21910

Классификация ГИС технологий

Лекция

География, геология и геодезия

Множество задач решаемых современными ГИС научных прикладных образовательных наконец бытовых не поддается исчислению складываясь из необозримого числа достойных внимания и описания объектов реальности помноженных на разнообразие мотивов и целей человеческой деятельности. При всем многообразии типов ГИС возможна их классификация по нескольким основаниям: пространственному охвату объекту и предметной области информационного моделирования проблемной ориентации функциональным возможностям уровню управления и некоторым другим...

Русский

2013-08-04

96.5 KB

48 чел.

ЛЕКЦИЯ № 3

Тема: Классификация ГИС технологий.

Множество задач, решаемых современными ГИС, - научных, прикладных, образовательных, наконец, бытовых, — не поддается исчислению, складываясь из необозримого числа достойных внимания и описания объектов реальности, помноженных на разнообразие мотивов и целей человеческой деятельности.

При всем многообразии типов ГИС возможна их классификация по нескольким основаниям: пространственному охвату, объекту и предметной области информационного моделирования, проблемной ориентации, функциональным возможностям, уровню управления и некоторым другим критериям.

По пространственному охвату различают глобальные, или планетарные, ГИС, субконтинентальные, национальные (зачастую имеющие статус государственных), межнациональные, региональные, субрегиональные и локальные (местные), в том числе муниципальные, и ультра локальные ГИС.

ГИС способна моделировать не только объекты и процессы, локализованные или протекающие на суше (территории), но и на акваториях морей, океанов и внутренних водоемов. Примерами может служить ГИС Черного моря, разработанная в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова [ГИС «Черное море», 1999], или ГИС для мониторинга состояния глубоководного участка газопровода «Голубой поток», проложенного по дну того же Черного моря от поселка Джутба (российское побережье) к турецкому городу Самсун [ГИС-Обозрение, 2000]. Средства ГИС давно и успешно используются в морской навигации.

Гораздо менее известны системы, распространяющие область своего влияния на воздушное пространство (аэроторию): это авиа навигационные системы, системы планирования и выполнения аэросъемок и решения других задач, связанных с воздухоплаванием или обеспечиваемых им.

Наконец, вне земных пределов — в космическом пространстве — ГИС способна решать задачи баллистики и управления полетами и другими передвижениями и действиями космических аппаратов, изучением внеземных объектов (см., например, статьи по автоматизированному картографированию внеземных объектов в материалах международной конференции «ГИС для устойчивого развития территорий» — ИнтерКарто 8, 2002).

Состав (объектовый состав) и структура данных ГИС определяются объектами информационного моделирования, какими являются собственно феномены реальности (лес, земля, вода, население, хозяйство), процессы (наводнения, загрязнение окружающих сред, миграционные процессы), а также нематериальные объекты, или идеи.

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования; среди предметно-ориентированных, как правило, ведомственных ГИС различают, например, природоохранные ГИС, земельные информационные системы (ЗИС), городские, или муниципальные ГИС (МГИС), ГИС для целей предотвращения и локализации последствий чрезвычайных ситуации (ГИС для целей ЧС).

Представление о разнообразии областей использования ГИС дает один из заключительных разделов учебника, посвященный отраслевым геоинформационным проектам и охватывающий лесную отрасль, экологию, земельный кадастр, муниципальное управление, недропользование, деятельность силовых структур, инженерные коммуникации.

Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней научными и прикладными задачами. Они могут быть выстроены в ряд по мере их усложнения и наращивания возможностей управления моделируемыми объектами и процессами: инвентаризация (кадастр, паспортизация) объектов и ресурсов, анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений, экологические и природопользовательские, социально-экономические, земельно-кадастровые, геологические, инженерных коммуникаций и городского хозяйства, чрезвычайных ситуаций, навигационные, транспортные и т.п.

Классификация ГИС по их функциональности мы будем рассматривать позже. Пока же уместно выделить самые общие функции ГИС, вынесенные в ее определение выше: это получение данных, их ввод в компьютерную (точнее цифровую среду), хранение (в том числе обновление, или актуализация), обработка, вывод (например, в форме карт), распространение и использование данных, включая принятие решений на их основе. Классическая схема функций ГИС, предложенная «патриархом» канадской и мировой геоинформатики Р.Томлинсоном и неоднократно воспроизводившаяся отечественными и зарубежными монографиями и учебниками, иллюстрируется рис. 1. Соответственно этим обобщенным функциям выделяются структурные единицы ГИС: ее подсистемы (блоки, модули), включая подсистему ввода, и т.д.

