48545

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И БД

Конспект

Информатика, кибернетика и программирование

Сергей Щербина Общие сведения о ГИС Большинство используемых данных с которыми работают информационные системы имеют пространственную привязку географические координаты т. Сервисы Google Mps и Google Erths фактически представляющие собой базовую инфраструктуру геоданных продемонстрировали потенциал уже завоевавших популярность географических информационных систем ГИС. Простота ввода и агрегации данных с помощью сервиса Google Erth позволяет видеть в нем прообраз ГИС будущего простых в использовании открытых сред.

Русский

2013-12-11

2.06 MB

33 чел.

PAGE  221

X ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И БД

Общие сведения о ГИС

Что такое пространственные данные?

Стандартизация в области ДЗЗ и ГИС

Обзор существующих ГИС

Источники пространственных данных

Хранение пространственных данных

Как включить БД в ГИС?

3D-модели

Примеры использования ГИС

Инфраструктура пространственных данных

Выводы

«Бизнес обычно оперирует двумя измерениями: время и деньги, а остальные три — традиционные трехмерные измерения (широта, долгота, высота-глубина). Все в мире имеет географическую привязку, но многие организации еще не оценили это по достоинству в своей деятельности».

Сергей Щербина

Общие сведения о ГИС

Большинство используемых данных, с которыми работают информационные системы, имеют пространственную привязку - географические координаты, т.е. относятся к какому - либо географическому объекту. Это может быть место рождения, проживания, расположения, маршрут движения, наблюдения за фиксированными и движущимися объектами и др. Запросы на такие данные удобнее всего формулировать, указывая интересующий район на карте (страну, город и т.п.) или фильтровать результаты поиска в зависимости от географического района. Например, сервис Google выдает результаты поиска в зависимости от места проживания. Сервис Overture (http://www.overture.com) запустил систему контекстной рекламы в результатах локального или географического поиска.

Появилась возможность получить доступ к сведенной воедино географической информации, включающей в себя покрытие всего земного шара космическими снимками, модель рельефа и собственно векторные слои (карты) в системе координат GPS. Сервисы Google Maps и Google Earths, фактически представляющие собой базовую инфраструктуру геоданных, продемонстрировали потенциал уже завоевавших популярность географических информационных систем (ГИС). Простота ввода и агрегации данных с помощью сервиса Google Earth позволяет видеть в нем прообраз ГИС будущего — простых в использовании, открытых сред.

ГИС обеспечивает сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение геопространственных данных. ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных или растровых), включает соответствующий задачам набор функциональных возможностей, в которых реализуются операции геоинформационных технологий, поддерживается программным, аппаратным, информационным, нормативно-правовым, кадровым и организационным обеспечением [4, 6].

Инструменты ГИС позволяют осуществлять операции интерактивно и очень быстро, например, доставлять и выводить изображения на экран монитора, перемещаться по изображению, масштабировать изображение, «на лету» проводить обработку изображений, включая функции улучшения изображений, разбивку по каналам, совмещение изображений разного разрешения, использование фильтров и преобразований, вырезку фрагментов, перепроецирование, сборку мозаик изображений. При этом поддерживаются различные типы изображений, которые можно легко объединить. ГИС:

  •  интегрирует пространственную и любые иные типы информации;
  •  предлагает единую концептуальную, методическую и технологическую основу для организации и представления географических данных;
  •  позволяет рассматривать данные, основанные на признаках географического взаиморасположения объектов (близости/удаленности) в окружающем нас мире;
  •  предлагает новые, более близкие к аналоговым и потому легко воспринимаемые, способы манипулирования и отображения данных (посредством картографических образов).

По территориальному охвату различают [6] глобальные, национальные, региональные и локальные ГИС. В зависимости от предметной области ГИС бывают муниципальные, природоохранные, кадастровые - 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 решений. Интегрированные ГИС совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки данных. Полимасштабные или масштабно-независимые ГИС основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов, обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением.

Основные определения [9]

Геоинформационная система - это система аппаратно-программных средств и алгоритмических процедур, созданная для цифровой поддержки, пополнения, управления, манипулирования, анализа, математико-картографического моделирования и образного отображения географически координированных данных. ГИС обеспечивает взаимосвязь между любыми количественными и качественными характеристиками географических объектов и явлений, представленных в БД в виде точек, линий, площадей и равномерных сеток; содержит алгоритмы анализа пространственно-координированных данных.

Значение - единица информации, хранящаяся в слое для каждого пикселя или ячейки. Ячейки одной зоны (или района) имеют одинаковое значение.

Карта – это отображение географической информации, содержащее цифровое изображение файла, пригодное для отображения на мониторе компьютера, данными как таковыми она не является. Электронная карта - картографическое изображение, визуализированное с использованием программных и технических средств в заданной проекции, размерности, системе условных знаков на экране компьютера на основе БД. При необходимости электронная карта может быть трансформирована (представлена в другой проекции или масштабе) и дополнена новыми данными (например, текущей информацией).

Картограмма - это карта, показывающая распределение относительных показателей (плотность, интенсивность какого-либо явления, удельные величины и т.п.), по определенным территориальным единицам. Картограмма это один из способов картографического изображения, применяемый для показа относительных статистических данных путем заполнения контуров территориального деления (обычно, административных единиц) цветовыми заливками разного тона, штриховками плотности в соответствии с принятыми интервальными шкалами.

Местоположение - наименьшая единица географического пространства, для которого могут быть приведены какие-либо характеристики или свойства (пиксель, ячейка). Такая частица картографического плана однозначно идентифицируется упорядоченной парой координат - номерами строки и столбца.

Модели объемных тел — расширение векторной объектной модели, где каждая формообразующая точка объекта имеет три пространственных координаты (в «плоской» векторной модели третья координата может быть атрибутом объекта, а не частью геометрического описания). Трехмерный объект может иметь любое число ребер, соединенных произвольно, и граней, на которые могут накладываться растровые текстуры — изображения соответствующих участков объекта реального мира.

Наблюдение (измерение)– это действие, результатом которого является некоторая величина, характеризующая какое-то явление. Наблюдение моделируется как элемент в контексте ИСО 19109. Наблюдение использует некоторую процедуру для получения значений атрибутов экземпляра элемента, которая может осуществляться с помощью датчика или наблюдателя, аналитического метода, моделирования или другого численного процесса.

Пиксель - элемент изображения, который является самым малым неделимым элементом изображения.

Площадной контур (зона) - набор смежных местоположений одинакового свойства. Термин класс (или район) часто используется в отношении всех самостоятельных зон, которые имеют одинаковые свойства. Основными компонентами зоны являются ее значение и местоположения.

Покрытия — специальная разновидность векторной модели данных, где выделяются не изолированные объекты, а области пространства с единым набором характеристик. Элементом модели является однородный полигон (многоугольник), причем обязательным требованием является отсутствие разрывов и перекрытий между полигонами одного покрытия. Функционально покрытие аналогично растру, но во многих случаях обладает меньшей избыточностью. Наиболее популярным видом является сеть нерегулярной триангуляции, составляемая из непрерывной мозаики треугольников. Применяется для записи непрерывных распределений и поверхностей (рельеф, изменения температуры, влажности в виде изолиний). Примерами покрытия является растровое изображение, оверлей полигонов или цифровая модель данных (матрица).

Пространственные данные - цифровая информация о пространственных объектах, включающая сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах - обычно состоят из двух взаимосвязанных частей описания пространственного положения и тематического содержания данных. Структура пространственных данных включает широту, долготу и значение объекта (высота земли, глубина моря, границы стран, экономических зон, береговой линии, расположение фирм, пользователей и т.п.). Пространственные данные вместе с их семантическим окружением составляют основу БД. Необходимость учета динамичности, изменчивости данных, их обновления требует, наряду с географией, учета временных аспектов данных, расширяя понятие «пространственные данные» до пространственно-временных данных. Введение временной размерности данных требует создания четырехмерной ГИС.

Удостоверение местоположения пространственного объекта - описание его с помощью набора данных, включающего в себя координаты, идентификатор, наименование (при наличии адреса), топологические отношения с другими пространственными объектами, предоставляемое юридически значимым источником пространственных данных (ГОСТ Р 53339–2009 «Данные пространственные базовые. Общие требования»).

Разрешение - минимальная линейная размерность наименьшей единицы географического пространства, для которой могут быть приведены какие-либо данные. В растровой модели данных наименьшей единицей для большинства систем выступает квадрат или прямоугольник. Такие единицы известны как сетка, ячейка или пиксель. Множество ячеек образует решетку, растр, матрицу. Пространственная сетка может быть как равномерной, так и неравномерной (когда все узлы задаются индивидуально).

Элемент – это объект, представляющий реальное явление, данные о котором собраны, объединены и распространены. Моделирование концептуальных географических элементов представлено в ИСО19101, ИСО19109 и имеет два уровня: уровень экземпляров и уровень типов. На уровне экземпляров географический элемент представлен в виде дискретного явления, которое обусловлено географическими и временными координатами, и может быть отображено с помощью конкретного графического символа. Эти отдельные экземпляры элемента группируются в классы с общими характеристиками – типы элементов. Каталог элементов определяется как каталог, содержащий набор экземпляров элемента для конкретного типа элементов (ИСО19110).

Геоинформационные данные содержат четыре интегрированных компонента:

  •  географическое положение (размещение) пространственных объектов представляется 2-х, 3-х или 4-хмерными координатами в географически соотнесенной системе координат (широта/долгота);
  •  атрибуты - свойство, качественный или количественный признак, характеризующий пространственный объект (но не связанный с его местоуказанием);
  •  пространственные отношения определяют внутренние взаимоотношения между пространственными объектами (например, направление объекта А в отношении объекта В, расстояние между объектами А и В, вложенность объекта А в объект В). Типовые вопросы, на которые способна ответить ГИС: Где находится А? Сколько А расположено в пределах расстояния D от В? Каково значение функции Z в точке X? Как велико по размерам В? Каков результат пересечения А и В? Каков оптимальный маршрут от Х до Y? Что находится в X1, X2,…, Xn?;
  •  временные характеристики представляются в виде сроков измерения данных, они определяют их жизненный цикл, изменение местоположения или свойств пространственных объектов во времени.

Основополагающими элементами базы пространственных данных являются:

  •  реальный объект - явление окружающего мира, представляющее интерес, которое не может быть более подразделено на явления того же самого типа;
  •  объект БД - элемент, в том виде, в каком он представлен в БД (объект БД является "цифровым представлением целого или части реального объекта");
  •  метод цифрового представления явления изменяется исходя из базового масштаба и ряда других факторов.

Каждый тип реального объекта представляется определенными пространственными объектами БД. Пространственные объекты могут быть сгруппированы в слои, также называемые оверлеями, покрытиями или темами. Один слой может представлять одиночный тип объекта или группу концептуально связанных типов.

В директиве INSPIRE [10,11] определены 34 объекта - географические наименования, адреса, дорожные сети, почвенный покров, геология и другие, по которым должны быть подготовлены пространственные данные в соответствии со стандартизированными моделями данных.

Качество пространственных данных определяется их точностью измерений, достоверностью и полнотой. Для пространственных данных выполняются операции ввода, экспорта, импорта, обмена, предобработки, обработки, анализа, вывода, визуализации и т.п.

Картографический материал и средства манипулирования этой информацией, включая топологические отношения, интеграция с атрибутивными данными, разного рода модели и методы статистических и геометрических расчетов, интегрированные в единую среду интерактивными графическими интерфейсами, являются мощным инструментом для решения разнообразных задач. ГИС позволяет проводить:

  •  операции ввода вывода;
  •  преобразование данных;
  •  визуальное исследование растровых и векторных данных;
  •  пространственный правдоподобный вывод;
  •  поисковые операции.

К операциям ввода вывода относятся:

  •  загрузка распределенных данных с использованием XML файла ГИС проекта;
  •  сохранение ГИС проектов и получение данных;
  •  выбор проекции карты, сохранение и вывод на печать;
  •  импорт и экспорт пространственных данных из различных векторных форматов, осуществление привязки к различным проекциям;
  •  организацию связей между картографическими объектами и записями БД;
  •  организацию связей с СУБД для решения задач управления и хранения информации.

Операции преобразования данных включают:

  •  конвертирование данных в различные форматы (SXF, DXF/DBF, MIF/MID, SHP, FLT (ASCII), PTS (ASCII), S57/S52, GEN, DGN, GRD, TIFF, EPS, EMF, JPG, PNG, GIF и т.д.);
  •  оперирование стандартными растровыми форматами и картографическими слоями;
  •  создание и редактирование сопровождающих картографические слои таблиц атрибутивных данных;
  •  выполнение картографических запросов (выбор необходимых слоев, вырезка необходимого района, увеличение изображения - ZOOM и др.);
  •  выполнение многокритериальных запросов, включая SQL;
  •  создание тематических карт, отчетов;
  •  экспорт атрибутивных данных в форматы различных СУБД;
  •  редактирование картографической информации, координатную сетку;
  •  вычисление сеточных полей расстояний до векторных объектов, близости, плотности и т.д.;
  •  вычисление градиента, сглаживание в произвольном скользящем окне, вычисление среднеквадратического отклонения, выделение аномалий и т.д. или с помощью вычисления конструируемых пользователем произвольных функций от нескольких сеточных слоев;
  •  вычисление статистик конструируемых пользователем произвольных функций от атрибутов нескольких векторных слоев.
  •  отображение местоположения на фоне карты, пересчет координат, полученных в системах ГЛОНАСС (ПЗ-90) и НАВСТАР (WGS-84) в систему координат 42 года.

