  и  земель  данного региона,  а с другой стороны из практики  и   методов   систематического   сбора   этих   данных,   их актуализации, обработки и преобразования. 

     Таким образом,  ЗИС – это ГИС достроенная  системой правовой поддержки принятия решений. 

     Основу  ЗИС составляет единая обширная система  хранения данных,  которая также  облегчает  соединение хранящихся  в системе  данные  с другими данными о земле.  

     Основные  черты ЗИС:

     o  сбор,   управление,   анализ   и   представление   данных  - компоненты системы;

     o  статичная,  не  изменяющаяся,  ограниченная  определенной целью модель данных;

     o  высоконадежное  управление  редко меняющимися данными высокой степени защиты,

     o  система вектор - ориентирована;

     o  размерность   геометрических   данных  2Д (кадастр недвижимости до 2.5Д);

     o  статичность в типах запросов.  

     Земельные  информационные  системы  в основном  работают  в области  крупных  масштабов.  Но  в  последнее  время  обозначилась тенденция  использования  этих систем как подсистем пространственных информационных систем в области  средних и мелких масштабов в  связи с рассмотрением  и  проектированием  этих  систем  для  разных  уровней  управления. 

     Территориальные  информационные  системы  планирования  и развития

     Территориальные информационные системы (ТИС или  в английском  Space Information System – SIS, Region Information System - RIS)  являются развитием ЗИС и выходом их на уровень тактического и стратегического планирования. Некоторые авторы относят этот класс систем также к ЗИС, но с дополнением их функциями поддержки новых уровней взаимодействия.  

     Исходно  ЗИС  работает  на  операционном  уровне-уровне, обеспечивающем способность  выделять различные характеристики земли: типы почв, растительный покров, близость к чему либо и т.д., а также способность  увязывать  эти  характеристики  между  собой  и  с  правыми нормами. 

     Кроме операционного уровня в иерархических  системах управления рассматривают  еще два уровня: тактический и  стратегический. 

     На  тактическом уровне осуществляется анализ и разрабатываются новые регламентные  методы  работы,  которые затем утверждаются  на высшем уровне. На этом уровне осуществляется подготовка предложений по изменению тактики работы. Т.е. основная задача тактического уровня – подготовка принятия решения.

     Стратегический  уровень – это высший уровень  управления. На этом уровне принимаются  глобальные решения  управления. Информация для этого уровня должна поступать  в очень сжатой обобщенно-аналитической  форме. 

     Поэтому системы обеспечивающие поддержку  этого уровня должны иметь  мощные  встроенные  средства  статистической  обработки  или оперативно-аналитические  средства, построенные на основе OLAP (OnLine Analytical Processing). 

     К  данным  системам  относятся   информационные  системы государственной  статистики,  решающие  широкий  спектр  задач, возникающих  при  переписи  населения,  сборе  экономических  данных  и данных о населенных пунктах. Эти системы используются для  разработки  программ развития городов, регионов и в целом страны. Данные системы строятся на основе ЗИС, дополняясь средствами статистического  анализа и прогнозирования. 

     Территориальная информационная система (ТИС) -  это  инструмент принятия решений на различных  уровнях управления, планирования  и  развития  стран,  регионов,  областей  на  основе комплексного  анализа  и  мониторинга  географически  распределенных параметров. 

     Мониторинг  параметров  включают  в  себя:  сбор   данных по развитию  населения,  экономики населенных  пунктов и инфраструктур, использование   площадей  и природных ресурсов.   Также    важной составной   частью данных информационных систем являются описание практики и методов сбора, актуализации и преобразования данных. Основу системы составляет единое отношение к пространству, которое соединяет данные разных типов в единое целое. 

     Некоторые основные черты ТИС:   

• сбор  данных,  управление,  анализ  и  представление  данных  - компоненты системы;   
• возможность построения произвольных моделей объектов;  
• наличие высокопроизводительных, надежных баз данных;  
• высокая интерактивность; 
• наличие  мощных  средств статистического  и пространственного анализа;  
• вектороориентированность с тенденциями к гибридным ГИС;
• размерность геометрических данных   от 2Д до 2.5Д;  
• мощная подсистема   визуализации.    

     Территориальные  информационные   системы  работают  в  области средних  (от  1 : 10 000  до  1 : 100 000)  и мелких  масштабов (от 1 : 100 000 до  1 : 1 000 000).  Основные  области их применения находятся в региональном планировании,  официальной статистики,  в   планировании строительства, землеустройстве и т.п.

