Географические информационные системы (ГИС) / Картографическая информация

Геоинформационная система (ГИС) — система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах.

Понятие геоинформационной системы также используется в более узком смысле — как инструмента (программного продукта), позволяющего пользователям искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности,так и дополнительную информацию об объектах.

Структура ГИС:

  • Данные (пространственные данные):
    • позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности, его координаты в выбранной системе координат;
    • непозиционные (атрибутивные, или метаданные) - описательные текстовые, электронные документы, данные графического типа, включая фотографии объектов, трехмерные изображения объектов, видеоматериалы и т.д.
  • Аппаратное обеспечение (ЭВМ, компьютерные сети, накопители, сканеры, дигитайзеры и т. д.);
  • Программное обеспечение (ОС, приложение и надстройки к нему);
  • Технологии (методы, порядок действий и т. д.);
  • Операторы, администраторы, пользователи.

Типичный набор функций ГИС

  • ввод данных в машинную среду (data input) путем их импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью оцифровывания источников;
  • преобразование или трансформация данных (data transformation), включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;
  • хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;
  • картометрические операции (см. картометрия), включая вычисление расстояний между объектами в проекции карты или на эллипсоиде, длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов;
  • операции обработки данных геодезических измерений (COGO);
  • операции оверлея (наложение);
  • операции "картографической алгебры" (map algebra) для логико-арифметической обработки растрового слоя как единого целого;
  • пространственный анализ (spatial analysis) - группа функций, обеспечивающих анализ размещения связей и иных пространственных отношений объектов, включая анализ зон видимости/невидимости, анализ соседства (см. анализ близости), анализ сетей, создание и обработку цифровых моделей рельефа, анализ объектов в пределах буферных зон и др.;
  • пространственное моделирование или геомоделирование (spatial modeling, geo-modeling), включая операции, аналогичные используемым в математико-картографическом моделировании и картографическом методе исследования;
  • визуализация исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки, включая картографическую визуализацию, проектирование и создание (генерацию) картографических и иных пространственных изображений, включая трехмерные;
  • вывод данных (data output) - графической, табличной и текстовой документации, в том числе ее тиражирование, документирование, или генерацию отчетов (reporting);
  • обслуживание процесса принятия решений (decision making)

Дополнительный набор функций

  • цифровая обработка изображений (данных дистанционного зондирования);
  • средства экспертных систем;
  • средства настройки на требования пользователя (customization);
  • средства расширения функциональных возможностей ГИС:
    • встроенные макроязыки (макросы);
    • инструментарии разработчика (developer's toolkit).

Как работает ГИС?

Каждому пространственному объекту соответствует запись в базе данных с набором атрибутивной информации. ГИС хранит информацию 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.

Примеры слоев

  • Населенные пункты
  • Гидротехнические сооружения (шлюзы, каналы, насосные станции, дамбы)
  • Мосты
  • ЛЭП
  • Газопроводы
  • Заповедные территории (местного, национального и международного значения)
  • Сельхозугодья (пашни, сады, виноградники, пастбища, рисовые чеки)
  • Земли водного, лесного, природоохранного и с/х назначения
  • Растительный покров (плавни, леса)
  • Административное деление, государственная граница
  • Водотоки (реки, протоки, малые реки)
  • Водоемы (озера, рыбпруды и т.д.)
  • Рельеф

Векторная и растровая модели данных

ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных - векторными и растровыми. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных.

В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y (в современных ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата). Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств (например, плотность населения).

Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами (описывает непрерывные объекты и явления). Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке.

Классы решаемых задач

Информационно-справочные задачи

ГИС позволяют просматривать любой участок любой карты из имеющейся базы данных (БД) и получить доступ к информации, связанной с объектами на данном участке карты

Пространственный анализ и моделирование

Класс наиболее сложных, но, в то же время, и наиболее полезных для поддержки принятия решений задач, например, моделирование различных внештатных ситуаций и прогнозирование экологических и социальных последствий аварий.