К операциям визуального исследования растровых и векторных данных относятся:

  •  проведение картографического измерения сеточных и векторных слоев;
  •  оценка статистик одного или двух сеточных слоев (мин. макс, среднее, среднеквадратическое отклонение, корреляции и ошибки аппроксимации), построение гистограмм;
  •  строить графики, разрезы сеточных слоев в виде совокупностей единичных точек и/или полигонов с помощью указания объектов на карте и с помощью автоматического выбора прецедентов по сеточному и точечному слою;
  •  проведение комплексного анализа по сходству (функция сходства формируется с помощью функции расстояния до прецедентов или как принадлежность к построенным по прецедентам полуинтервалам);
  •  моделирование освещенности (изученностиь) данными наблюдений;
  •  создание композиций карт из растровых и векторных слоев;
  •  изменение размеров и масштабов закраски, прозрачности, диапазона видимых значений, типа линий и размеров пиктограмм;
  •  поддержка многих картографических проекций, проведение геометрических измерений по карте, расчет площадных, объемных характеристик и другие операции;
  •  создание дополнительных элементов графического оформления (подписи, рамки, легенда), а также вывод высококачественных твердых копий на струйные или лазерные принтеры и плоттеры
  •  построение трехмерных моделей местности, перемещение по ней в реальном масштабе времени;
  •  отбор на карте объектов одного списка, имеющих определенную пространственную связь с объектами другого списка (вхождение, пересечение, примыкание, удаление в пределах заданного расстояния и тому подобное);
  •  построение списков объектов на основе атрибутивных характеристик объектов, отбор по условиям над связанными с объектами записями БД, отбор по условным знакам, по вхождению в заданную область, ручной отбор и т.д.;
  •  поиск минимального маршрута между узлами с учетом значений семантических характеристик ребер сети и нахождение объектов в пределах заданного расстояния от указанного узла (графа удаленности);
  •  создание диаграмм на карте по значениям семантических характеристик или значениям выбранных полей таблиц БД;
  •  поиск и отбор объектов по значениям атрибутивных характеристик, размерам, пространственному положению относительно других объектов;
  •  отображение трехмерных координат, скорости и азимута движения, пройденного расстояния, азимута на заданную точку и других параметров, пройденного пути и выбор маршрутов для дальнейшего движения;
  •  навигация по изображению, скроллинг, откат;
  •  просмотр содержания метаданных визуализируемого набора данных;
  •  масштабирование - может выполняться плавно или пошагово перемещением движка масштабной линейки, заданием численного значения знаменателя масштаба, инструментом «лупа» с неизвестным коэффициентом масштабирования и т.п.
  •  изменение параметров визуализации, заданных по умолчанию (цвет заливки, стили линейных графических элементов и т.п.), расчет расстояний по заданной ломаной линии, подсчет площадей полигона, снятие высотной отметки точки или построение вертикального высотного профиля.

К операциям пространственного правдоподобного вывода относится оценивание функций:

  •  сходства к выборке прецедентов;
  •  принадлежности к двум классам;
  •  непараметрической регрессии;
  •  предпочтения и нахождение логического выражения, объясняющего решающее правило.

Поиск пространственных данных производится по значениям атрибутов; пространству. Поиск по значениям атрибутов это аналог традиционного механизма поиска в реляционных БД. Задача этой схемы поиска состоит в нахождении объекта или группы объектов по заданным, значениям характеристик искомых объектов. Задача пространственного поиска состоит в нахождении объекта или группы объектов, пространственно-временные координаты которых включают (не включают) некоторое множество заданных пространственно-временных точек.

Поиск пространственных данных по метаданным образует ядро группы функций поиска. Согласно Директиве INSPIRE [10, 11] геопортал должен обеспечивать поиск пространственных данных по ключевым словам, классификаторам данных и геоинформационных услуг (геосервисов), названиям уполномоченных органов, критериям качества и достоверности данных, географическому положению, в соответствии с условиями доступа и использования данных, а также по правилам реализации. Почти все геопорталы обеспечивают возможность простого (быстрого) поиска, обычно по географическому названию и/или ключевому слову из перечня тем, заданных пользователем или выбираемых им из выпадающего списка или тезауруса. Расширенный поиск, включающий возможности простого поиска, позволяет искать данные по их пространственно-временным характеристикам. Временной интервал (охват), в котором локализованы данные, может быть задан периодом времени или глубиной ретроспективы. Поиск по пространственному охвату (экстенту) реализуется, помимо указания географического названия, путем задания числовых значений географических координат углов ограничивающего прямоугольника или по ограничивающей рамке в окне поиска по картографическому изображению.

Тематические функции включают:

  •  поддержку многослойных матричных карт (в основе лежат геофизические данные), матриц рельефа и матриц качественных характеристик местности со своими легендами;
  •  построение ортофотопланов по материалам космической съемки центральной проекции, панорамным и щелевым снимкам, аэрофотосъемке;
  •  построение регулярных и нерегулярных матриц высот по векторным картам или набору точечных измерений;
  •  формирование изолиний по нерегулярным измерениям;
  •  поддержку атласа карт - быстрый переход между перекрывающимися картами разных масштабов, систем координат и проекций;
  •  поддержку стандартных систем классификации и кодирования карт, интерактивная настройка библиотек условных знаков и программирование новых примитивов;
  •  построение и анализ поверхностей для таких свойств местности как высота рельефа, концентрация загрязнения, количество осадков, уровень радиации, удалённость от заданного объекта и другие;
  •  создание модели зон затопления, используя измерения глубин и данные о рельефе местности;
  •  построение дорожной сети, решение транспортных задач.

Сервисы выполняют:

  •  разработку ГИС-приложений для решения специальных задач с применением языков Делфи, С в персональном варианте и java, PHP и других в серверном вариантах;
  •  построение мозаики из любого числа векторных, растровых и матричных карт;
  •  обработку данных топографо-геодезических изысканий в камеральных условиях, нанесения результатов вычислений на электронную карту и формирования отчетных документов по метрическим и атрибутивным данным;
  •  интерактивное проектирование информационных систем на основе встроенного конструктора форм, отчетов, SQL –запросов, анализа данных и построение графиков, диаграмм, тематическое картографирование, геокодирование;
  •  расчеты на плоскости и в пространстве с учетом искажений проекций, кривизны Земли, трехмерных координат, матриц высот и качественных характеристик;
  •  настройку пользовательских форм, создание графиков, диаграмм, обработка связанных БД, печать отчетов, возможности формирования макросов и запросов, организацию связи объектов карты с пользовательскими формами;
  •  автоматическую расстановку заполняющих знаков и подписей, оформление точек примыкания и пересечения объектов, формирование зарамочного оформления и легенды, размещение OLE-объектов; конвертирование в графические форматы и цветоделение.

В ГИС широко применяются вычислительные алгоритмы (линейные преобразования, нормализация, интерполяция и экстраполяция, статистические функции, приближение методом наименьших квадратов, анализ данных с помощью преобразований Фурье и т.п.).

Научные дисциплины, благодаря которым стало возможным появление и развитие ГИС, включают геодезию, географию, дистанционное зондирование земли, информатику, картографию, математику, статистику, теорию управления, топографию, фотограмметрию. Основными областям использования ГИС являются:

  •  экология и природопользование;
  •  земельный кадастр и землеустройство;
  •  управление городским хозяйством;
  •  региональное планирование;
  •  демография и исследование трудовых ресурсов;
  •  управление дорожным движением;
  •  оперативное управление и планирование в чрезвычайных ситуациях;
  •  социология и политология.

Специалисты, работающие в области ГИС и геоинформационных технологий, проводят накопление первичных данных, занимаются проектированием БД и ГИС, планированием, управлением и администрированием геоинформационных проектов, поддержкой ГИС, маркетингом и распространением ГИС-продукции и геоданных, профессиональным геоинформационным образованием и обучением ГИС-технологиям.

Что такое пространственные данные?

Пространственные данные идентифицирует географическое местоположение и свойства естественных или искусственно созданных объектов, а также их границ на земле. Эта информация может быть получена с помощью, дистанционного зондирования, картографирования и различных видов съемок. Пространственные данные содержат четыре интегрированных компонента: местоположение, свойства и характеристики, пространственные отношения, время. ГИС обеспечивает взаимосвязь между любыми количественными и качественными характеристиками географических объектов и явлений, представленных в БД в виде точек, линий, полигонов и равномерных сеток.

Географическое положение (размещение) пространственных объектов представляется 2-х (широта, долгота), 3-х (широта, долгота, высота или глубина) или 4-хмерными (широта, долгота, высота или глубина, время) координатами в географически системе координат. Наиболее универсальными и употребительными способами цифрового описания пространственных объектов являются:

  •  векторное представление (точки, линии, полигоны);
  •  векторно-топологическое представление;
  •  векторно-нетопологическое или модель "спагетти";
  •  растровое представление (ячейки, сетки);
  •  регулярно-ячеистое представление;
  •  квадродерево (квадротомическое представление).

К менее распространенной или применяемой для представления пространственных объектов определенного типа относится гиперграфовая модель и ее многомерные расширения. Существуют способы и технологии перехода от одних способов представления пространственных данных к другим (например, растрово-векторное преобразование и обратно).

Растровая модель данных - цифровое представление пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселей) с присвоенными им значениями класса объекта. Растровая модель предполагает позиционирование объектов указанием их положения в соответствующей растру прямоугольной матрице единообразно для всех типов пространственных объектов (точек, линий, полигонов и поверхностей). Она разбивает всю изучаемую территорию на элементы регулярной сетки или ячейки. Каждая ячейка содержит только одно значение и является пространственно заполненной, поскольку каждое местоположение на изучаемой территории соответствует ячейке растра, иными совами - растровая модель оперирует элементарными местоположениями. Элементом модели является пиксель — точечный элемент изображения, адресуемый номером строки и столбца в матрице значений растра. В каждой точке возможно несколько независимых измерений, каждое из которых называется каналом растра. Растровая модель применяется для записи аэрокосмических снимков, фотографий, карт непрерывных распределений и поверхностей (рельеф, температура, лед на космических снимках и т.д.). Преимуществами растровой модели является простая структура данных, возможность осуществлять эффективные оверлейные операции, работать со снимками.

Векторная модель данных имеет векторно-нетопологическое представление данных - цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар с описанием только геометрии объектов. Векторная (объектная) используется для представления объектов реального мира в виде отдельных информационных сущностей, содержащих координаты, форму, размер, количественные и качественные характеристики представляемых объектов реального мира. Элемент модели — пространственный объект, представляемый набором точек или отрезков (векторов) и набором атрибутов (описательных характеристик). Применяется для создания цифровых карт, подобных по структуре бумажным топографическим картам. Преимуществами векторной модели являются компактная структура, простая топология, качественная графика.

Векторно-топологическое представление (линейно-узловое представление) - разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов, описывающего не только их геометрию, но и топологические отношения между полигонами, дугами и узлами. Векторная модель данных основана на векторах (направленных отрезках прямых). Базовым примитивом является точка. Объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями или дугами. Площади определяются набором линий. Представляет собой объектно-ориентированную систему. Типами векторных объектов, основанных на определении пространственных размеров, являются:

  •  безразмерные типы объектов (точка, узел - топологический переход или конечная точка, также может определять местоположение);
  •  одномерные типы объектов (линия, линейный сегмент - прямая линия между двумя точками, строка - последовательность линейных сегментов, дуга - геометрическое место точек, которые формируют кривую определенную математической функцией, связь - соединение между двумя узлами, направленная связь - связь с одним определенным направлением, цепочка - направленная последовательность непересекающихся линейных сегментов или дуг с узлами на их концах, кольцо - последовательность непересекающихся цепочек, строк, связей или замкнутых дуг);
  •  двумерные типы объектов (область - ограниченный непрерывный объект, который может включать или не включать в себя собственную границу, внутренняя область - область, которая не включает собственную границу, полигон (контур) - 2-мерный (площадной) объект, внутренняя область, образованная замкнутой последовательностью дуг в векторно-топологических представлениях или сегментов в модели "спагетти".

Стандартизация в области ДЗЗ и ГИС

Органами стандартизации в области создания ГИС являются:

  •  Международная организация по стандартизации (ISO), главными стандартами ISO является серия 19100 (27 действующих стандартов), разработанная Техническим комитетом 211 (ISO/TC211) "Географическая информация / Геоматика";
  •  Открытый консорциум по геоинформационным технологиям - Open GIS Consortium Inc.- OGC, (http://www.opengeospatial.org), основными стандартами OGC являются картографические сервисы (WMS, WFS, др.);
  •  Международный комитет по ДЗЗ CEOS (Committee on Earth Observation Satellites) - CEOS ICF, 2002; CEOS WGD 1989;
  •  Международное общество по дистанционному зондированию и фотограмметрии ISPRS (International Society for Photogrammetry and Remote Sensing) - ISPRS-ITS;
  •  В России - Федеральная служба по техническому регулированию (Ростехрегулирование) комитеты ТК 394 «Географическая информация/Геоматика» как аналог комитета ISO/TC 211 «Geographic information/Geomatics» (функционирует на базе Госгисцентра в области цифрового картографирования и создания ГИС), ТК 22 «Информационные технологии» (НИИ «Восход») и ТК 404 «Геодезия и картография» (ЦНИИГАиК), подкомитет 51 "Геоинформационные технологии" Технического комитета 22 "Информационные технологии" (29 НИИ Министерства обороны РФ).

