Геоинформационные системы

Содержание Введение

1. Общие сведения и история развития геоинформационных систем

2. Применение ГИС в современных условиях

3. Использование ГИС в рамках управления территориями

4. Хранение и обработка кадастровой информации

4.1 Основные понятия

4.2 Анализ данных и моделирование

4.3 Выводы и визуализация данных Заключение Список литературы

Введение

Развитие современного общества немыслимо без применения информационных технологий, поскольку для принятия решений в любой сфере деятельности человеку требуются актуальные знания о состоянии окружающей среды, тенденциях на рынке товаров и услуг, об экологической обстановке и т. д. Такая информация рассредоточена по множеству организаций различных министерств и ведомств и зачастую оказывается недоступной для потребителей. В связи с этим в России принят ряд важных документов, направленных на совершенствование процессов обмена информацией между физическими и юридическими лицами посредством создания сетей Internet и Intranet. В основу реализации этих процессов положены технологии, базирующиеся на геоинформационных системах. В данном реферате мы рассмотрим историю развития и области применения геоинформационных систем, а также задачи в рамках управления территориями, решаемые с помощью геоинформационных систем.

информация геоинформационный кадастровый визуализация

1. Общие сведения и история развития геоинформационных систем Информационные системы в настоящее время используются в различных сферах деятельности человека. Однако довольно часто у пользователей возникает необходимость определения пространственного положения изучаемых объектов. Любая пространственная информационная система формируется на принципах, которые присущи всем информационным системам. Такие системы представляются как автоматизированные информационные системы, предназначенные для отображения и анализа естественных, а также искусственных объектов, расположенных в пределах земной поверхности. Пространственная привязка изучаемых объектов послужила основанием для введения термина «географические информационные системы» (далее ГИС). Со временем этот термин получил более широкую трактовку и трансформировался в понятие «геоинформационная система», поскольку в сферу исследования ГИС включались объекты и явления, имеющие не только конкретное местоположение на земной поверхности, но и различные описательные характеристики. В широком смысле слова ГИС воспринимается как модель реального мира, а в узком смысле является системой накопления и хранения данных, привязанных к земной поверхности. При этом наиболее перспективным направлением развития ГИС признана возможность поддержки процессов принятия решений. Составная часть сложных слов «гео» в переводе с греческого языка означает «земля». Область применения ГИС, естественно, не ограничивается географией, геодезией или другими «геонауками». Применение ГИС, как показывает практика, весьма эффективно в любой предметной области, в которой важное значение имеет информация о взаимном расположении и формах описываемых или изучаемых объектов в пространстве (экология, сельское и лесное хозяйство, управление природными ресурсами, бизнес, кадастр объектов недвижимости, коммунальное хозяйство и т. д.). Таким образом, наиболее существенное отличие ГИС от других информационных систем заключается в том, что они содержат пространственно-временные и географически координированные данные, характеризующие конкретный объект. Эти данные могут включать географические координаты (широту и долготу), прямоугольные координаты (X и Y) или почтовые адреса, идентифицирующие местоположение объектов.

Термин «географическая информационная система» введен в 1963 году Р. Ф. Томлинсоном при внедрении электронной пространственной информационной системы в Канаде. Это понятие соответствовало новой технологии применения ЭВМ для хранения и обработки данных. Значительно позднее на базе таких систем были созданы указанные выше земельные информационные системы, характеризующие правовое, хозяйственное и пространственное положение незначительных по площади территорий.

Американский архитектор Ф. Харт предложил информацию различного рода помещать на кальке. При помощи подсветки представлялась возможность совмещать информацию, имеющуюся на нескольких листах кальки. Данную идею развили другие американские ученые — Говард и Фишер, предложившие для совмещения изображений использовать компьютер. С 1977 года эта идея применяется в различных сферах производственной и научной деятельности специалистов.

В настоящее время автоматизация в области ГИС достигла такого уровня, который позволяет решать задачи пространственного анализа, осуществлять ведение графических и атрибутивных баз данных, корректировать информацию и выводить ее на печать. Таким образом, главное отличие ГИС от систем компьютерной графики заключается в том, что геоинформационные системы, кроме графического отображения, содержат разностороннюю информацию об объектах и их элементах. Кроме этого, они обеспечивают также определение площади и периметра замкнутых фигур, местоположение любых указанных объектов, их взаимное пересечение, наложение или примыкание, принадлежность, вид хозяйственного использования и т. д. Здесь следует сказать несколько слов о точности выполнения некоторых картометрических операций. Информация о каждом объекте, внесенном в ГИС, хранится в цифровом формате. Для формирования такой информации могут быть использованы, например, материалы автоматизированной съемки, сканирования, дистанционного зондирования. Если оператор выделит нужный объект и дважды щелкнет по нему «мышью», то на экране компьютера отобразится информация, присущая этому объекту. Таким образом, результат работы оператора существенным образом зависит от точности ранее внесенных в ГИС сведений. Поэтому площади и другие производные параметры будут вычисляться по содержащейся в базах данных информации. Чем точнее эта информация, тем надежнее результат будет получен оператором. Что касается количества значащих цифр после запятой или единиц измерения, то пользователь самостоятельно решает эту задачу с помощью элементарных системных настроек. Если не требуется высокая точность результатов (например, в процессе оценки кадастровой стоимости недорогих земельных участков), то пользователь может использовать «мышь» для приближенных построений и дальнейших вычислений. Завершая тему точности, следует добавить еще несколько слов. В процессе эксплуатации ГИС различают не только точность измерений и точность вычислений. Здесь также приобретает важное значение точность представления данных, которая является производной от масштаба изображения и размера ячеек растра, а также точности введения координат, вида проекции и используемых аппроксимирующих моделей.

