Что такое геоинформатика кратко

Геоинформатика как новая отрасль науки

В настоящее время в науке и технике для описания тех или иных объектов, процессов или явлений традиционно применяются литературные, статистические, картографические, аэро- и космические материалы и данные. Как правило, их подборка и систематизация для последующего использования осуществляется вручную. Этот подход хорошо известен, стал уже традиционным и продолжает применяться в России повсеместно. Другим подходом, являющимся более перспективным, служит подход, когда в накоплении и обработке данных об объектах, процессах и явлениях используются ЭВМ и современные методы обработки данных, информационные системы и технологии.

В том случае, когда те или иные материалы об объекте имеют координатную привязку, говорят, что объект описан в пространстве и он должен изучаться методами и средствами геоинформатики. Геоинформатика – новая, быстро развивающаяся отрасль науки. Существует несколько ее определений. Наиболее простое определение: геоинформатика – это область науки, позволяющая формализовать и реализовывать в машинной среде операции накопления, хранения, обработки и визуализации пространственно-координированных данных с помощью средств геоинформационных систем (ГИС).

Наиболее полное определение геоинформатики в соответствии с толковым словарем основных терминов геоинформатики (1999 г., под редакцией А.М. Берлянта, А.В. Кошкарева) таково:

Определение 2.1. Геоинформатика (geo-informatics) – наука, технологии и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию геоинформационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по прикладным аспектам или приложению ГИС для практических и геонаучных целей.

По одной из точек зрения геоинформатика входит составной частью в геоматику или предметно и методически пересекается с ней. Геоматика (geomatics) – это совокупность применений информационных технологий, мультимедиа и средств телекоммуникации для обработки данных и анализа геосистем. Иногда геоматика употребляется как синоним геоинформатики.

Дадим определение геоинформационных систем (GIS, spatial information system).

Определение 2.2. Геоинформационная система – это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных). ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадратомических и иных). ГИС поддерживается программным, аппаратным, информационным, нормативно-правовым, кадровым и организационным обеспечением. С точки зрения теории информационных систем ГИС – это большой класс автоматизированных информационных систем, позволяющих работать с пространственными данными.

Приставка гео— во всех этих словах (геоинформатика, геоматика, ГИС) происходит не от слова «география», а от слова геос— земля; эта приставка характеризует пространство (геос— характеристика пространственности), работу с пространственно-координированными данными. Более того, процент чисто пространственно-привязанных данных обычно в ГИС не очень велик, технологии обработки данных в таких системах имеют мало общего с традиционной обработкой географических пространственных данных в географии и, наконец, пространственные данные лишь служат базой для решения большого числа прикладных задач с помощью ГИС, цели создания которых далеки от географии.

В современных ГИС осуществляется комплексная обработка информации – от ее сбора до хранения, обновления и представления. В связи с этим ГИС можно рассматривать с различных позиций. Например, считать их системами управления, поскольку они в ряде проблемных областей предназначены для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению землями и ресурсами, городским хозяйством, по управлению транспортом и т.п. Далее как системы, использующие базы данных, ГИС являются автоматизированными информационными системами. При этом следует подчеркнуть, что ГИС объединяют в себе как базы данных с атрибутивными (обычными, традиционными данными), так и графические базы данных или их еще называют пространственными базами данных.

Остановимся на истории развития геоинформатики и ГИС. В середине и особенно к концу 80-х годов прошлого столетия в литературе, посвященной состоянию, успехам и перспективам развития геоинформатики стало традиционным ссылаться на ее 25-летний юбилей. Точное время ее рождения вряд ли известно достоверно. Сам взгляд на историю существенно зависит от точки зрения на время зарождения идей и технологий, которые составляют основу современной геоинформатики. Поэтому схематично история геоинформатики такова.