Перечень стандартов включает:

  1.  ISO 19101-2 Reference model - Part 2: Imagery (модель стандартизации для изображений);
    1.  ISO 19105 Conformance and testing. ГОСТ Р ИСО 19105-2003 "Географическая информация. Соответствие и тестирование";
    2.  ISO 19107 Spatial schema - принципы компьютерного представления географической информации (пространственные характеристики объектов);
    3.  ISO 19108 Temporal schema (временные характеристики объектов);
    4.  ISO 19111 Spatial referencing by coordinates (пространственная привязка посредством координат);
    5.  ISO 19112 Spatial referencing by geographic identifiers (пространственная привязка посредством географических идентификаторов);
    6.  ISO 19113 Quality principles. ГОСТ Р ИСО 19113-2003 "Географическая информация. Принципы оценки качества";
    7.  ISO 19114 Quality evaluation procedures (процедуры оценки качества);
    8.  ISO 19115-2 - Metadata - Part 2: Extensions for imagery and gridded data (дополнительные метаданные для изображений и растров);
    9.  ISO 19115-3 - Metadata - Part 3: Raster classes and elements;
    10.  ISO 19121 - Imagery and gridded data (изображения и растр);
    11.  ISO 19122 Qualification and Certification of Personnel (квалификация и сертификация персонала в области геоинформатики).
    12.  ISO 19123 Schema for coverage geometry and functions - базовый стандарт (схема для геометрии и функций покрытий);
    13.  ISO 19129 Imagery, gridded and coverage data framework;
    14.  ISO 19130 Sensor and data models for imagery and gridded data (модели данных для изображений и растровых данных);
    15.  ISO 19136 Geography Markup Language (GML) — словарь XML, определенный OGC для описания географических данных;
    16.  ISO 19138 Data quality measures (меры качества данных);
    17.  ISO 19139 Metadata - XML schema implementation - запись метаданных с помощью XML;
    18.  FGDC-STD-012-2002 Content Standard for Digital Geospatial Metadata: Extensions for Remote Sensing Meta-data;
    19.  HDF-EOS (Hierarchical Data Format - Earth Observing System) - формат пространственных данных;
    20.  ГОСТ Р 50828 95 "Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования";
    21.  ГОСТ Р 51353-99 "Геоинформационное картографирование. Метаданные электронных карт. Состав и содержание";
    22.  ГОСТ Р 51605 2000 "Карты цифровые топографические. Общие требования";
    23.  ГОСТ Р 51606-2000 "Карты цифровые топографические. Система классификации и кодирования цифровой картографической информации. Общие требования";
    24.  ГОСТ Р 51607-2000 "Карты цифровые топографические. Правила цифрового описания картографической информации. Общие требования";
    25.  ГОСТ Р 51608-2000 "Карты цифровые топографические. Требования к качеству";
    26.  ГОСТ Р 51833-2001 "Фотограмметрия. Термины и определения";
    27.  ГОСТ Р 52055-2003 "Геоинформационное картографирование. Пространственные модели местности. Общие требования";
    28.  ГОСТ Р 52155-2003 "Географические информационные системы федеральные, региональные, муниципальные. Общие технические требования";
    29.  ГОСТ Р 52293-2004 "Геоинформационное картографирование. Система электронных карт. Карты электронные топографические. Общие требования";
    30.  ГОСТ Р 52438-2005 Географические информационные системы. Термины и определения;
    31.  ГОСТ Р 52439-2005 Модели местности цифровые. Каталог объектов местности. Требования к составу;
    32.  ГОСТ Р 52440-2005 Модели местности цифровые. Общие требования;
    33.  ГОСТ Р 52571-2006 Географические информационные системы. Совместимость пространственных данных. Общие требования;
    34.  ГОСТ Р 52572-2006 Географические информационные системы. Координатная основа. Общие требования;
    35.  ГОСТ Р 52573-2006 Географическая информация. Метаданные.

Рекомендации OGS являются стандартами «де факто». OGS разрабатывает стандарты в следующих направлениях:

  •  Web Processing Service (WPS) – веб-службы геообработки;
    •  Web 3D Service (Web3D) – веб-службы трехмерной визуализации;
      •  Imagery Metadata (IMGM) – стандартное XML-кодирование метаданных изображений;
      •  Geospatial Portal Reference Architecture (Portal Architecture) – стандартная архитектура геоинформационных порталов;
      •  Geolinking Service (GLS) – географическое связывание, позволяющее в реальном времени отображать на картах WMS данные из непространственных БД, содержащих ссылки на географические объекты;
      •  GML in JPEG 2000 for Geographic Imagery (GMLJPEG) – встраивание информации на GML в файлы формата JPEG 2000;

GML это словарь XML данных для инфраструктуры GeoWeb, дающий устройствам, подключенным к Интернет, доступ к географической информации. GML имеет набор примитивов, который используется для создания схем, этот набор включает в себя свойства, геометрию, систему ссылок на координаты, время, динамические особенности, слои, единицы измерения, правила описания стилей карты.

OGC работает над следующими направлениями развития картографических сервисов [http://www.opengeospatial.org/standards/requests/74]:

  •  обнаружение, отслеживание и создание закладок движущихся объектов на видео с помощью Sensor Web Enablement (SWE) и других стандартов OGC;
  •  использование наблюдений за поверхностью Земли;
  •  поддержка синхронизации и обновления геопространственных данных по иерархической инфраструктуре пространственных данных;
  •  использование KML (Google);
  •  предоставление, фильтрация и обновление аэронавигационной информации;
  •  использование покрытий для прогнозов погоды и радиолокационных данных;
  •  управление единицами измерений.

Язык KML является дополнением GML. GML лишь описывает географические данные, в то время как KML отвечает за их отображение, поэтому KML может нести в себе GML данные. Свойства отображения GML можно настроить и без KML.

ОАО "НИИ точных приборов" разработало "Профиль метаданных Единого банка географических данных (ЕБГД) на основе стандартов ISO 19115, ISO 19115-2 и ISO 19139". Он предназначен для описания данных ДЗЗ и других пространственных данных. Профиль метаданных ЕБГД применяется при организации хранения метаданных, а также при реализации протоколов обмена метаданными между центрами Единой территориально-распределенной информационной системы дистанционного зондирования земли (ЕТРИС ДЗЗ) и информационными системами других организаций, рис.1. Профиль метаданных ЕБГД позволяет описывать (каталогизировать) такие пространственные данные, как космические и авиационные снимки, электронные карты в различных формах представления, цифровые модели рельефа и матрицы высот, текстовые документы, цифровые и аналоговые видеоматериалы и т.д. Также состав профиля может быть расширен аспектами, отсутствующими в стандарте, но необходимыми для его применения [http://www.niitp.ru/component/content/article/41-ebgd, 1-3].

Рисунок 1 - Модель метаданных ЕБГД

FGDC (США) разработал стандарт Spatial Data Transfer Standard (SDTS), включающий профиль растровых данных. Стандарт SDTS утвержден FGDC как официальный формат обмена пространственными данными. Этот стандарт специфицирует не только типы пространственных объектов, их структуру и отношения, но и значения отдельных атрибутов. Такая подробная спецификация обеспечивает возможность прямого обмена данными при их однозначной интерпретации.

Обменные форматы должны ориентироваться не на скорость чтения/записи, а на полноту всестороннего описания пространственных явлений и объектов. Обменных форматов должно быть два, один для данных в векторном представлении и другой для данных в растровом представлении.

Примером спецификации для обмена векторными данными является формат Shape-файла фирмы ESRI. Это спецификация формата для хранения простых пространственных объектов. Благодаря открытости и простоте эта спецификация приобрела широкую популярность и часто используется для обмена пространственными данными в векторном представлении. Двоичный формат записи обеспечивает быстродействие работы с данными, благодаря чему он используется как внутренний формат в некоторых продуктах. Shape-файл не играет роль основного обменного формата, поскольку он не поддерживает многие концепции организации пространственных данных, например, топологию.

Для растровых данных стандартом обмена де-факто стал формат GeoTIFF. Этот формат позволяет хранить данные любого типа (целочисленные, с плавающей точкой) с любым числом каналов. GeoTIFF основан на спецификации Tagged Image File Format (TIFF), разработанной консорциумом ведущих производителей аппаратного и программного обеспечения для получения и работы с изображениями. Спецификация GeoTIFF добавляет к базовому формату TIFF теги географической привязки изображения. В спецификации TIFF выделены следующие классы изображений: — бинарные — Class B, черно-белые графические элементы; — в градациях серого — Class G, черно-белые фотоснимки; — индексные — Class P, цветные графические элементы; — полноцветные — Class R, цветные фотоснимки; — факсимильные — Class F, факсы; — цветоделенные — Class S, полиграфические данные; — цветоразностные — Class Y, видеоэлементы. Для ДДЗ используются классы G (панхроматические снимки) и R (многозональные снимки). Заметным ограничением формата является предельный размер файла изображения 4 Гбайт, отсутствие поддержки атрибутов и стандартных метаданных. Преимущества формата в гибкости, возможности непосредственного использования в программных пакетах (без импорта), интеграции со средствами обработки изображений негеографического назначения.

Проекты Яндекса используют для обмена географическими данными формат YMapsML. основанный на XML. Данные в формате YMapsML могут быть обработаны программными средствами, работающими с GML третьей версии. Для получения данных в формате GML можно использовать сервис экспорта Яндекс (YMapsML).

Компания Google предложила использовать новый графический формат - WebP (.webp), позволяющий сжимать изображения более эффективно по сравнению с наиболее популярным на сегодняшний день форматом JPEG. WebP использует кодирование с предсказанием. В процессе обработки компьютер берет данные с соседних блоков пикселей изображения для того, чтобы рассчитать (спрогнозировать) значения для следующих блоков. Затем выполняется кодирование разницы между реальными и рассчитанными значениями. Данная разница, как правило, содержит большое число нулей и легко поддается компрессии. Формат WebP способен обеспечить 40-процентную экономию по сравнению с форматом JPEG.

Для обмена пространственными данными можно использовать формат GeoRSS. Пример готового документа GeoRSS представлен ниже:

<feed xmlns="http://www.w3.org/2005/Atom"

             xmlns:georss="http://www.georss.org/georss">

             <title>scribble</title>

             <id>http://example.com/atom</id>

             <author><name>Christopher Schmidt</name></author>

<entry>

<id>http://example.com/19.atom</id>

<link href="http://example.com/19.html"/>

<title>Feature #19</title>

<content type="html">Some content.</content>

<georss:line>

 23.1811523438 -159.609375

 22.5 -161.564941406

 20.654296875 -160.422363281

 18.4350585938 -156.247558594

 18.3471679688 -154.731445312

 19.951171875 -153.588867188

 21.8188476562 -155.983886719

 23.02734375 -158.994140625

 23.0932617188 -159.631347656

</georss:line>

</entry>

</feed>

RSS, включенный в GML c привязкой ко времени, представляется с.о.:

<item>

<title>FLIGHT 1003</title>

<link>http://flightdata/...</link>

<description>FLIGHT 1003 to BOS</description>

<guid isPermaLink="false">dl1003</guid>

<pubDate>Wed, 06 Jun 2007 18:53:36 GMT</pubDate>

<gml:TimePeriod>

 <gml:relatedTime>

  <gml:TimePeriod gml:id="time-0A05000263007CS.0.0.TKF">

   <gml:beginPosition>2006-06-16T07:45:00.000Z</gml:beginPosition>

   <gml:endPosition>2006-06-16T07:45:00.000Z</gml:endPosition>

  </gml:TimePeriod>

 </gml:relatedTime>

 <gml:relatedTime>

  <gml:TimePeriod gml:id="time-0A05000263007CS.0.1.ORB">

   <gml:beginPosition>2006-06-16T08:00:00.000Z</gml:beginPosition>

   <gml:endPosition>2006-06-16T09:00:00.000Z</gml:endPosition>

  </gml:TimePeriod>

 </gml:relatedTime>

 <gml:relatedTime>

  <gml:TimePeriod gml:id="time-0A05000263007CS.0.2.LND">

   <gml:beginPosition>2006-06-16T09:13:00.000Z</gml:beginPosition>

   <gml:endPosition>2006-06-16T09:13:00.000Z</gml:endPosition>

  </gml:TimePeriod>

 </gml:relatedTime>

 <gml:beginPosition>2006-06-16T07:45:00.000Z</gml:beginPosition>

 <gml:endPosition>2006-06-16T09:13:00.000Z</gml:endPosition>

</gml:TimePeriod>

<georss:where>

 <gml:LineString>

  <gml:pointProperty>

   <gml:Point gml:id="point-0A05000263007CS.0.0.TKF">

    <gml:pos srsName="WGS84(DD)">36.235 -115.03333333333333</gml:pos>

   </gml:Point>

  </gml:pointProperty>

  <gml:pointProperty>

   <gml:Point gml:id="point-0A05000263007CS.0.1.ORB">

    <gml:pos srsName="WGS84(DD)">37.65356495497155 -114.5048399056895</gml:pos>

   </gml:Point>

  </gml:pointProperty>

  <gml:pointProperty>

   <gml:Point gml:id="point-0A05000263007CS.0.2.LND">

    <gml:pos srsName="WGS84(DD)">36.235 -115.03333333333333</gml:pos>

   </gml:Point>

  </gml:pointProperty>

 </gml:LineString>

</georss:where>

</item>

Обзор существующих ГИС

В зависимости от области применения и возможностей применяемых технических средств ГИС ориентированы преимущественно на обработку растровой и векторной картографической информации. В настоящее время на рынке насчитывается порядка полусотни ГИС разной степени состояния разработки. Наиболее развитые ГИС на сегодняшний день – это продукты ArcView, ArcGIS фирмы ESRI, GeoHTML, MapInfo и др. Базовые полнофункциональные ГИС предъявляют высокие требования к вычислительной технике, на которой они должны быть установлены. Как правило, это рабочие станции с ОС UNIX типа Sun, Solaris. Схема работы ГИС с БД выглядит следующим образом (рис.2). Список бесплатных ГИС включает GRASS GIS, Mapserver, GMT.