Сбор

данных

Обработка

данных

Концептуальные и формальные модели анализа данных

Процесс принятия решений

Рис. 1. Функции географической информационной системы

Применительно к ГИС, создаваемым на российскую территорию, известна их классификация по уровню управления, закрепленная в проекте ГОСТа «Геоинформационные системы. Общие требования», разработанного в 2002г. Техническим комитетом по стандартизации ТК 394 «Географическая информация/геоматика» Госстандарта России. В зависимости от уровня органов государственного управления, использующих ресурсы геоинформационной системы, различают ГИС федерального, регионального и специального назначения, причем под последними понимаются системы, используемые для обслуживания информационных потребностей конкретных отраслей народного хозяйства.

Классификация ИС по признаку структурированности задач.  Эффективность работы информационной системы зависит от степени формализации задач, а значит от уровня автоматизации и определяемой степени участия человека при принятии решения на основе получаемой информации. При создании или классификации информационных систем неизбежно возникают проблемы, связанные с формальным – математическим или алгоритмическим описанием решаемых задач. Чем точнее математическое описание задачи, тем выше возможности компьютерной обработки данных и тем меньше степень участия человека в процессе ее решения. По степени формализуемости задач информационные системы можно разделить на три группы:

  •  структурированные (формализуемые) – задачи, где известны все ее элементы и взаимосвязи между ними;
  •  неструктурированные (неформализуемые) – задачи, в которой невозможно выделить элементы и установить связи между ними.
  •  частично структурированные – задачи, где известна лишь часть элементов и связей между ними.

В структурированной задаче удается выразить ее содержание в форме математической модели, имеющий точный алгоритм решения. Подобные задачи носят рутинный характер, их приходится решать неоднократно. Пользователь не участвует в решении задачи, так как решение таких задач полностью автоматизировано.  В неструктурированных задачах, из-за невозможности создания математического описания и разработки алгоритма, решение принимается человеком эвристически на основе собственного опыта и косвенной информации из других источников.

Все геоинформационные системы относится к классу частично структурированных. Получаемая в ней информация анализируется пользователем, который при принятии решения играет определяющую роль.

Рис. 2. Классификация информационных систем по признаку структурированности задач

Модельные и экспертные информационные системы. Для решения частично структурированных задач используются два типа геоинформационных систем: для создания управленческих решений (информационно-поисковые) и для разработки альтернативы решений (аналитические).

Информационно-поисковые геоинформационные системы обеспечивают информационную поддержку пользователя, т.е. предоставляют доступ к информации в базе данных и частичную обработку информации.  Процедуры манипулирования в такой информационной системе обеспечивают следующие возможности:

  •  составление комбинаций данных, получаемых из разных источников,
  •  управление данными с использованием возможностей СУБД,
  •  автоматическое отслеживание потока информации для формирования БД.

Используя возможности обработки данных в информационных системах этого класса (поиск, сортировку, агрегирование, фильтрацию) пользователь получает сведения, на основании которых принимает решение.

Аналитические геоинформационные системы можно разделить на две группы: модельные и экспертные.

Модельные информационные системы  используют для выработки решений математические, статистические и другие модели, которые помогают пользователю при выборе решений. Пользователь получает недостающую ему для принятия решений информацию путем установления диалога с моделью в процессе ее исследования.

Основные функции модельной системы:

  •  возможность работы в среде типовых математических или пространственных моделей,
  •  достаточно быстрая и адекватная интерпретация результатов моделирования,
  •  оперативная подготовка и корректировка входных параметров и ограничений модели,
  •   возможность графического отображения динамики модели,
  •  возможность объяснения пользователю необходимых шагов формирования и работы модели.

Экспертные информационные модели обеспечивают выработку и оценку возможных решений за счет создания экспертных систем, связанных с обработкой знаний. На первом уровне работы экспертной модели пользователь при выборе альтернативы исходит из концепции типовых решений задачи. Для реализации экспертной поддержки должен быть выработан информационный фонд хранения и анализа типовых решений. Если ни одно из типовых решений не устраивает пользователя, переходят на второй уровень экспертной поддержки. На этом уровне генерируют альтернативы решений, исходя из правил преобразования и процедур оценки синтезированных альтернатив.