     К данному  классу систем относятся следующие  системы:

• Управление  земельными  ресурсами,  земельные  кадастры регионального уровня.   
• Проектирование,  инженерные  изыскания  и  планирование  в градостроительстве,  архитектуре,  промышленном  и транспортном строительстве.  
• Управление  природными  ресурсами (водными,  лесными  и т.д.). 
• Геология, минерально-сырьевые ресурсы и горнодобывающая промышленность.  
• Планирование  развития  транспортных  и телекоммуникационных сетей.     
• Комплексное  управление  и  планирование развития территории, города.  
• Безопасность, военное дело и разведка.

     Экологические  информационные  система  и  системы  поддержки принятия решений в чрезвычайных ситуациях 

     Наряду  с  территориальными  информационными  системами информационные системы  защиты  окружающей  среды (Экологические 

     Информационные  системы – ЭИС, Ecological Information System - EIS) и геоинформационные  системы гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций (ГИС ГО и ЧС)  также представляют собой большую группу ГИС.  

     Экологическая  информационная  система (ЕИС, EIS) - это  расширенная ГИС, которая служит сбору, хранению,  обработке  и  представлению  пространственных,  временных и тематических данных в  целях   описания   состояния   окружающей   среды   в  условиях  ее загрязнения и образует основу для принятия мер.

     Применение  ИСЗОС простирается от  сбора  проб  радиоактивности до картографирования   биотопов и сохранения  разнообразных  видов.  В основном  эти  системы  применяют  в  области  средних  и мелких  масштабов, но  есть  и задачи, решающиеся в более крупных масштабах, например,  в лесном хозяйстве,  в утилизации отходов или  охране водного хозяйства. 

     ГИС ГО И ЧС – это геоинформационная система предназначенная для поддержки принятия решений в области гражданской обороны в условиях возникновения чрезвычайных ситуаций.  

     Два этих типа систем похожи по назначению, отличает их только мера  оперативности.  Второй  класс  должен  обладать  значительно  более быстрым временем реакции на запросы пользователей. И ЭИС и ГИС ГО и ЧС должны содержать богатые аналитические  методы, оперяющиеся на математические  модели,  средства  пространственного  моделирования природных  и  техногенных  процессов,  богатые  возможности  по визуализации.   

     Приведем  основные признаки таких систем:   

• сбор  данных,  управление,  анализ  и  представление  данных   - компоненты процесса;
• гибридоориентированность,  то  есть  в системе одновременно  хранятся  данных векторного и растрового типов;   
• наличие  алгоритмов  для  моделирования  природных  и техногенных процессов;
• методов    наличие  эвристических,  стохастических моделирования и встроенных экспертных систем (ЭС);   
• большое количество атрибутивных данных;   
• быстро изменяющиеся во времени данные;   
• размерность  геометрических  данных  от 2.5Д  до 3Д, размерность самой ГИС до 4Д.   
• мощная система визуализации

     Имитационное  компьютерное  моделирование,  проводимое  с помощью данных систем,  называется проверкой стойкости окружающей среды.

     При этом проверяется такое воздействие на окружающую среду как запланированные  мероприятия,   например,  строительство  дорог  или заводов или возможное воздействие в результате чрезвычайной ситуации. 

     Области применения этих систем следующие:    сбор сведений и поддержания качества воздуха, земли и воды;    определение степени вреда растений и риска для здоровья;    проверка    воздействия   радиоактивности,   химических  веществ  и отходов на окружающую среду;    сохранение   разнообразия   видов   через  создание  биотопов  и заповедников.

       Новое  научное  направление  -  экологическая  информатика  -  признанная  специалистами   область   знаний,   помогающая   решить  вопросы  экологии,  экосистем,  исследования  экосистем,  кругооборота веществ  и   энергии  преимущественно   базируется  на  использовании   и методах построения ЭИС.   

     Промышленно-картографическая информационная система 

       Промышленно-картографические  информационные  системы представляют  собой   самую  большую группу пользователей  ГИС. Они оказали значительное  влияние на развитие векторориентированных ГИС. 

     Их   задачей   является   документирование   и  обработка   данных о средствах   производства,   то   есть  от  заказов  на  продукцию  через производство  до  отходов  производства.   Для  этого   было  создано выражение  "Facility  Managment" (FM),   управление  средствами производства,  которое в комбинации  с системой   картографирования (Automated  Mapping) привело к созданию систем AM/FM.  

     Промышленно-картографическая информационная система (AM/FM System) - это инструмент сбора, управления, анализа и выдачи  данных  о средствах производства.  Эти данные  опираются   на топологию,  которая должна находится в единых рамках. 