Рисунок 2 - Схема работы ГИС

Наиболее простой пакет для пространственного отображения данных это программа Surfer для построения поверхностей по трехмерным матрицам. Она работает с собственными форматами - *.grd (собственно матрица) и *.srf, построенные поверхности по данным файла *.grd. Позволяет импортировать файлы из форматов DXF (AutoCAD Data eXchenge Format), WPG (WordPerfect Graphics), EPS (Encapsulated PostScript), а также из всех основных растровых форматов. Surfer предусматривает экспорт в виде некоторых векторных (DXF, WPG) и большинства растровых форматов (TIFF, BMP, GIF, JPEG, PCX).

Картографический сервер на базе Arc/Info. ГИС Arc/Info создана в начале 1980-х годов. Arc/Info был и остается наиболее успешным воплощением идей о раздельном внутреннем представлении геометрической (графической) и атрибутивной информации. Для хранения и работы с атрибутивной информацией в виде таблиц (INFO) применяется формат реляционной СУБД. Arc/Info доступна на разных технических платформах и операционных средах. ГИС Arc/Info (Arc/View) считается наиболее приемлемым вариантом для профессиональной работы по созданию проблемно-ориентированных приложений к тематическим БД. При этом немаловажны аспекты взаимодействия и совместной работы ГИС и используемой СУБД. Для промышленного использования в этом случае наиболее эффективно использовать полнофункциональную ГИС Arc/Info и СУБД Oracle. Особые свойства ГИС ArcInfo, которые делают это средство лидером среди других ГИС:

  •  мощная и гибкая модель данных (интегрированное управление табличными и пространственными данными);
  •  интеграция данных (несколько сред, растровые и сканированные изображения, поддержка стандартных форматов изображений, взаимосвязь с системами спутниковой привязки, возможности обмена данными с более чем 30 стандартными форматами);
  •  интеграция с БД (прямой доступ в БД);
  •  комплексный пространственный анализ.

Бесплатное приложение ArcGIS Explorer (фирмы ESRI) обеспечивает удобные интуитивно понятные способы для поиска, публикации и обмена географической информацией. ArcGIS Explorer оснащен инструментами для визуализации ГИС-данных и подключения к различным картографическим ресурсам, таким как ArcGIS Online с регулярно обновляемыми базовыми картами и тематическими слоями, а также к ресурсу Microsoft Bing Maps for Enterprise с аэрокосмическими снимками, планами городов и гибридными изображениями. Инструментарий может расширяться пользователем привычными ему средствами для работы с геоданными. Explorer работает в среде ArcGIS Desktop и дает возможность публиковать карты на ArcGIS Server. Поддерживается работа с пакетами слоев. Набор инструментов разработчика (SDK) позволяет создать собственные инструменты для расширения возможностей ArcGIS Explorer. Имеется инструментарий для создания презентаций с использованием картографических материалов в среде ArcGIS (http://www.esri.com/distributors).

ArcGIS Online ESRI предоставляет пользователям картографические сервисы, ГИС-задачи, картографические прикладные Web-интерфейсы, а также среду для совместной работы и обмена ее результатами, возможности для поиска и обмена картами, картографическими сервисами, слоями и пакетами слоев карт, ГИС-инструментами. Также он поможет создавать карты и обмениваться ими в режиме онлайн с помощью имеющегося картографического вьюера. Можно создавать и участвовать в общении групп по интересам в таких, например, областях как охрана природы, нефтегазовая отрасль, археология, энергетика и т.д.

Пакет Grads (The Grid Analysis and Display System). Кроме того, что данный пакет реализует требуемые формы графического представления данных, имеется ряд дополнительных преимуществ:

  •  ориентирован на гидрометеорологические приложения и не содержит функциональной избыточности, которая обычно замедляет работу пакета;
  •  является некоммерческим продуктом и свободно распространяется;
  •  имеет реализации для всех вычислительных платформ (ПЭВМ, рабочие станции, суперЭВМ Cray) и операционных систем  (DOS, Windows, Unix);
  •  имеет поддержку формата данных в коде GRIB;
  •  поддерживает язык скриптов, позволяющий автоматизировать процедуры перевода цифровой продукции в графический вид.

GMT (the Generic Mapping Tool) - система подготовки научных иллюстраций, разработанная в Университете Гонолулу (США). На входе - данные, на выходе - Postscript-файл. Система очень гибка, т.к. состоит из нескольких десятков специализированных утилит, которые можно комбинировать и получать картинки любой степени сложности. ГИС GMT распространяется бесплатно (http://www.soest.hawaii.edu/gmt/ и http://gmt.soest.hawaii.edu/). Работает под ОС UNIX/Linux, Windows, OS/2, Mac.

GeoHTML – бесплатная программа для создания изображений-карт на стороне клиента под Windows. Любой части изображения присваивается определенный URL-адрес и свойства, которые могут быть присвоены ссылке на странице. Областям можно задать и реакции на события DynamicHTML, вызывая функции сценария, что сделает эту карту более мощной и ощутимо расширяет её возможности по сравнению с простым графическим меню. Используя GeoHTML, можно открыть существующий html-файл или создать новый. Для создания карты можно использовать любое изображение стандартных форматов .jpg и .gif с диска или html-файла. Программа дает возможность работать с несколькими картами в документе. Пользователь может создать на карте прямоугольные, круглые или многоугольные области, которые будут содержать свойства (Href, Target, Alt, Coords, реакции на события DynamicHTML и другую информацию). Можно редактировать html-файл в текстовом режиме, что дает возможность добавлять в него теги html и функции языков сценариев, результаты могут быть сохранены на диске как html-файл. Сервер обеспечивает не только высокую скорость растризации/преобразования исходной графической информации, но и высокоскоростную обработку атрибутивной информации, хранящейся в БД. Эта ГИС включает в себя: сервер БД, геосервер с электронными картами - топоосновами и сохраненной тематикой, сервер приложений, веб-сервер с необходимыми интерфейсными и сервисными программами, предоставляющими пользователям возможность выбора интересующих наборов данных и представления их в табличном или графическом виде.

ГИС MapServer представляет собой программное средство формирования графических образов по запросу и преобразования их в формат HTML. Основа сервера – библиотека, работающая с распространенными форматами геоданных и графическими растровыми форматами. Библиотека состоит из классов, которые позволяют открывать данные на просмотр, получать низкоуровневый доступ к объектам, обеспечивающий высокую скорость работы с геоданными. Основная библиотека также позволяет получать доступ к табличным данным и выполнять SQL-подобные запросы. Сервер расширяем, и позволяет применять для расширений технологии Java, Java Script, PHP и др. Все расширения оформляются в виде дополнительной пользовательской библиотеки. Функциями картографического сервера на базе MapServer является отображение в отдельном (независимом, дочернем, и т.д.) окне картоосновы, одного или нескольких слоев (управляется пользователем); выбор и доставка данных из таблиц или view-представлений и отображение точечных объектов на картооснове; связь с сопутствующими приложениями на уровне собственных форматов обмена данными (связь устанавливается программно); на карте разрешено зуммирование, передвижение, выбор от прямоугольника, управление легендой.

MapServer является одной из самых популярных сред создания картографических web-сервисов с открытым кодом. MapServer разрабатывался Университетом Миннесоты совместно с Департаментом Природных Ресурсов Штата Миннесота и NASA. Возможность работы MapServer практически на любых платформах (в том числе Windows, Linux, Mac OS, Solaris), широкие функциональные возможности, легкость интеграции с различными СУБД и открытость кодов предопределила популярность этой ГИС. MapServer позиционируется не как конечное приложение, а как среда разработки. Так, для платформы Windows, MapServer поставляется сконфигурированным серверным комплектом, включающим следующие компоненты: Apache HTTP сервер, PHP, MapServer CGI, MapScript (C#, Java, PHP, Python), OGR/PHP, OWTChart, СУБД Oracle, SDE, формат MrSID, утилиты GDAL/OGR, MapServer, PROJ, Shapelib, Shp2tile.

MapServer является мощным инструментом создания картографических web-сервисов и по своей функциональности не уступает платному программному обеспечению, а по части легкости переконфигурирования и интеграции с СУБД превосходит многие из них. К основным достоинствам можно отнести следующее:

  •  возможность работы на практически любых платформах;
  •  поддержка большого числа растровых и векторных форматов данных;
  •  полное соответствие стандартам, разработанных OpenGIS Consortium (поддержка WMS, WFS, WCS стандартов картографических сервисов);
  •  возможность переконфигурирования и программирования с использованием Perl, PHP, Java, C, Python и др.;
  •  возможность интеграции с Oracle, Sybase, MySQL, PostgreSQL и другими СУБД;
  •  создание высококачественного картографического результата (поддержка TrueType шрифтов, масштабируемых подписей, раскрасок, экспорт в png , tiff , gif , jpeg форматы);
  •  полностью открытый бесплатный компилируемый код на C и мощная пользовательская поддержка.

Для развития картографических сервисов можно также использовать открытые библиотеки кодов на PHP, Java или других языках. Так Google представляет стандартные API интерфейсы для создания тематических слоев в Google Maps. Ассоциация OpenGeo (http://opengeo.org/) выпустила программный пакет с открытыми кодами для Интернет-картографирования (http://opengeo.org/publications/opengeo-architecture/). Эта система включает модули OpenLayers и GeoServer, а также базу геопространственных данных PostGIS, что дает возможность полноценно работать с картами пользователям (http://opengeo.org/products/suite/matrix/). Пользователи имеют доступ к программному ресурсу разработчиков (http://opengeo.org/about/team/) по всем модулям пакета OpenGeo Suite. 

Кроме ГИС существует масса вьеверов, например, компания LizardTech выпустила бесплатный вьювер GeoViewer для просмотра геопространственных данных и векторных оверлеев (http://www.lizardtech.com/download/dl_options.php?random=354900&page=viewers). Вьювер позволяет просматривать и экспортировать в пользовательские приложения тематические слои из различных источников, таких как, например, серверы WMS и JPIP. В GeoViewer для экспорта и импорта поддерживаются основные графические форматы GeoTIFF, PNG, JPEG, а также MrSID и JPEG 2000.

Для обработки информации о местоположении клиентских устройств с помощью GPS и всевозможных средств локализации устройств по их IP, RFID и MAC-адресам, а также по идентификаторам в сетях GSM/CDMA можно использовать стандарт Geolocation API. Географическая позиция задается в формате World Geodetic System. Интерфейс допускает настройку с помощью сценарного языка ECMAScript и рассчитан на использование в задачах поиска нужных объектов в пространстве, аннотирования геопространственных данных, отображения позиции на карте, построения маршрутов, навигации, визуализации местонахождения пользователей в социальных сетях и т.д.

Источники пространственных данных

К основным типам источников пространственных данных относятся карты, планы, атласы и иные картографические изображения; статистические данные ведомственной и государственной статистики, данные переписей и др. При оценке источников пространственных данных учитываются их пространственный охват, масштабы, разрешение, качество, форма существования (аналоговая - цифровая), периодичность поступления, актуальность и обновляемость, условия и стоимость получения, приобретения и перевода в цифровую форму, доступность, форматы представления, соответствие стандартам и другие метаданные. В настоящее время наиболее оперативным и точным источником пространственных данных являются изображения со спутников высокого разрешения. Так, например, сеть спутников SAR-Lupe способна формировать цифровые образы любой области Земли за 10 часов в разрешении 0,5 м, в ночное время и через облака; в рамках испытаний многоцелевого спутника TacSat-3 (Tactical Satellite) с инновационным разведывательным гиперспектральным спектрометром ARTEMIS планируется обеспечить передачу готовых к использованию изображений не позднее чем через 10 минут после самой съёмки рассчитанного на съёмку в 220 спектральных областях с пространственным разрешением 30 м.

Цифровые картографические материалы представлены в сети в различных видах. Наибольший интерес представляет карта высот. Формат этот представляет собой матрицу, каждая точка которой характеризуется координатами (широтой и долготой) и высотой. На основе такой матрицы возможно построение карт в изолиниях высот, псевдотрехмерных теневых карт рельефа и трехмерных карт или блок-диаграмм.