Спектр решаемых с помощью ГИС задач постоянно расширяется за счет имеющих место актуальных проблем муниципального управления, экологических проблем и т. д. Это обусловливает возрастание интереса к ГИС широкого круга юридических и физических лиц. Поэтому общее представление о геоинформационных системах должен получить практически каждый житель планеты Земля как потенциальный пользователь ГИС-технологий. Основанные на ГИС геоинформационные технологии завоевывают все большую популярность и официальное признание в нашей стране.

2. Применение ГИС в современных условиях ГИС становятся неотъемлемым средством изучения поверхности Земли и расположенных в ее пределах подземных, наземных и надземных объектов.

Сфера применения геоинформационных систем непрерывно расширяется.

Поэтому сложно перечислить все области использования ГИС, поскольку их возможности практически безграничны. ГИС позволяют назначить каждому физическому лицу, имеющему недвижимое имущество, координаты (X и Y).

Например, земельный участок описан как объект недвижимости и зарегистрирован в едином государственном реестре прав на имя конкретного владельца. Границы земельного участка и его площадь определены с высокой степенью точности геодезическими методами. С помощью ГИС можно вычислить координаты центроидов земельных участков, то есть их центральных частей. Таким образом, за владельцем недвижимого имущества может быть закреплена пара условных координат, по которым можно найти как объект недвижимости, так и его владельца. ГИС отвечают требованиям глобальной информатизации общества. Они способствуют решению управленческих, экологических, социальных, экономических и прочих задач на различных уровнях иерархии:

1. Глобальный, который представляет Россию на мировом и евразийском уровне (масштаб 1:45 000 000 — 1:100 000 000).

2. Всероссийский, отображающий всю территорию страны, включая прибрежные акватории и приграничные районы (масштаб 1:2 500 000 -1:20 000 000).

3. Региональный, обеспечивающий отображение крупных экономических регионов и субъектов федерации (масштаб 1:500 000 — 1:40 000 000).

4. Локальный, используемый для представления отдельной области, района или ареала кризисных ситуаций (масштаб 1:50 000 — 1:1 000 000).

5. Муниципальный, предназначенный для установления границ города, административных районов и пригородных зон (масштаб 1:10 000 -1:50 000).

Зарубежный и отечественный опыт показывает, что приоритетными и наиболее жизнеспособными системами являются те, которые служат информационным базисом в процессе: принятия решений на всех уровнях управления; научно обоснованного перспективного и оперативного планирования развития поселений и их отдельных территорий; оптимального проектирования объектов промышленного и гражданского назначения; разработки генерального плана города и контроля за его реализацией; изучения состояния экологических, социально-экономических, природно-ресурсных условий территорий и их экономической оценки; совершенствования функций учета и рационального использования городских земель и недвижимости (зданий и сооружений); получения достоверной информации о местоположении и эксплуатации инженерных сетей городского коммунального хозяйства; реализации рационального налогообложения, взимания платежей за загрязнение окружающей среды, использование природных ресурсов и недвижимого имущества; охраны прав собственности на объекты недвижимости и различные природные ресурсы.

Одними из первых пользователей ГИС были организации, осуществляющие охрану окружающей среды. Территориальные администрации применяют ГИС для анализа состояния недвижимого имущества, например, отслеживания транспортных средств дальнего следования и т. д. Однако основным назначением ГИС следует считать все же формирование знаний о процессах и явлениях, происходящих на земной поверхности, с целью их использования для решения практических задач. Таким образом, ГИС в настоящее время представляют собой современный тип интегрированной информационной системы, применяемой в различных сферах деятельности человека.