     Приведем  наиболее существенные характеристики ПКИС:  

• сбор  данных,  управление,  анализ  и  представление  данных   в качестве компонентов;
• региональный диапазон действий;  
• доминируют векторные данные;   
• размерность геометрических данных - 2.5Д;
• относительно  сетевых  данных    функциональность  анализа (анализ графов, анализ сетей, оптимальные маршруты) ;  
• много описывающих данных (средств производства);

     Графическая   выдача  ПКИС  в  основном  происходит  в  области крупных масштабов   (1:100   -  1:10000).  Однако,  имеются и случаи применения в средних масштабах.  

     Наряду  с   замкнутыми   системами   типа GRANIS   многие  производители  предлагают  так  называемые  дополнительные  пакеты программ (например  Network Analyst  для ArcView),  которые удовлетворяют  вышеназванным  характеристикам. 

     Геомаркетинговые системы

     Достраивание  ГИС маркетинговыми информационными  системами приводит к понятию  геомаркетинговых систем. 

     Маркетинг -  в  широком  смысле -  философия  управления, согласно которой разрешение проблем потребителей путем эффективного удовлетворения их запросов, ведет  к успеху организации и приносит пользу обществу.

     Геомаркетинг -  синтез  геоинформационных технологий,  технологий  поддержки принятия решений,  технологий визуальной  обработки информации,  маркетинговых технологий, интеграции различных данных и их комплексной обработки.

     Геомаркетинг включает те же концепции, что и обычный маркетинг. Его возникновение стало возможным благодаря появлению новых информационных  технологий  и информационного маркетинга.

     Методология геомаркетинга основана на методологии информационного маркетинга.

     Круг  задач, решаемых геомаркетингом на уровне технологий гораздо шире того круга задач, которые решаются методами обычного маркетинга.

     Можно  утверждать,  что  геомаркетинг  решает практически  все  задачи, решаемые методами обычного маркетинга [Иванников].

     Геомаркетинговые  информационные  системы возникли  на  основе  интеграции  геоинформационных  систем  и маркетинговых информационных систем. 

     Применение  геомаркетинговых систем и технологий целесообразно там,  где возникает потребность работы  с пространственно-локализованными данными или необходимо  применять для поддержки принятия  решений тематические  карты с деловой графикой. Пространственная локализация может быть грубой или точной.

     Точная  пространственная  локализация  данных  должна осуществляться  при  работе  с  картографической  информацией  или  на участках, где необходим  учет кривизны земной поверхности (20 x 20 км).

     Геомаркетинговые  информационные  системы работают  с пространственно-локализованными данными,  включающими классификацию и позиционирование.

     В настоящее  время сложились целые направления  и их производные, связанные с  использованием технологий геомаркетинга:   

• Геомаркетинг  мест:  геомаркетинг  жилья,  геомаркетинг  зон хозяйственной застройки,  геомаркетинг  инвестиций  в земельную собственность,  геомаркетинг  мест  отдыха, природоресурсный геомаркетинг 
• специальный  геомаркетинг:  геомаркетинг  лиц,  геомаркетинг организаций,  общественный  геомаркетинг,  политический геомаркетинг.

     Приведем  определения  наиболее  интересных  ответвлений геомаркетинга:

     Геомаркетинг  мест -  группа  геомаркетинговых технологий,  предпринимаемая с целью создания,  поддержания или изменения отношений и поведения, касающихся конкретных мест. 

     Природоресурсный геомаркетинг включает в себя хозяйственное освоение,  продажу,  привлечение инвестиций  в природоресурсные региональные образования.

     Геомаркетинг  лиц -  деятельность, предпринимаемая для создания,  поддержания или изменения позиций и поведения по отношению к конкретным лицам, проводимая в рамках определенных  территориальных образований.  Две наиболее распространенные формы этой деятельности - маркетинг знаменитостей и маркетинг политических кандидатов.

     Политический  геомаркетинг - это деятельность, предпринимаемая для создания,  поддержания или изменения позиций и поведения по отношению к политическим деятелям, партиям или организациям  лицам.  Данный  вид геомаркетинга  проводится  в рамках определенных территориальных образований.

     Как  правило,  объектами  политического  маркетинга  являются  нетолько отдельные лица или партии, но и политические идеи.

     Политическим  геомаркетингом  занимаются  специальные организации. Особенностью политического геомаркетинга является то, что в отличие от других видов маркетинга направленных на удовлетворение спроса  в реальной  продукции или услугах,  политический  геомаркетинг направлен на  удовлетворение  желаний,  которые в дальнейшем  в большинстве случаев не реализуются.

     Анализ  политической  ситуации,  как  правило,  осуществляют  по территориальным  образованиям: выборным округам, районам, субъектам республики,  экономическим регионам.  Эта геомаркетинговая  задача решается  корректно только  с применением геоинформационных технологий. Она  не  может  быть  решена  с  использованием  технологий обычного маркетинга.