На сервере NOAA National Data Centers представлены данные ETOPO5 - пятиминутные, 30 секундные матрицы для всего Земного шара, а также батиметрия морского дна и карты поверхности дна, построенные по данным спутниковой альтиметрии. Ниже даны адресаа Web-сайтов, где можно найти такие БД:

  •  http://mac.usgs.gov/mac/isb/pubs/forms/nimapl.html - Карты Мира с береговой линией масштабов 1:20 000 000; 1:22 000 000; 1:30 000 000, 1:14,000,000 Геологическая служба США;
  •  http://www.esri.com/data/online/about.html - ESRI Arc Atlas в масштабе 1:10000000, 1:25000000 в растровом и векторном формате, (границы стран, плотность населения, транспортные сети, аэропорты, минеральные источники, горы, ледники, снег, осадки и др.;
  •  http://www.nbi.ac.uk/bodc/gebco.html  - Цифровые карты GEBCO;
  •  http://www.tmpo.nima.mil - Цифровая морская карта - Векторная береговая линия в масштабе 1:250000. Географические имена (CD-ROM), вторая редакция (без США и Антарктиды), Геологическая служба США;
  •  http://edcsns17.cr.usgs.gov/EarthExplorer - Query and order satellite images, aerial photographs, and cartographic products through the U.S. Geological Survey;
  •  http://mac.usgs.gov/mac/isb/pubs/forms/nimapl.html - National Imagery and Mapping Agency Topographic Maps, Publications, and Digital Products List, табл. 1;
  •  http://geodata.gov - Geospatial One-Stop (GOS) ИПД США NSDI классический полнофункциональный геопортал, насчитывающим сотни тысяч наборов пространственных данных, зарегистрированных в службах каталогов NSDI на нескольких сотнях серверов;
  •  http://www.geoconnections.org - Discovery Portal ИПД Канады CGDI полнофункциональный геопортал, часть службы GeoConnections. Главная страница геопортала содержит полный набор поисковых функций: поиск пространственных данных, организаций и сервисов, т. е. геоинформационных услуг по списку их функциональных типов и прикладным областям с рекомендуемым программным обеспечением;
  •  http://asdd.ga.gov.au - Австралийский каталог пространственных данных ASDD (Australian Spatial Data Directory), реализует все функции полноценного поиска;
  •  http://www.geoportail.fr - Геопортал ИПД Франции IFDG, сбалансированное сочетание поисковых и визуализационных функций;
  •  http://www.karttapaikka.fi/karttapaikka/default.asp?id=787 - Портал MapSite ИПД Финляндии NSDI;
  •  http://www.idee.es - Национальный Geo-Portal ИПД Испании IDEE;
  •  http://www.fgdc.govсайт Федерального комитета по геоданным США – стандарты, метаданные;
  •  http://nationalatlas.govнациональный атлас США;
  •  http://www.usgs.gov  - геологическая съемка США;
  •  http://terraserver-usa.comгеопортал.

Кроме того, имеются Векторная карта уровня и Цифровая карта Мира (4 CD-ROM's) Геологической службы США; Цифровая карта Мира в масштабе 1:1000 000 на CD-ROM 1992; контурные линии от Mинобороны США. Мировой банк данных I и II (границы стран, главные реки, береговая линия, острова, озера) в масштабе 1:3000000, 1987; БД глобальных экосистем на CD-ROM ETOPO5 (1992), включающая в т.ч. температуру воздуха, осадки.

Таблица 1 - National Imagery and Mapping Agency Topographic Maps, Publications, and Digital Products List, http://mac.usgs.gov/mac/isb/pubs/forms/nimapl.html

Имя карты и масштаб

Идентификатор

Стоимость ($ за лист)

Area Outline Map, Series 1105, Scale 1:20,000,000

T1105XC01-27

10.00

The World, Series 1144, Scale 1:22,000,000

TAA0060-62

7.00

The World, Series 1144, Scale 1:22,000,000 (set of three)

TAA0245

21.00

The World, Series 1145, Scale 1:30,000,000

TAA0058

7.00

The World, Series 1150, Scale 1:14,000,000

TAA0064-69

10.00

The World, Series 1150, Scale 1:14,000,000 (set of six)

TAA0246

60.00

Middle East Briefing, Series 1308, Scale 1:1,500,000

T1308XMEBRMAP

10.00

Arabian Peninsula, Series 5211, Scale 1:2,250,000

T5211X1270B2

10.00

Africa, Series 2201, Scale 1:2,000,000

T2201X01-36

10.00

Southeast Asia Briefing, Series 5213, Scale 1:2,000,000

T5213XSEABRM

10.00

Military Installations Map, Series 8205, Scale 1:3,500,000

T8205XMILINST

10.00

Vietnam, Series L7014, Scale 1:50,000

See Catalog

7.00

15-Minute State Series, Scale 1:50,000

See State Map List

7.00

15-Minute State Series, Scale 1:25,000

See State Map List

4.00

World Road Maps (Middle East), Series 1310, Scale 1:1,000,000

T1310X01-06

10.00

Digital Interim Geographic Names Data (CD-ROM), Edition 2 (excluding the United States and Antarctica)

68-DIGNAMES

11.50

Vector Map (VMAP) Level 0/Digital Chart of the World (set of four CD-ROM's)

01-VMAP

100.00

Инфраструктура пространственных данных

Одним из ключевых вопросов построения ИПД РФ является взаимоотношение уровней государственного управления — федерального, регионального и муниципального [5] является использование интегрированной информации от космических систем наблюдения, навигации, гидрометеоинформации, что позволяет предоставлять информацию конечным пользователям в доступной для них форме, в том числе в виде графиков и диаграмм, в качестве основы использовать электронные карты и космоснимки местности. Для построения ИПД в РФ необходимо:

выделение на всех уровнях управления базовых пространственных данных (БПД) для интеграции на их основе тематических информационных ресурсов;

— законодательное закрепление за ОГВ функций по предоставлению бесплатного доступа к БПД соответствующего уровня;

— создание сети организаций на уровнях субъектов РФ для ведения БПД с передачей им материалов и данных федерального и ведомственных картографо-геодезических фондов;

— построение федеральной, региональной и муниципальной инфраструктур пространственных данных.

Необходимость взаимодействия всех уровней государственного управления страны по вопросам пространственных данных обусловлена следующим:

— каждый уровень в процессе своей жизнедеятельности производит пространственные данные;

— каждому уровню для выполнения своих управленческих функций нужны пространственные данные, производимые другим уровнем.

Принципами организации межуровневого взаимодействия ИПД являются:

— постоянный обмен метаданными о пространственных данных;

— установление состава данных, который каждый уровень бесплатно предоставляет в пользование другим уровням;

— определение единых стандартов и регламентов для удобного предоставления доступа к своим пространственным данным;

определение субъектов в качестве юридически значимых источников сведений о местоположении объектов, на которые необходимо ссылаться при создании картографических слоев, порядок доступа (по запросу, в режиме онлайн), формы, форматы и условия предоставления таких сведений.

Росреестр сформулировал рекомендации в части мероприятий по построению ИПД:

— при заказе работ по созданию пространственных данных исполнитель обязан использовать имеющиеся данные федерального картографо-геодезического фонда.

— проводите экспертизу технических заданий на разработку ГИС, регламентов обмена данными между информационными системами, оперирующими пространственной информацией, на соответствие разрабатываемых решений принципам построения ИПД;

— рассмотрите возможность создания регионального или муниципального оператора пространственных данных;

— уделяйте внимание вопросам базового образования пользователей по вопросам использования пространственных данных в своей деятельности;

— осторожно подходите к созданию 3D ГИС (трехмерная модель, как правило, является этапом развития уже существующей и эксплуатируемой ГИС);

— вкладывайте средства в создание современных телекоммуникационных систем.

Министерство экономического развития РФ утвердило сформулированные Федеральным агентством геодезии и картографии (Роскартографией) требования к составу, структуре, порядку ведения и использования единой электронной картографической основы (ЕЭКО) федерального, регионального и муниципального назначения. Требования провозглашают ЕЭКО федеральным государственным информационным ресурсом, который ведет Роскартография с использованием ГИС на основе единых принципов на всей территории страны. Карты должны обновляться не позднее трех месяцев после обновления соответствующих государственных топографических карт. Требования к навигационным картам и планам городов, содержащие описания форматов данных, описания классификаторов и правила цифрового описания цифровых навигационных карт, цифровых планов городов и цифровых навигационных планов городов, создаваемых по Федеральной целевой программе ГЛОНАСС, опубликованы на сайте Роскартографии. В требованиях содержится информация о форматах и масштабах цифровых карт.

Пространственные данные должны эффективно интегрироваться, использоваться совместно с семантической информацией об объектах. Эти возможности предъявляют и новые требования к хранению пространственных данных. Обеспечить комплексное многоплановое применение пространственных данных в приложениях можно только за счет отдельного хранения в БД.

Разнообразие форматов хранения данных и недостаточный учет особенностей их использования в многопользовательской, распределенной и мультиплатформенной среде требуют использования подходов к хранению данных в СУБД. Необходима обработка транзакций, в том числе и в распределенных системах, динамическая реорганизация данных, наличие механизмов, позволяющих разграничивать доступ к данным и обеспечивать бесперебойную работу системы. Разные организации используют различные ГИС, а также средства отображения и хранения графической информации. В то же время данные в новых задачах начинают использоваться совместно и не обязательно в рамках традиционных полноформатных ГИС-систем, а в приложениях, полученных с использованием самых разных средств разработки. Это требует обеспечения непротиворечивого доступа к одним и тем же данным из всех систем – как распространенных на рынке, так и используемых небольшими группами разработчиков, обеспечения согласованного хранения различных версий данных, полученных из различных источников.

В настоящее время из всех ведущих поставщиков СУБД только некоторые СУБД (например, Oracle) в своих продуктах осуществили встроенную поддержку пространственных данных, которая учитывает их особенности, ограничения обработки и специфические алгоритмы работы с ними. Появился новый тип данных, специальные механизмы индексирования, контроля целостности данных, специфическая функциональность на стороне сервера, обеспечивающая эффективную работу с пространственными данными. Эта возможность называется SDO (Spatial Data Option) и поставляется как опция СУБД Oracle Enterprise Edition. Для приложений, не требующих функциональности на уровне профессионала-геодезиста, где все же необходим эффективный доступ к пространственным данным, предлагается более доступное решение – Oracle Locator, включаемый в состав СУБД Oracle Standard Edition.

Наличие в СУБД встроенных средств хранения пространственных данных переводит использующие их ГИС-системы в новое качество. Хранение и доступ к данным становятся существенно эффективнее. Данные могут быть размещены в едином хранилище с данными других типов и в необходимой степени интегрированы с ними. Разработка приложений, обрабатывающих пространственные данные и связанную с ними семантику, становится менее трудоемкой, более быстрой и качественной.

В СУБД Oracle встроена также функциональность, обеспечивающая поддержку RFID устройств. То есть функциональность по обработке пространственных данных совмещается с данными, поступающими от устройств дистанционной идентификации объектов, и используется в различных задачах мониторинга перемещений объектов.

Как включить БД в ГИС?

Возможно три варианта ГИС – персональный, серверный и клиентский вариант.

На персональном уровне происходит обеспечение внешнего пользователя информацией в разнообразной форме, в том числе и картографической; прием запросов от внешнего пользователя. При этом используются пакеты MatLab, Illustrator, ГИС ArcView, ArcInfo. В клиентском варианте обработка запросов происходит на компьютере пользователя (апплет).

В серверном варианте основная обработка происходит на сервере. При этом используются языки Java, РНР, JavaScript (ГИС Map Server). При этом информация представляется в картографической форме в формате SVG, по требованию могут использоваться форматы: HDF, HDF-EOS, netCDF, CDF.

Место ГИС в системе обработки данных показано на рис.3. Схема усвоения данных из БД в ГИС представлена на рис.4. Использование ГИС на Web представлено на рис.5 - это основное направление сейчас, т.к. позволяет пользователям оперативно увидеть информацию. Для этого можно использовать ArcView Internet Map Server, MapObject Internet Map Server, Spatial Database Engine и др.

  1.  

Рисунок 3 - Место ГИС в системе обработки данных

Функционирование ГИС-приложений в распределенной среде в настоящее время ведется на базе ряда технологий, начиная от простого отображения в виде графического файла (gif, jpg и т.п.) до интерактивной работы с векторными картами. Можно рассматривать пять вариантов реализации ГИС-приложения для распределенной среды:

  •  создание приложения для визуализации геоданных;
  •  удаленный вызов и работа ArcView в стандартном режиме;
  •  использование картографического сервера на базе GeoHTML, MapServer, ArcGIS.

Тематические карты обычно готовятся на рабочем месте в среде локальной ГИС в ArcView. Подготовленные шейп-файлы каталогизируются и хранятся на выделенном файл-сервере геоданных или ftp-сервере. При каталогизации вносятся также сведения об атрибутивной информации, которая хранится на сервере СУБД. Специально разработанное приложение для визуализации геоданных, установленное на сервере приложений, должно позволять пользователю с его рабочего места, используя браузер, выбирать необходимую карту и смотреть на своем дисплее (геопривязанные атрибутивные данные доступны там же).

В этом случае выполняется собственная реализация схемы клиент-серверного варианта распределенной ГИС - это выполнение основных операций (обращение за информацией к картографической БД и к структурированной атрибутивной информации в таблицах сервера БД; разного рода преобразования данных; формирование тематической карты и перевод этой карты в графический формат) на стороне сервера и отображение полученных данных на стороне клиента. Клиент в браузере получает геоинформацию, подготовленную при помощи языков ASP, Java, РНР, JavaScript и др.

Взаимодействие пользователя с ГИС проводится по следующей схеме (рис.6). В этой схеме пользователь через интерфейс получает возможность выбрать задачу из списка. Команда на выполнение поступает на сервер приложений, который в свою очередь обращается к удаленной клиентской ГИС-станции с передачей параметров задачи. ГИС-проект на основе входных параметров обращается к серверу с метаданными или данными, запрашивает информацию и получает ее в виде View-представлений. Далее формируется слой освещенности или проводится интерполяция в узлы сетки и строится тематическая карта (изолинии или изоповерхности) с привлечением стандартов на градации выбранного параметра и цветовую гамму. Полученные тематические карты преобразуются в jpg-файлы и передаются на сервер приложений, который взаимодействует и обеспечивает пользователя результатами по его запросу.

Можно рассмотреть ситуацию, при которой основу клиентских приложений составляет набор динамически формируемых на WEB сервере страниц. При запросе клиента на формирование страницы с информацией о пользовательских объектах, приложения осуществляет запрос к БД, результат выполнения которого возвращается клиентской стороне в виде HTML страницы. При необходимости отобразить данные на карте, в тексте страницы формируется скрипт, который добавляет необходимые записи в один из апплетов.