Основные сферы применения ГИС:

· Научно-исследовательские организации

· Органы управления

· Правоохранительные органы и ГАИ

· Вооруженные силы

· Кадастр объектов недвижимости

· Служба спасения организации

· Скорая медицинская помощь

· Пожарная охрана

· Налоговые инспекции

· Частные фирмы

· Жилищно-коммунальное хозяйство

· Экология

· Образовательные учреждения

· Бизнес тесно связан с транспортными коммуникациями, конкретными адресами объектов и требует высокой слаженности работ указанных ведомств, а также знания окружающей обстановки.

Научно-исследовательские организации с помощью ГИС могут изучать рынки сбыта по регионам. При этом предоставляется возможность для разработки стратегии производства, а также разумного распределения средств на маркетинговые и рекламные компании. Кроме этого, ГИС позволяют смоделировать тенденции в сфере коммерческой деятельности для проектирования перспективных транспортных маршрутов с учетом рельефа местности, характера застройки и так далее.

Подразделениям Роснедвижимости ГИС нужны для ведения единого государственного реестра объектов недвижимого имущества и государственного кадастрового учета.

ГИС необходимы органам управления для планирования процессов застройки и их регулирования с учетом требований градостроительных норм и правил.

Сельские и городские администрации являются одной из крупнейших сфер применения ГИС. Их можно использовать для концентрации информации в процессе обследования земель, анализа способов их возделывания и использования, корректировки перспективных планов застройки. Местные органы власти могут использовать ГИС также для описания собственности (недвижимости), дорожных магистралей и инженерных коммуникаций, анализа материалов по мониторингу загрязнения окружающей среды и т. д.

В дополнение к традиционно используемым задачам управления, аналитические возможности ГИС можно реализовать в сфере охраны здоровья населения, в частности, для определения кратчайшего расстояния, например, от станции скорой помощи до пациента с уч? том текущей ситуации на дорогах. ГИС можно использовать также в процессе анализа эпидемиологической обстановки, изучения характера распространения различных заболеваний и причин их возникновения.

В бизнесе задействовано огромное количество информации, касающейся данных об объемах продаж недвижимого имущества, товаров народного потребления, учета грузоперевозок, списков адресов участников рыночных отношений. Вся необходимая информация может быть представлена на электронной карте. Таким образом, ГИС обеспечивает выявление связей и закономерностей, которые невозможно получить в явном виде из таблиц, например, какова численность населения в окрестностях конкретного производителя продукции и т. д.

Образовательные учреждения применяют ГИС, как для целей обучения студентов, так и для ведения кадастра образовательных учреждений.

Частные предприниматели нуждаются в ГИС для определения наиболее выгодного местоположения своих фирм с учетом транспортных артерий и численности населения.

Налоговые инспекции используют ГИС для определения местоположения облагаемых налогом объектов, динамики доходов в бюджет, неплательщиков земельного налога и т. д.

Работники жилищно-коммунального хозяйства также должны знать местоположение всех коммуникаций, расположенных на их территории для оперативного устранения неполадок.

3. Использование ГИС в рамках управления территориями Для эффективного управления ресурсами, планирования развития и оперативного управления всеми аспектами жизни города возникает настоятельная необходимость организовать систему сбора, хранения, обработки информации и применения ее для выработки управленческих решений — создание некоего депозитария информации о графических объектах города.

В рамках задач экономического управления территорией с помощью ГИС решаются следующие задачи:

создание системы автоматизированного кадастра недвижимости, в которую входят земельный кадастр, реестр объектов недвижимости и объектов городской инфраструктуры;

создание электронных карт города различного масштаба;

экономическая оценка городской территории, планирование земельного налога и других платежей за землю, проектирование границ зон градостроительной ценности, расчет ставок земельного налога и т. д.;

проектирование и анализ кадастровых кварталов и границ земельных участков;

инвентаризация городских земель, анализ сложившихся границ отдельных земельных участков, кварталов, создание ситуационных планов, проектирование новых границ земельных участков;

учет и оценка всех объектов городской инфраструктуры для формирования устойчивого механизма управления и развития городской территории.

В рамках задач административно — территориального управления:

создание автоматизированной адресной системы;

проектирование и анализ городской черты, границ административных районов, территориальных управлений, органов местного самоуправления, уличных комитетов и т. д.;

проектирование и анализ границ избирательных участков, округов, а также результатов выборов;

создание автоматизированной информационной службы для подразделений милиции, ГАИ, противопожарной безопасности;

сетевые задачи планирования транспортных маршрутов доставки продуктов в школьные столовые, маршруты патрулирования милиции и т. д.

4. Хранение и обработка кадастровой информации

4.1 Основные понятия Эффективное использование цифровых данных предполагает наличие программных средств, обеспечивающих функции их хранения, описания, обновления и т. д. В зависимости от типов и форматов их представления, от уровня программных средств ГИС и некоторых характеристик среды и условий их использования могут быть предложены различные варианты организации хранения и доступа к пространственным данным, причем способы организации различаются для позиционной (графической) и семантической их части.