Источник: Геоинформационные системы

Избранная библиография

Монографии и брошюры

Методы и средства обработки космических гидромелиоративных данных / Труды ГосНИЦИПР (1989) 

Статьи

Аукажиева Ж.М., Даркенбаева А.Б. - Применение геоинформационной системы в картографии (2011) 

Карин С.А. - Интеграция в едином информационном пространстве разнородных геопространственных данных (2012) 

Калитов Д.К., Завалей В.А. , Рахимов Т.А., Салыбекова В.С. - Разработка геоинформационных систем управления ресурсами подземных вод Казахстана для целей интегрированного управления водными ресурсами на основе цифровых гидрогеологических карт масштаба 1:500 000 (2014) 

Кирюшин В.И., Слива И.В. - Применение ГИС-технологий при картографировании и проектировании агроландшафтов (2005) 

Кривоконева Е.Ю., Гончарова И.Ю. - Мониторинг земель с применением ГИС-технологий (2011) 

Корытный Л.М. - Проблемное водно-ресурсное картографирование речных бассейнов Азии (2010) 

Керимбай Н.Н., Какимжанов Е.Х., Макаш К.К, Керимбай Б.С. - Создание и использование региональной ГИС на основе применения web-программирования (на примере Карасайского района Алматинской области) (2015) 

Курбанов Б.Т., Джураев Н.М., Хусамитдинов А.С., Ёдгоров Ш.И., Курбанов Б.Б. - Применение ГИС-технологий в исследованиях влияния инженерно-геологических условий площади строительства гидротехнических сооружений (2015) 

Литвинов А.Г. - Механизм логического вывода и представление компонентов базы знаний в объектно-ориентированной ГИС (2006) 

Рощенко Е.М., Жерельева С.Г. - Географическая информационная система в практике управления водными ресурсами (2001) 

Соколов В.И., Ухалин Ю.С., Тий Л.В. - Информационные системы и базы данных в гидрографическом управлении водными ресурсами (2001) 

Хаитов Б.У. - Построение сети специальных линий на топографической поверхности (2010) 

Хаитов Б.У. - Изохронный анализ топографической поверхности (2010) 

Цычуева Н.Ю., Малахов Д.В. - Методика детектирования орошаемых угодий с использованием спутниковых данных и ГИС (2016) 

Шатова Т. - Геоинформационные системы (2010) 

Шаазизов Ф.Ш. - Система мониторинга состояния крупных водохранилищных гидроузлов Республики Узбекистан (2010) 

Шенбергер И.В. - Основы создания геопространственной информационной системы по экстремальным гидрологическим явлениям (2016) 

Нормативно-методическая и справочная информация

Рощенко Е.М., Беглов И.Ф. - Руководство по использованию Географической информационной системы (ГИС) для национальных контактных точек (2009) 

Диссертации и авторефераты

Рахматуллаев Ш.А. - Совершенствование оперативных методов определения полезной емкости водохранилищ с использованием геоинформационных систем (на примере Акдарьинского водохранилища) (2010) 

Технические нормативы

ГОСТ Р 50828-95 Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования 

ГОСТ Р 51605-2000 Карты цифровые топографические. Общие требования 

ГОСТ Р 51606-2000 Карты цифровые топографические. Система классификации и кодирования цифровой картографической информации. Общие требования 

ГОСТ Р 51607-2000 Карты цифровые топографические. Правила цифрового описания картографической информации. Общие требования 

ГОСТ Р 51608-2000 Карты цифровые топографические. Требования к качеству 

ГОСТ Р 52438-2005 Географические информационные системы. Термины и определения 

ГОСТ Р 52439-2005 Модели местности цифровые. Каталог объектов местности. Требования к составу 

ГОСТ Р 52440-2005 Модели местности цифровые. Общие требования 

ГОСТ Р 52571-2006 Географические информационные системы. Совместимость пространственных данных. Общие требования 

ГОСТ Р 52572-2006 Географические информационные системы. Координатная основа. Общие требования 

ГОСТ Р 52573-2006 Географическая информация. Метаданные 

ГОСТ Р ИСО 19105-2003 Географическая информация. Соответствие и тестирование 

ГОСТ Р ИСО 19113-2003 Географическая информация. Принципы оценки качества 

Ресурсы