ГИС Конструктор Free для PL/SQL Oracle предназначен для разработки в среде Oracle Developer в операционных средах Windows, Solaris и Linux средств геоинформационного обеспечения и обработки пространственных данных (карт местности, тематических карт на основе информации из БД, данных ДЗЗ) для включения в автоматизированные корпоративные системы управления, построенные на основе СУБД Oracle.


Рисунок 6 - Схема работы ГИС-технологии в Интернет

В качестве карты местности (картографической основы) могут быть использованы следующие виды данных: векторные (SXF, MIF/MID, Shape, DGN, KML и др.), растровые материалы (GeoTIFF, JPG, RSW и др.), матричные карты, триангуляционные модели, данные ДЗЗ и лазерного сканирования (SRTM, MTW, TIN, LAS и др.). Предварительная обработка данных (контроль качества, приведение к единой системе координат, настройка условных знаков) выполняется средствами ГИС. Отображаемые данные состоят из двух типов – картографическая основа и тематическая информация, формируемая по описанию из БД.

Для отображения объектов могут использоваться готовые классификаторы и библиотеки условных знаков (http://www.gisinfo.ru/classifiers/classifiers.htm) по различным темам: навигация, территориальное планирование, градостроительная деятельность, геодезия и кадастр, геология, сельское хозяйство, чрезвычайные ситуации, телекоммуникации и связь, лесное хозяйство и др.

Компоненты систем управления по работе с пространственными данными могут решать следующие задачи: отображение уже имеющихся в СУБД Oracle пространственных данных, редактирование и создание новых данных на основе изменений и новых поступлений информации, расчетно-поисковые задачи с использованием пространственных данных и их атрибутов, формирование информационных таблиц (деревьев), содержащих информацию об объектах местности, выполнение различных запросов по имеющимся данным с выводом результатов в виде таблиц и с наглядным их отображением на базе картографической информации и т.д.

В состав ГИС Конструктора для PL/SQL входят:

  •  сервер ГИС-приложений. Программирование ГИС-приложений с использованием Сервера ГИС-приложений позволяет учитывать многосессионную структуру работы Oracle-приложений, т. е. Сервер ГИС-приложений однократно при старте открывает картографические данные и предоставляет к ним доступ периодически выполняемым скриптам на PL/SQL;
  •  модуль связи Сервера ГИС-приложений - для обеспечения выполнения внешних Си-функций из программы на языке PL/SQL используется;
  •  библиотека внешних Си-функций для работы программы на языке PL/SQL без обращения к Серверу ГИС-приложений, т. е. приложение, использующее функции этой библиотеки, для работы с картографическими данными должно само открывать необходимые данные для осуществления доступа к ним.

ГИС-приложения, создаваемые с использованием ГИС Конструктор, могут иметь следующую структуру.

Рисунок 7 – Использование ГИС-приложений

При загрузке сервера ГИС-приложений выполняется однократное открытие данных (карт, растров, матриц), указанных в файле GisAppServer.xml.

Типовое ГИС-приложение, использующее сервер ГИС-приложений ГИС Конструктора, функционирует следующим образом:

  •  тонкий клиент посылает серверу Oracle запрос на выполнение одной из процедур приложения пользователя (поиск объектов, отображение карты, расчеты по карте);
  •  приложение пользователя на языке PL/SQL вызывает внешние Си-функции, содержащиеся в модуле связи. Для выполнения одной процедуры обычно вызывается несколько Си-функций, которые используются для создания контекста процедуры, передачи параметров процедуры и формирования единого пакета входных параметров;
  •  модуль связи посылает по HTTP-протоколу серверу ГИС-приложений пакет, содержащий параметры выполнения процедуры приложения пользователя;
  •  сервер ГИС-приложений выполняет процедуру и по HTTP-протоколу возвращает в модуль связи пакет, содержащий результаты выполнения (списки найденных на карте объектов, имя файла, содержащее изображение карты в формате PNG, результаты расчетов);
  •  модуль связи возвращает результаты выполнения процедуры приложения пользователя. Для возврата результатов приложение пользователя на языке PL/SQL обычно вызывает несколько Си-функций, которые используются для возврата значений отдельных параметров единого пакета результатов и удаления контекста процедуры;
  •  приложение пользователя на языке PL/SQL, содержащее java-скрипты, возвращает результаты выполнения процедуры тонкому клиенту в виде HTML-страницы;
  •  в составе комплекса могут также работать отдельные приложения с использованием библиотеки внешних Си-функций ГИС Конструктора, например, приложение, осуществляющее мониторинг состояния объектов тематической карты.

3D-модели

Большинство существующих карт двухмерные. Для представления высот или глубин более наглядное представление дают трехмерные модели.

3D-моделирование имеет два этапа — подготовительный (подготовки данных) и расчетно-аналитический. Первый во многом схож с аналогичным этапом двухмерного проектирования, но в обязательном порядке требует наличия данных аэросъемки или космического дистанционного зондирования. Второй подразумевает вычисление параметров по 3D-моделям (например, определение зон затопления, вертикальных и горизонтальных течений, прогнозирование ледовой обстановки). Виртуальная трехмерная модель позволяет проводить визуальный контроль и оптимизировать проектные решения с учетом рельефа местности, дендроплана, имеющейся и проектируемой инфраструктуры. 3D-проекты, совмещенные с трехмерной моделью территории, дают представление о том, как возводимые объекты впишутся в ландшафт. Трехмерное моделирование широко применяется для целей мониторинга и управления объектами. Графическое представление объектов управления в виде 3D-моделей преподносит информацию в наиболее удобном и естественном для человека виде, что положительным образом сказывается на качестве и оперативности принятия решений. Это свойство 3D-моделей может широко использоваться при создании ситуационных центров управления территориями (центры кризисных ситуаций, оперативные службы, подразделения по отслеживанию использования биоресурсов, по учету и контролю объектов недвижимости и т.д.).

Теперь объёмные модели городов нужны не только разработчикам игр. Скоро собственная трёхмерная карта появится на каждом картографическом сайте. Во-первых, такие карты удобнее обычных. По ним можно составить представление о том, как выглядят здания с точки зрения прохожего. Во-вторых, данные такого рода не помешают некоторым приложениям в качестве «сырья» (например, для отображения дополненной реальности).

В Microsoft научилась делать псевдоизометрические карты из авиасъёмки. На них можно глядеть на здания со стороны. Фирма C3 Technologies использует авиаснимки, но строит на их основе не статичную карту, а полноценные трёхмерные модели. Разработчик C3 Technologies использует технологию для построения моделей зданий с погрешностью не больше 15 см. Модели же C3 создаются практически без вмешательства человека. Самолёт снимает город с помощью конструкции, собранной из четырёх цифровых зеркальных фотоаппаратов, направленных в противоположные стороны. Оборудование автомобилей, которыми «Яндекс» снимает панорамы, устроено похожим образом – оно тоже основано на обычных зеркалках, а не на специализированных камерах. Затем специальное программное обеспечение отыскивает в отснятом материале кадры, которые можно считать стереопарами. Теперь карты C3 Technologies можно увидеть на сайте Nokia в действии, нужно только установить специальный плагин.

На Google Earth есть карты целых городов, где здания представляют собой трёхмерные модели. Здания сделаны вручную и зачастую вообще не Google, а с помощью инструмента SketchUp. При съёмке панорам StreetView автомобили Google попутно прощупывают окрестности с помощью лазерных дальномеров.

В Университете Южной Калифорнии (Hitech.newsru.com) ведется разработка интерактивных панорамных карт следующего поколения, которые смогут работать в реальном времени. Эти карты объединяют статическую и динамическую информацию (автомобили, пешеходы, др.) в режиме реального времени. Виртуальная реальность позволяет построить "исторические модели", которые создаются на основе данных в реальном времени, собираемых из всех возможных источников (данные из Google видекамер, GPS, др.). Так приложение iCampus позволяет в реальном времени отслеживать местонахождение друзей из Twitter или Facebook, получить самый быстрый маршрут к месту назначения. Приложение - iWatch объединяет 3D-карту города с данными камер видеонаблюдения, которые накладываются на карту и "оживают", когда пользователь изменяет масштаб изображения. В будущем ученые надеются получить технологию, замещающую сенсорную информацию реального мира "синтезированными воздействиями" - трехмерными визуальными изображениями, пространственным звуком, а также силовой или тактильной обратной связью. 

Компания EarthNC("Earth & Sea") представила коллекцию морских карт для всех прибрежных акваторий США и Вирджинских островов в среде Google Earth. Данные представлены как в векторном, так и в растровом видах. Ряд данных, например, метеоданные с судов, представлены в обретающем благодаря Google Earth популярность 4D-формате с временными метками, позволяющими с помощью интуитивно простого органа экранного управления (ползунка, time slider) проводить выборку данных за требуемый интервал времени или же просматривать события "в динамике" в виде анимации. При этом пользователь во время просмотра может манипулировать отображением геоданных на экране, изменяя масштаб, ракурс просмотра и тип отображаемых объектных слоев.

Существует потребность в объединении двухмерных и трехмерных объектов. Для этого развивается новое направление неогеография. Согласно определению [8, http://www.neogeography.ru/ru/2010-05-03-17-08-52.html] неогеография - это новое поколение средств и методов работы с геопространственной информацией, отличающееся от предыдущих ГИС тремя основными признаками:

  •  использованием географических систем координат, а не картографических проекций;
  •  применением в качестве основного растрового, а не векторного представления географической информации;
  •  использованием открытых гипертекстовых форматов представления геоданных.

Принцип неогеографии предполагает отказ от условностей, неизбежных в картографическом методе работы с геопространственной информацией:

  •  проецирования всей полноты информации на какую-либо поверхность (карту, глобус, и т.д.);
  •  условного соотнесения исходной информации с отдельными позициями из ограниченного списка категорий (слоёв) данных;
  •  принципиального разделения топографических и географических карт, обусловленного использованием механизма картографических проекций.

Основой принципа неогеографии является отказ от использования механизма картографических проекций. Вместо этого информация хранится в геоцентрической системе координат, гарантирующей уникальность её локализации без ущерба для детальности. При этом карты и картографические продукты могут входить в новые информационные среды в качестве одного из их элементов. Неогеография даёт пользователю возможность произвольным образом выбирать ракурсы (и определяемую ими степень детальности) просмотра информации, плавно переходя при этом от одного ракурса к другому по мере необходимости. При этом становится возможным использовать в работе с данными ракурсы, невозможные и бессмысленные в рамках картографической парадигмы, например, увидеть одновременно трехмерное отображение объекта, стоящее на плоскости, рис.8.

Рисунок 8 - Элементы представления местности и ситуации методами неогеографии

При этом обеспечивается естественное представление трёхмерной пространства без его редукции к какой-либо поверхности и без утраты метрической достоверности, поскольку средства измерения интегрированы в интерфейс управления. Основным носителем информации в геоинтерфейсах выступают данные дистанционного зондирования, в частности, космические и аэроснимки и другие документально точные изображения, позволяющие формировать образ местности в очень широком диапазоне масштабов. Они служат при этом контекстом, с помощью которого пользователи могут создавать собственные, трёхмерные и четырёхмерные модели событий, процессов и объектов. При этом используется ситуационная осведомлённость и сетецентричность.

Ситуационная осведомлённость – принцип комплексного, в минимальной степени опосредованного картографическими, модельными либо иными условностями представления разнородной (общегеографической, навигационной, тактической и т.д.) информации в единой глобальной географической системе координат. Наличие единой, не фрагментированной информационной среды позволяет разрешить проблему непрерывной (во времени и в пространстве) и высокоточной актуализации данных. Соответствующее качество обеспечивается за счёт реализации принципа сетецентричности.

Сетецентричность - принцип организации, позволяющий реализовать режим ситуационной осведомлённости благодаря формированию и поддержанию единой для всех ярусов управления, целостной, контекстной информационной среды и включения в процесс её непрерывной актуализации возможно большего числа источников первичной информации. Концепция Сетецентричности подразумевает формирование и поддержание в актуальном состоянии единого для всей системы образа ситуации реальной в максимально документальном, не опосредованном картографическими либо иными условностями виде, позволяющем осуществлять чувственное восприятие этого образа. Успешное решение задач управления в рамках сетецентрического подхода заключается в поддержании этого образа в максимально полном и достоверном состоянии, в первую очередь, за счёт включения в этот процесс возможно большего числа источников первичной, оперативной информации и реализации принципов ситуационной осведомленности во всей их полноте. Важнейшим условием реализуемости концепции сетецентричности на практике является использование одного и того же, не фрагментированного по масштабному признаку информационного образа реальной ситуации всеми ярусами системы управления.

Сочетание документально точных изображений, полученных разными средствами с разных ракурсов (космического и аэроснимков) и не опосредованных картографическими условностями, позволяет обеспечить принципиально новое качество восприятия ситуации, рис.9. Эффективным методом обеспечения режима ситуационная осведомлённость является дополнение геоинтерфейсов точно локализованными в пространстве и во времени документально точными изображениями и панорамами.

Рисунок 9 – Интеграция различных видов пространственных данных на одном представлении

Примеры использования ГИС

Совсем недавно применение пространственных данных было ограничено относительно узкими областями. Пользователи этой информации на бытовом уровне становятся любознательные граждане, продвинутые туристы, ученые и др. Сферами использования ГИС стали государственное и городское управление, коммунальное хозяйство, правоохранительные и оперативно - спасательные службы, сельское хозяйство, окружающая среда, исследования рынка и услуг.