В достаточно простых программных средствах ГИС, отсутствуют специфические средства организации хранения, доступа к данным и манипулирования или эти функции реализуется средствами операционной системы в рамках ее файловой организации.

Большинство же существующих программных средств ГИС используют для этих целей достаточно изощренные и эффективные подходы, основанные на организации данных в виде баз данных (далее БД), управляемых программными средствами, получившими название систем управления базами данных (далее СУБД). Под базой данных принято понимать «совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, независимую от прикладных программ», а под СУБД — «комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных» .

Современные коммерческие СУБД, в том числе те, что использованы в программном обеспечения ГИС, различаются по типам поддерживаемых моделей данных, среди которых выделяются иерархические, сетевые и реляционные и соответствующие им программные средства СУБД. Особое широкое применение при разработке программного обеспечения ГИС получили СУБД.

СУБД реляционного типа позволяют представить данные о пространственных объектах (точках, линиях и полигонах) и их характеристиках (атрибутах) в виде отношения или таблицы, строки которой — индексированные записи — соответствуют набору значений атрибутов объекта, а колонки (столбцы) обычно устанавливают тип атрибута, его размер и имя атрибута. В число атрибутов не входят геометрические атрибуты, описывающие их геометрию и топологию. Векторные записи координат объектов упорядочиваются и организуются с использованием особых средств. Связь между геометрическим описанием объектов и их семантикой в реляционной таблице устанавливается через уникальные номера — идентификаторы.

Удобство манипулирования данными в БД существенно зависит от языковых средств СУБД. Широкие возможности предоставляются пользователю СУБД, в которых реализован язык обработки запросов SQL, и его расширения, адаптированные к описанию пространственных запросов к БД ГИС и содержащие конструкции, включающие пространственные переменные и условия.

Одним из главных мотивов, определяющих необходимость использования технологии баз данных при создании ГИС в настоящее время, является поддержка современными СУБД сетевых возможностей хранения и использования технологий локальных сетей (LAN) и удаленных сетей в так называемых распределенных БД. Тем самым достигается оптимальное использование вычислительных ресурсов и возможность коллективного доступа пользователей к запрашиваемым БД.

4.2 Анализ данных и моделирование Блок анализа данных, являясь одним из трех крупных модулей ГИС (ввода, обработки и вывода), составляет ядро геоинформационных технологий, все остальные операции которых с некоторой точки зрения могут представляться сервисными, обеспечивающими возможность выполнения системой ее основных аналитических и моделирующих функций. Содержание аналитического блока современных программных средств сформировалось в процессе реализации конкретных ГИС, выкристаллизовавшись в форме более или менее устоявшегося набора операций или групп операций, наличие, отсутствие или эффективность (неэффективность) которых в составе данного продукта может служить надежным индикатором его качества.

Существуют различные классификации позволяющие сгруппировать элементарные операции аналитического характера или их последовательности в группы. Обобщая некоторые из них, и опираясь на состав и структуру аналитических модулей, можно выделить следующие их группы:

1.Операции переструктуризации данных.

2.Трансформация проекций и изменение систем координат.

3.Операции вычислительной геометрии.

4.Оверлейные операции (наложение разноименных и разнотипных слоев данных).

5.Общие аналитические, графо-аналитические и моделирующие функции.

4.3 Вывод и визуализация данных Результаты обработки данных, основные процедуры которой рассмотрены выше, покидая свою цифровую оболочку, должны трансформироваться в «человеко-читаемый» документ. Программные средства ГИС включают достаточно широкий набор средств генерации выходных данных.

Документы, генерируемые на выходе:

— табличные;

— графические;

— картографические.

К техническим средствам, используемых для генерации документов, принадлежат средства машинной графики, конвертеры данных, позволяющие преобразовывать данные из одних форматов в другие без потерь их геометрических и семантических атрибутов, графопостроители, графические дисплеи с высоким разрешением.

Заключение

ГИС обеспечивают оперативное обновление и обработку графической и описательной информации. Технологии ГИС многофункциональны и поэтому применяются во многих сферах деятельности человека. При этом они позволяют ускорить процедуру принятия решений и существенным образом повысить эффективность работ.

Самыми необходимыми графическими материалами, используемыми специалистами в своей трудовой деятельности, являются карты и планы. Обновление устаревшей информации на традиционных картах требует кропотливой и продолжительной работы многих картографов. С помощью ГИС электронные карты могут быть приведены в соответствие с современной ситуацией оперативно и с высокой степенью точности.

1.Бугаевский, Л. М. Геоинформационные системыМ.: Златоуст, 2000.

2.Варламов, А. А. Земельный кадастр. Географические и земельные информационные системы — М.: Колос, 2005.

3.Середович В. А., Клюшников В. Н., Тимофеев Н. В., Геоинформационные системы — Новосибирск, СГГА, 2008.