При решении задач недропользования применяют оба подхода принятия решений. В качестве моделей  используют типовые геологические модели.

Геоинформационные системы в зависимости от характера использования информации можно разделить на две группы:

  •  информационно-поисковые,
  •  информационно-решающие.

Функции информационно-поисковых систем позволяют  производить ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных.

Информационно-решающие системы осуществляют все операции переработки информации по различным алгоритмам. По степени воздействия полученной информации на принятие решений можно выделить два класса информационно-решающих систем:

  •  управляющие,
  •  советующие.

Управляющие ГИС вырабатывают информацию, на основании которой пользователь принимает решение. Для таких систем характерны типы задач расчетного характера и обработка больших объемов данных.

Советующие ГИС вырабатывают информацию, которая может быть принята пользователем к сведению, но не превращается немедленно в серию конкретных действий. Эти системы обладают достаточно высокой степенью интеллекта, для них характерна обработка знаний, а не данных.

По назначению геоинформационные системы в зависимости от целевого использования и характера решаемых задач можно разделить на несколько классов:

  •  многоцелевые,
  •  информационно-поисковые,
  •  мониторинговые и инвентаризационные,
  •  исследовательские,
  •  принятия решений,
  •  учебные,
  •  издательские.

Классификация ГИС по способу организации геоданных. В зависимости от форматов ввода, хранения, обработки и представления картографической информации выделяют следующие виды ГИС:

  •  векторные,
  •  растровые, векторно-растровые,
  •  трехмерные.

Классификация геоинформационных систем по уровням управления. Уровни управления системой определяются уровнем квалификации пользователя. Условно выделяют три уровня управления:

  •  оперативный (операционный),
  •  функциональный (тактический),
  •  стратегический.

Соответственно за работу каждого уровня информационной системы отвечают пользователи различной квалификации.  Нижний уровень работы геоинформационной системы – это уровень специалистов исполнителей. В геоинформационной системе на оперативном  уровне происходит создание цифровых моделей,  установление связей, редактирование, хранение и выдача информации пользователям и во внешние информационные системы. Задачи, цели и источники информации на операционном уровне заранее определены и в высокой степени структурированы. Информационная система этого уровня является связующим звеном между пользователями системы на более высоких уровнях и внешней средой. Система этого уровня – основной поставщик информации, содержит как оперативную, так и архивную информацию.

Информационные системы тактического (функционального) уровня дают возможность специалистам, работающим с данными, повысить продуктивность и производительность работ инженеров и проектировщиков. Задача этого уровня – интеграция и обработка оперативной и архивной информации с целью получения новых знаний. По мере информатизации общества развитие экономики   все больше зависит от уровня развития таких систем. Информационные системы тактического уровня используются специалистами для мониторинга процессов, интерпретации полученной информации  и принятия решений. Можно выделить два типа систем этого уровня – управленческие и системы поддержки принятия решений.  Источником информации для систем этого уровня служат системы оперативного уровня. Управленческие ГИС имеют крайне небольшие аналитические возможности и служат для поддержки принятия решений по оперативной обстановке. Системы поддержки принятия решений обслуживают частично структурированные задачи, осуществляют прогноз ситуаций. Они имеют мощный математический аппарат. Информацию получают из управленческих систем своего уровня и  с нижнего операционного уровня. Характеристики систем поддержки принятия решений:

  •  обеспечивают решение проблем, развитие которых трудно прогнозировать,
  •  оснащены сложными инструментальными средствами моделирования и анализа,
  •  позволяют легко изменять поток входных данных и постановку решаемых задач,
  •  имеют технологию, максимально ориентированную на пользователя.

Рис. 3. Уровни управления

ГИС как системы проектируются, создаются и эксплуатируются в комплексе составляющих их компонентов (блоков, подсистем, функциональных модулей), обеспечивающих функциональную полноту, адекватную решаемым задачам, возможность расширения функций и модификации системы.

Реализация ГИС — многоэтапный процесс, включающий исследование предметной области и требований пользователя к системе, ее технико-экономическое обоснование (анализ соотношения «затраты — прибыль»), системное проектирование, детальное проектирование на уровне НИОКР, тестирование и прототипирование, опытную и штатную эксплуатацию.