Пространственные данные и связанные с ними семантические данные начинают все чаще использоваться в приложениях реального времени, в критичных приложениях, связанных, например, с обеспечением безопасности и навигацией, что повышает требования к их достоверности и актуальности. Так, устройства, использующие GPS навигацию, все чаще применяются для определения местоположения воздушных и морских судов, регистрации местоположения объектов в системах безопасности. Примером является использование данных, получаемых от приемников GPS в противоугонных системах транспортных средств.

Изображения местности, полученные перед началом чрезвычайной ситуации, позволяют ответственным лицам оценить размеры ущерба и составить план действий. Во многих случаях могут быть обнаружены районы повышенного риска и зоны нестабильности, что позволит быстро организовать спасательные операции, прежде чем возникнут новые трудности.

Данные о местоположении объектов, полученные с использованием GPS-приемников, GSM сотовых телефонов, пунктов контроля RFID-меток могут быть наложены на базу пространственных данных с целью решения различных практических задач: как бытовых, так и производственных (местоположение ребенка, груза, курс судна и т.п.).

Страховые компании широко используют спутниковые изображения для точной оценки повреждений и разрушений, чтобы иметь возможность выплатить компенсацию жертвам стихии в короткий срок. Там, где загрязнения среды и болезни наиболее вероятны и соответствующие ГИС-приложения могут идентифицировать и подробно описать загрязненные почвы и воды. Это позволяет организовать соответствующие акции, чтобы ограничить распространение очагов загрязнений или предотвратить появление массовых заболеваний. Принципиально можно выделить ряд точек в технологической среде системы, в которых можно применить ГИС-технологий, табл.2.

Таблица 2 - Применение ГИС-технологий

Узел

Тип

Функции

ПС

Режим

Связь

Сбор данных (контроль поступления данных)

Настольная ГИС в виде АРМ

Отображение на карте место положений точек наблюдений по полученным данным

1. Модуль получения стандартизованных атрибутивных таблиц из метаданных входного потока

2. Модуль получения графических файлов

Временное хранение таблиц и тематических слоев и/или графических файлов и передача по запросу

ЛВС на уровне администратора БД

Управление в БД (контроль загрузки и качества данных)

Настольная ГИС в виде АРМ

Отображение на карте место положений точек наблюдений по выбранным данным

1. Модуль усвоения View-представлений или таблиц для получения стандартизованных атрибутивных таблиц метаданных

2. Модуль получения графических файлов

Передача тематических слоев и/или графических файлов по регламенту

ЛВС на уровне администратора БД

Получение справочной информации в БД

Интерактивная карта

Отображение на карте местоположения точек наблюдений по хранимым или выбранным данным

1. Модуль усвоения View-представлений или таблиц для получения стандартизованных атрибутивных таблиц метаданных

2. Модуль получения графических файлов

3. Модуль работы с геоданными в Интернет

Временное или постоянное хранение и передача тематических слоев и/или графических файлов по регламенту

Интернет на уровне внешнего пользователя

Получение обобщенной информации

Интерактивная карта

Формирование тематических карт по выбранным данным

1. Модуль усвоения View-представлений или таблиц для получения стандартизованных атрибутивных таблиц

2. Модуль преобразования данных по модели

3. Модуль построения тематических карт (слоев)

4. Модуль получения графических файлов

5. Модуль формирования отчетных файлов

6. Модуль работы с геоданными в Интернет

Временное или постоянное хранение и передача тематических слоев и/или графических файлов по регламенту

Передача отчетных материалов

Интернет на уровне внешнего пользователя

Широкое распространение ГИС-технологий открыло возможность анализа особенностей пространственного распределения социальных процессов различной природы [7]. Так анализ пространственного распределения преступности в городах Питтсбург и Рочестер (США) позволил создать модель, способную прогнозировать характер и количество преступлений. Милиция подмосковного г. Протвино используют в опытном порядке возможности ГИС, на базе платформы Google Earth. Система представляет собой трехмерную модель города, представленную в глобальном интерфейсе Google Earth и позволяющую отображать территорию и объекты не только в различном масштабе, но и под различными произвольными ракурсами.

Важным достоинством использования продуктов от Google является возможность сводить воедино данные из различных регионов и территорий, простота обмена ими, а также малая по сравнению с альтернативными ГИС-решениями стоимость продукта, дающая возможность быстро и с малыми затратами создавать работоспособные системы и уже на их основе принимать решение о дальнейших направлениях их развития с учетом конкретных потребностей и возможностей ведомства или региона. Технология размещения карт на основе Google Maps API, позволяет выложить карты на сайт и дать на них ссылку с главной странички [http://www.computerra.ru/gid/rtfm/internet/290369/].

Технология отображения трехмерной географической информации с использованием платформы Google Earth позволяет предоставить пользователю изображение объекта, например, наглядно представить месторасположение складских комплексов относительно транспортных потоков, поиск и размещение объектов бизнеса, информацию об объекте, проверить наличие свободных помещений, состояние строительства (по ежемесячному сравнению двух снимков), оптимизировать транспортные потоки, решает и другие задачи.

Сайт DomNaKarte.ru (http://domnakarte.ru/) предоставляет сервис поиска недвижимости в Москве с отображением результатов на карте. В форме поиска можно выбрать станцию метро или улицу, а также стоимость квартиры. С помощью сервиса Google Maps на карте найденные квартиры помечаются красными воздушными шариками. При наведении на шарик отображается улица и номер дома, цена и количество комнат. Карту можно увеличить до  масштаба просмотра формы дома, а также выбрать спутниковый и  комбинированный вид просмотра.

Страховая группа Lloyd начала использовать геосервис Google Earth для визуализации рисков, связанных со стихийными бедствиями - пожаров, наводнений, ураганов, а также террористических актов. Ключевой особенностью геосервиса является его принципиальная глобальность, позволяющая вводить, накапливать, обрабатывать данные в масштабах всего Земного шара.

Бесплатный веб-портал для получения геоданных Geonames.org создан на основе GoogleМaps. Портал позволяет через систему поиска получить информацию об имеющихся геоданных. Для географических объектов доступна информация об их классе, координаты, местоположение на карте.

Широкой популярностью пользуется сайт OpenStreetMap [http://wiki.openstreetmap.org/wiki/RU:Main_Page], где пользователи по всему миру добавляют географическую информацию, создавая самую подробную карту мира, причем такую, у которой не ограничен объектовый состав. Имеется и русскоязычный сегмент проекта OpenStreetMap Wiki. Самый простой способ работы с сайтом OpenStreetMap заключается в том, чтобы отправиться в путь на машине, велосипеде или пешком, прихватив с собой GPS-систему для фиксации маршрута и камеры, чтобы записывать названия улиц и приметы.

Разработчики Интернет-проекта Flood Maps создали онлайновый сервис для оценки воздействий климатических изменений. С его помощью каждый желающий может задать уровень подъёма воды в Мировом океане в метрах (от 0 до 14 метров) и полюбоваться на то, что станет с любым отдельно взятым регионом мира, если растают ледники Гренландии и Антарктиды. Пример представления гидрометеорологических данных представлен на рис.9.

Рисунок 10 - Пример представления гидрометеорологических данных

Европейское космическое агентство ESA применяет стандарты интерфейсов и кодирования, разработанные консорциумом OGC в проекте GMES (Глобальный мониторинг Земли), в реализацию которого вовлекается до 40 спутников с различной бортовой аппаратурой.

Группа ученых из разных стран создает симулятор, способный воспроизводить все, что происходит на Земле: от погоды и эпидемий до международных финансовых расчетов и заторов на дорогах. Проект, получивший название «Живой симулятор Земли», призван помочь ученым понять, что происходит на нашей планете, как поведение человека влияет на развитие общества, и каким образом формируется окружающий нас мир. С помощью симулятора можно будет прогнозировать распространение инфекционных заболеваний, определять методы борьбы с климатическими переменами и обнаруживать самые тонкие намеки на грядущие финансовые кризисы. Для этого симулятор нужно наполнить огромным количеством пространственных данных (имеющих широту долготу), которые будут включать все, что происходит на планете. Уже определено более 70 источников данных, которыми можно будет пользоваться. В их числе онлайн-энциклопедия Wikipedia, картографический сервис Google Maps и хранилище данных британского правительства Data.gov.uk. Для этого надо провести интеграцию потоков данных, получаемых в режиме реального времени - от финансовых рынков до наблюдений среды. А следующим шагом станет определение рамок, которые позволят трансформировать эти данные в некие модели, которые смогут достаточно точно воспроизводить то, что происходит на Земле. [Nano News Net. http://www.silicontaiga.ru/home.asp?artId=11169].

С 2010 г. в хранилище данных Google Public Data Explorer [http://www.google.com/publicdata/home] собираются статистические данные по всему миру, включая цены на углеводороды в разных регионах, информацию о безработице, населении, дефиците бюджета в разных странах и иную социальную, экономическую и медицинскую информацию, на основе которой строятся тематические карты и графики.

В рамках программы НАСА и Cisco Planetary Skin «Кожа планеты» (http://www.planetaryskin.org/) разрабатывается онлайновая платформа для совместного глобального экологического мониторинга, создается сеть датчиков, собирающих климатическую информацию по атмосфере, Мировому океану, почве и космосу. Они позволят в режиме, близком к реальному времени, измерять, докладывать, проверять экологические данные, своевременно распознавать глобальные климатические изменения и адаптироваться к ним. В рамках программы Planetary Skin разрабатываются системы поддержки принятия решений, позволяющие эффективно управлять такими природными ресурсами, как биомасса, вода, земля и энергия, климатическими изменениями и связанными с ними рисками (такими как подъем уровня мирового океана, засухи и эпидемии).

Сервис New.KosmoSnimki.Ru с визуальным географическим отображением территории России с помощью детальных спутниковых изображений, представляет собой первый этап проекта инженерно-технологического Центра СканЭкс по созданию удобного для пользователей геопространственного сервиса на основе мозаики спутниковых снимков, охватывающих всю территорию России – и может рассматриваться в качестве российского аналога геосервисов Google. Снимками можно пользоваться, как фотографически точной и обновляемой «картой» с различными уровнями масштаба: от больших территорий до отдельных улиц и домов.

Сервис «Карты@Mail.Ru» дает возможность прокладывать маршруты с учетом актуальной информации о пробках на дорогах. Для прокладки маршрутов предназначена специальная кнопка на панели инструментов сервиса – «Поиск маршрута». Отмечая исходную и конечную точку на карте, пользователь сразу видит маршрут, построенный с расчетом на то, чтобы провести в дороге минимум времени. При этом учитывается актуальная информация как о самых загруженных, так и наиболее свободных улицах города. Если по пути из точки А в точку B автомобилист захочет посетить еще какое-то место, он может «перетащить» мышкой нарисованный путь на ту улицу, которая ему нужна, после чего маршрут будет автоматически перестроен.

Программа iMapBuilder (компании Mode Multimedia, http://www.imapbuilder.com/.) представляет собой систему для создания интерактивных карт в среде Windows, которую могут использовать и непрофессионалы в этой области для дизайна Интернет-карт (диаграмм, легенд, зарамочное оформление и т.п.) - без необходимости написания для этого каких-либо дополнительных программ. В удобном и интуитивно понятном пользовательском интерфейсе поддерживается преобразование всех основных графических форматов (JPG, GIF, PNG и др.) для создания на их основе интерактивных карт. В комплект поставки включен ряд готовых шаблонов карт мира, континентов, регионов и стран.

В ArcGIS Business Analyst Online (http://www.esri.com/software/bao-us/index.html) используются интуитивно понятные и мощные инструменты для сегментирования данных, маркетингового анализа и для оценки мест потенциального развития бизнеса. Инструмент дает возможность создавать отчеты и карты для изучения потребительских запросов и привычек в разных регионах, формировать профиль новых потенциальных клиентов, эффективно планировать развитие бизнеса на базе этих данных, выбирать оптимальное расположение для новых торговых точек и т.п. Вариант системы для демографических параметров доступен по адресу http://bao.esri.com.

На рынке программного обеспечения представлено немало картографических приложений для мобильных устройств, разнящихся как функционалом, так и списком поддерживаемых платформ [http://www.computerra.ru/terralab/softerra/434112/].

Карты Google (www.google.ru/mobile) построены на платформе Android, J2ME, Palm OS, BlackBerry, Windows Mobile, Symbian, Apple iPhone и iPod Touch. Возможности этой системы позволяют пользователю просматривать карты местности и спутниковые фотографии Земли, прокладывать маршруты проезда, производить поиск ближайших кафе, кинотеатров, магазинов и прочих учреждений, извлекать сведения о расписании движения общественного транспорта и создавать закладки для избранных мест. Благодаря режиму Street View, при помощи мобильных карт Googlе можно просматривать изображения улиц и виртуально прогуливаться по многим городам мира. Помимо этого приложение способно определять координаты пользователя, как с помощью базовых станций сотовых операторов, так и посредством встроенного в телефон GPS-модуля. Инструмент Google Latitude ("Локатор"), позволяет отслеживать на карте текущее местоположение других пользователей программы, присутствующих в контакт-листе и согласившихся "светить" свои координаты.

Мобильные Яндекс.Карты (mobile.yandex.ru/maps) созданы на платформе J2ME, Symbian, Windows Mobile. Программа умеет показывать дома, улицы и другие объекты на картах 20 городов России и Украины, демонстрирует информацию о пробках и свободных дорогах, отображает расположение камер слежения, уведомляет водителя о дорожно-транспортных происшествиях на пути следования, дорожных работах и прочих важных моментах, на которые следует обратить внимание. Приложение обучено определять местоположение пользователя с помощью GPS либо посредством механизма сотовой локации, вычисляющего географические координаты портативного устройства по информации от базовых станций. Пользователи мобильных Яндекс.Карт могут участвовать в создании карты свободных дорог своего города, сообщать другим водителям о местах ДТП и прочих недоразумениях, затрудняющих движение, плюс подбирать оптимальный маршрут с учетом дорожной обстановки.

J2ME Map (j2memap.landspurg.net) разработаны на платформе J2ME, BlackBerry взаимодействует с четырьмя картографическими сервисами - Google Maps, Microsoft Bing Maps, Ask.com Maps & Directions и Yahoo Maps. Программа позволяет искать объекты на карте и сохранять их координаты в закладках, при помощи GPS-приемника умеет определять местоположение пользователя, запоминать маршрут движения и экспортировать полученные данные в файлы форматов GPX, KML и LOC.

Bing for mobile (www.discoverbing.com/mobile) предназначен для платформы Windows Mobile, Blackberry, Apple iPhone и iPod Touch. Программа характеризуется привязкой к сервису Microsoft Bing Maps и поэтому может быть использована для просмотра карт и спутниковых снимков Земли, поиска объектов в выбранном городе по различным критериям и навигации при помощи GPS-приемника. В приложении Bing for mobile доступны опции масштабирования карт и установки стартовой и конечной точек для вычисления оптимального маршрута между ними. Имеется функция просмотра информации о ситуации на дорогах в режиме реального времени с визуальной демонстрацией пробок, заторов и прочих дорожных неприятностей.

Mobile GMaps (www.mgmaps.com) создан для платформы: J2ME, BlackBerry. Просмотрщик карт, работающий в паре с такими сервисами, как Microsoft Bing Maps, Ask.com Maps & Directions, Yahoo Maps, Open Street Map, Wikimapia, Connect2Car и многими другими. Mobile GMaps умеет согласовывать свои действия с GPS-приемниками и позволяет для экономии сетевого трафика кэшировать изображения карт.

MobileMap (mapmobile.ru) работает на платформе J2ME. Это сборник картографических Java-приложений, охватывающих как города, так и области России. На картах городов представлены улицы с названиями и некоторые наиболее важные объекты (станции метро, площади, парки, автостанции, вокзалы, железнодорожные пути, реки и др.). Карты областей, в свою очередь, ограничиваются информацией о дорогах, реках, плюс содержат полный перечень городов и деревень района.

Amaze (amazegps.com) предназначен для платформы J2ME, BlackBerry, Windows Mobile. Программа предоставляет пользователю доступ к подробным картам и аэрофотоснимкам обширных территорий Европы, Северной Америки, Австралии, частей Азии и Африки, при этом поставщиками картографических данных являются организации DigitalGlobe, TeleAtlas и Navteq. Интерфейс Amaze русифицирован, а само приложение имеет всевозможные функции и опции, обеспечивающие выполнение различных навигационных задач - от прокладки оптимальных маршрутов, поиска адресов и объектов на карте, до анализа скорости и направления движения при наличии в телефоне GPS-модуля.

GeoEye предлагает набор инструментов для поиска аэрокосмических снимков, их просмотра и заказа нужных данных из каталога компании. Этот каталог глобального покрытия обновляется ежедневно. В системе доступны интерактивные карты, а также инструменты Google Earth, ArcMap и др.

Программное обеспечение Geoportal Extension 10 семейства ArcGIS фирмы ESRI предназначено для публикации метаданных о геоинформационных ресурсах. Новое средство дает возможность составлять формализованные описания георесурсов и вносит вклад в дело облегчения каталогизации источников географической информации. Geoportal Extension предоставляет средства для автоматизации поддержки каталогов в актуальном состоянии. Новый продукт дает возможность создавать на предприятии один или несколько геопорталов с каталогами метаданных, описывающих геоинформационные ресурсы компании, ее партнеров, любых провайдеров коммерческих или общедоступных служб. Все эти данные могут автоматически обновляться по расписанию, заданному для каждого ресурса. Кроме того, в каталог можно вносить дополнительные сведения, добавляя, например, ключевые слова из стандартного корпоративного словаря. В состав Geoportal Extension входит гибкий механизм поиска, позволяющий задавать в поисковом запросе пространственные ограничения и маски адресов или названия магистралей, гостиниц, ресторанов и тому подобных объектов. Помимо этого, существует возможность проводить поиск, учитывая принадлежность объектов к тематическим группам — дорожной сети, энергетике, связи, быту или развлечениям. При этом большинство функций по созданию, администрированию и использованию хранилищ метаданных можно выполнять через браузер — с помощью встроенных web-приложений.

Геопортал Роскосмоса предназначен для обеспечения доступа пользователей к информации о космосниках. Реализация сайта ориентирована на предоставление всем желающим метаданных о том, что содержится в архивах Роскосмоса, других российских ведомств и компаний. Единая территориально-распределённая система дистанционного зондирования Земли (ЕТРИС ДДЗ) продолжает пополняться. Геопортал Роскосмоса (http://geoportal.ntsomz.ru/) является агрегатором метаданных, полученных с космических аппаратов дистанционного зондирования Земли: "Ресурс-О1" (РФ); "Океан-О" (РФ-Украина), "Метеор-М1" (РФ); "Монитор-Э" (РФ); "Ресурс-ДК" (РФ); ERS-2 (EC); Terra (США); Spot (Франция); Quickbird (США); Alos (Япония): LandSat (США).

Выводы

Сфера применения пространственных данных вышла из узкой профессиональной области благодаря новым технологиям (GPS, GSM, RFID), где требуется отображение координат на карте. Дальнейшему развитию пространственных данных мешают серьезные правовые (распространение данных) и технические ограничения (скорость передачи по каналам связи). Обработка пространственных данных, кроме технических, имеет и другие ограничения. В частности, традиционно доступ к пространственным данным высокой точности ограничивался соответствующими службами государства. Широкое распространение и рост функциональности применения пространственных данных приводит к появлению новых проблем, связанных с обеспечением приватности и юридической защищенности граждан в условиях применения новых видов информации. Существует также проблема повышения технической компетентности специалистов в вопросах формирования, использования и хранения пространственных данных.

ГИС - один из важных инструментов для использования БД. Главной тенденцией в области развития является широкое использование геопространственных данных и технологий в различных сферах деятельности человека, общественной и политической жизни. ГИС все более широко внедряются в повседневную жизнь людей, работу административных органов, коммунальных и ЧС-служб для анализа и принятия важных решений. Основным системным подходом является реструктуризация ГИС подразделений с упразднением ведомственных ГИС-отделов путем их интегрирования в межведомственные группы, нацеленные на решение конкретных задач регионального планирования и комплексного управления работы дорожных, коммунальных и других служб с учетом экологических аспектов и обеспечения безопасности граждан.

При создании ГИС широко используются спецификации консорциума OGC (http://www.opengeospatial.org): WMS (Web Map Service), WFS (Web Feature Service), WCS (Web Coverage Service), WMC (Web Map Context), CSW (Catalogue Service Web), Gaz (Gazetteer Service) и WCTS (Web Coordinates Transformation Service), которые обеспечивают поиск и визуализацию данных.

ГИС позволяет доставлять и выводить изображения на экран монитора, перемещаться по изображению, масштабировать изображение, проводить обработку изображений, включая функции улучшения изображений, разбивку по каналам, совмещение изображений разного разрешения, использование фильтров и преобразований, вырезку фрагментов, перепроецирование, ортотрансформирование, сборку мозаик изображений.

Новое поколение средств и методов работы с геопространственной информацией использует географические, а не картографические системы координат; применяет растровое, а не векторное представление географической информации в качестве основного; использует открытые гипертекстовые форматы представления геоданных.

4D-ГИС найдут применение в самых разнообразных областях, где требуется быстрый анализ развивающихся во времени и в пространстве процессов. Их использование позволит поднять на качественно новый уровень образовательный процесс, управление, обслуживание протяженных инфраструктурных объектов.

Стремительному развитию ГИС способствовало появление в 2006 году «Концепции создания и развития инфраструктуры пространственных данных в Российской Федерации». Данный документ разработан с учетом опыта ряда европейских государств. Концепция развития инфраструктуры пространственных данных определяет принципы сбора, хранения, предоставления базовых и отраслевых геоданных; описывает возможности эффективного взаимодействия между государственными структурами и бизнесом; устанавливает уровни ответственности за те или иные данные, привязанные к карте. Таким образом, созданы условия для получения данных, от наличия которых зависят возможности использования ГИС.

Список литературы

  1.  Андрианов В.Ю., Кошкарев А.В., Кузнецов В.М. Структура, правила и порядок цифрового описания пространственных метаданных // Журнал «Пространственные данные». 2007. № 1. http://www.gisa.ru/36697.html
  2.  ГОСТ 7.18-79. Библиографическое описание картографических произведений. – М.: Введ. 01.01.80.
  3.  Дулин С.К., Дулина Н.Г. О проблеме согласованности базы геоданных – М.: ВЦ РАН, 2007. 21 с.
  4.  Ковальчук А.К., Шайтура С.В. Основы геоинформационных систем. - М.: Изд.-во «Рудомино», 2009. -240 с.
  5.  Комосов Ю.А. Проблемы взаимодействия федерального, регионального и муниципального уровней инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации. Росреестр. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gisa.ru/75266.html, свободный. – Загл. с экрана.
  6.  Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. Учебное пособие. - М., 1997. - 160с.
  7.  Кулаков В. Чрезвычайная» геоинформатика // Журнал «Computerworld», 2004. №29.
  8.  Куртеев В.В. О месте человека в системе "География - картография - неогеография" [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gisa.ru/63427.html, свободный. – Загл. с экрана.
  9.  Словарь терминов. - Ежегодный обзор. - М.: ГИС-Ассоциация. 1995. Вып.2. с.269-294.
  10.  Directive 2003/98/EC of the European Parliament and of the Council of 17 November 2003 on the re-use of public sector information // Official Journal of the European Union, L 345, 31.12.2003.
  11.  Directive 2007/2/EC of the European Parliament and of the Council of 14 March 2007 establishing an Infrastructure for Spatial Information in the European Community (INSPIRE) // Official Journal of the European Union, L 108, 25.4.2007.

Перечень вопросов для самопроверки

  1.  Что такое ГИС?
  2.  2.Какие ГИС Вы знаете?
  3.  3 Чем отличаются пространственные данные от фактографических?
  4.  4 Назовите наиболее распространенные ГИС.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41024. Укладання та виконання зовнішньоторговельного контракту (продовження) 158.5 KB
  Укладання та виконання зовнішньоторговельного контракту продовження План Формування ціни контракту та умов платежу. Ціни контрактів за узгодженням сторін фіксуються у валюті однієї з країн контрагентів або у валюті третьої країни. Для платежу тобто для взаємних розрахунків між продавцем і покупцем може бути обрана інша валюта не та у якій зафіксовані ціни.
41025. Особистість у системі соціальних зв’язків 154 KB
  Визначення соціології особистості Соціальна поведінка Поняття структури особистості Соціальні статуси та соціальні ролі особистості Соціалізація особистості як процес Девіантна поведінка особистості Соціологічні теорії особистості Соціологія особистості галузь соціології предметом вивчення якої є особистість як суб'єкт і об'єкт соціальних відносин суспільноісторичного процесу на рівні взаємозв'язків особи і соціальних спільностей. Соціологія особистості це об'єкт наукових пошуків для багатьох західних дослідників ...
41026. Порядок роботи Верховної Ради України 39.5 KB
  Порядок роботи Верховної Ради України встановлюється Конституцією України та Законом про регламент Верховної Ради України Згідно з ч. 1 статті 82 Конституції України Верховна Рада України працює сесійно. Сесія Верховної Ради України термін протягом якого Верховна Рада проводить пленарні засідання ти приймає рішення з питань віднесених до її відання Конституцією України.
41027. Леонтьев А.Н. Лекции по общей психологии 3.41 MB
  Это значит что они принадлежат живому субъекту. Значит психическое отражение о котором идет речь свойственно только живым существам животным и человеку. Опосредствованностъ это значит оно служит средством то есть процесс происходит через ощущения посредством восприятия. Значит не опыт вообще а опыт воспоминания внутренний опыт процесс проверяющий внутри нас.
41029. Основные понятия реляционной модели данных (РМД) 47 KB
  Основные понятия реляционной модели данных РМД Цели обучения: формирование у учащихся системы базовых понятий теории реляционных баз данных. Ожидаемые результаты обучения: учащиеся должны знать: понятие реляционная модель данных и её основные признаки; аспекты данных изучаемых реляционной моделью данных; основные реляционные объекты данных отношение поле запись кортеж кардинальное число степень первичный ключ домен; свойства отношений; соответствие элементов реляционной модели данных архитектуре NSI...
41030. Генетика популяций, Экологическая характеристика популяций 59 KB
  Размеры ареала – от активности организмов и особенностей природных условии. Возрастная структура популяций организмов разных видов варьирует в зависимости от продолжительности жизни интенсивности размножения возраста достижения половой жизни. Генетические характеристики популяции: Генофонд аллелефонд совокупность аллелей образующих генотипы организмов данной популяции....
41031. Методы: основные понятия 182.5 KB
  Метод – это функциональный элемент класса, который реализует вычисления или другие действия, выполняемые классом или его экземпляром (объектом). Метод представляет собой законченный фрагмент кода, к которому можно обратиться по имени. Он описывается один раз, а вызываться может многократно. Совокупность методов класса определяет, что конкретно может делать класс.
41032. Поняття та особливості сучасного міжнародного права 88.5 KB
  Проблема визначення міжнародного права. Характерні риси міжнародноправової системи в порівнянні з внутрішньодержавною системою права. Функції міжнародного права.