Говоря об объектах информационного (геоинформационного) моделирования в ГИС, мы предполагали достаточность их описания в терминах пространственных координат. Решение многих задач предполагает необходимость координирования пространственных объектов во времени. Задание четвертой координаты объекта (времени) позволяет ввести понятие пространственно-временных данных. Ими оперируют пространственно-временные ГИС.

Резюмируя все сказанное, под географической информационной системой будем понимать аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных, информации и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества. Иногда этап сбора данных, осуществляемый методами дистанционного зондирования, глобального позиционирования и другими методами, сводят к технологии их ввода в ГИС. Последнее, что надо сказать о термине «ГИС», — это о его втором значении как синонима программных средств ГИС, программного продукта ГИС, программного обеспечения ГИС, реализующего функциональные возможности ГИС в первом и основном его значении.

 

Контрольные вопросы:

  1.  Дайте классификацию ГИС.
  2.  Какие критерии используются при классификации ГИС?

PAGE  11


Решение

Предсказание

Объяснение

Изменение

Описание

Наблюдение

информационные системы

для частично структурированных или неструктурированных задач

для структурированных задач

(автоматизация решение)

создающие управленческие отчеты

разрабатывающие альтернативы решений

модельные

экспертные

Стратегический

Функциональный (тактический)

Оперативный (операционный)

Менеджеры  высшего звена

Менеджеры  среднего уровня  и специалисты

Исполнители

УРОВНИ УПРАВЛЕНИЯ

УРОВНИ КВАЛИФИКАЦИИ

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55771. You are what you eat. Ви є те, що ви їсте 466.5 KB
  Welcome to McDonald’s, dear friends! Nice to meet you here! We’re not going to eat here, but see how they prepare the meals. What are the most popular dishes at McDonald’s? How do we call the lunch box at McDonald’s?
55772. Системи лінійних рівнянь 1.77 MB
  При вивченні цієї теми учні отримують новий потужний апарат розв’язання задач який буде використовуватись і далі. Використання цієї програми дає змогу вчителю значно...
55774. Внеклассное мероприятие по французскому языку 64.5 KB
  Bonjour mesdmes et messieurs Dns un instnt on v commencer Instllezvous dns votre futeil bien gentiment Доброго дня пані та панове За мить ми розпочнемо Розташовуйтесь зручніше ujourd’hui nous nous sommes reunit pour jouer un peu et bien sûr pour svoir qui est plus intelligent prmi les onzièmes clsses. Permettezmoi de vous présenter des équipes : Дозвольте вам представити команди: L’équipe de 11 clsse ___________________ le chef est _______ Команда 11а класу Кістка вишні командир Тімченко Поліна L’équipe de 11B clsse...
55775. Пізнаємо себе 37 KB
  Слайд 1 Ми з вами будемо розмовляти про емоції почуття риси характеру навчимося керувати своїми емоціями. Слайд 2 Зверніть увагу зараз ми з вами знаходимося у дружньому колі ми всі рівні.
55776. Стиснення, архівування та розархівування даних. Програми-архіватори 48 KB
  Мета: Навчальна: сформувати вміння учнів використовувати програми-архіватори для стиснення архівації та розархівації файлів; Розвивальна: розвивати логічне мислення формувати алгоритмічний стиль думки поглибити знання учнів про впорядкування інформації в комп’ютері...
55777. ЕТНОГРАФІЧНА ПОДОРОЖ УКРАЇНОЮ 64 KB
  До розповсюджених на Україні художніх промислів відносяться вишивка виробництво художніх тканин килимарство різьбярство взагалі художня обробка дерева гончарство гутне скло художнє ковальство обробка металів і ювелірних виробів розпис тканин...
55778. Зародження дисидентського руху в Україні та його особливості. Активізація опозиційного руху в 60-80-х роках XX ст. Василь Стус. Сходження на Голгофу слави. Життєвий і творчий шлях 387.5 KB
  Метою розробки є розкриття процесу зародження дисидентського руху з’ясування мети та основних цілей дисидентів ознайомлення студентів із провідними учасниками дисидентського руху визначення...
55779. Розробка «робочих матеріалів» як ефективний засіб навчання учнів при написанні творів за картиною 552 KB
  При складанні робочих матеріалів учитель має нагоду попередити виникнення певних помилок наприклад неправильне використання прийменників порушений граматичний зв’язок слів у словосполученні реченні уникати тавтології русизмів тощо.