Истоки ее находятся в работах коллективов, сформулировавших первые задачи и подходы к построению информационных систем, ориентированных на обработку пространственных данных. Это коллективы ученых и разработчиков из Канады и Швеции. Канадские работы были связаны с созданием в 1963-1971гг. Канадской ГИС (CGIS) под руководством Р. Томлинсона. CGIS является одним из примеров крупной универсальной (по тем временам) региональной ГИС национального уровня и до сих пор считается классической. Работы шведской школы геоинформатики концентрировались вокруг ГИС земельно-учетной специализации, в частности, шведского Земельного банка данных, предназначенного для автоматизации учета земельных участков (землевладений) и недвижимости. Анализ ранней канадской и шведской литературы по ГИС показывает, что ГИС «первого поколения» (60-х – начала 70-х годов прошлого столетия) значительно отличались от того, что понимается под ними сегодня. Их зачастую отличала ориентация на чисто утилитарные задачи инвентаризации земельных ресурсов, земельного кадастра и т.п. Однако благодаря ученым в составе этих коллективов были сформулированы оригинальные идеи, что позволило заложить в основу этих ГИС фундаментальные принципы. Так, первый и главный принцип, который вывел ГИС из круга баз данных общего назначения, заключался во введении в число атрибутов операционных объектов (земельных участков, строений и т.п.) признака пространства, в какой бы форме местоуказания (в координатах, в иерархии административной принадлежности, в терминах принадлежности к ячейкам регулярных сетей членения территории) он ни выражался.

За рубежом 80-е годы прошлого столетия отличает чрезвычайный динамизм развития геоинформатики и ГИС: к середине 80-х годов их число приближается к 500, разрабатываются коммерческие программные средства ГИС. При этом существенно расширяется круг решаемых задач, геоинформационные технологии проникают во все новые сферы науки, производственной деятельности и образования. В России развитие геоинформатики и ГИС началось по сути дела с конца 80-х – начала 90-х годов. Развиваются не только отдельные специализированные ГИС, но и начинают появляться универсальные ГИС в виде отечественных коммерческих программных продуктов. С середины 90-х годов в России геоинформационный бум.

В литературе наиболее часто обращается внимание на связи геоинформатики и цифровой картографии. Обычно показывается проблема двойственности, с одной стороны, геоинформационного обеспечения картографии, а с другой стороны, картографического обеспечения геоинформатики. Взаимосвязи картографии и геоинформатики проявляются в следующих аспектах:

· тематические и топографические карты – главный источник пространственно-временных данных для ГИС;

· системы географических и прямоугольных координат и картографическая разграфка служат основой для координатной привязки (географической локализации) всей информации, поступающей и хранящейся в ГИС;

· карты – основное средство интерпретации и организации данных дистанционного зондирования Земли и другой используемой в ГИС информации (статистической, аналитической и т.п.);

· карта – один из наиболее важных источников массовых данных для формирования позиционной и содержательной части баз данных ГИС в виде цифровых карт – основ; послойное представление пространственных объектов имеет прямые аналогии с поэлементным разделением тематического содержания карт.

Однако задачи геоинформатики выходят за пределы картографии, делая геоинформатику основой для интеграции частных наук (геологии, почвоведения и т.п.) при комплексных геонаучных исследованиях. Сегодня становится все более заметной роль геоинформатики в качестве связующего звена между различными научными дисциплинами.

Источник

Что такое геоинформатика.

Основные задачи:
1 Создание баз геоданных (геокодирование) и управление ими
2 Анализ и моделирование геоданных
3 Разработка программного обеспечения для первых двух задач

Материал из Википедии — свободной энциклопедии.

Геоинформатика (GIS science, geographic information science, geoinformatics)— наука, технология и производственная деятельность, применяющая средства информатики для разработки и использования географических информационных систем. Входит как составная часть в геоматику. Русский термин «геоинформатика» производен от термина «информатика» — иностранного заимствования, обозначающего научное направление, которое изучает теорию, методы и способы накопления, обработки и передачи данных, информации и знаний с помощью ЭВМ и других технических средств, или группу дисциплин, занимающихся различными аспектами применения и разработки вычислительных машин, куда обычно относят прикладную математику, программирование, программное обеспечение, искусственный интеллект, архитектуры ЭВМ и вычислительные сети.
Геоинформационные системы (также ГИС — географическая информационная система) — системы, предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Другими словами, это инструменты, позволяющие пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.

ГИС включают в себя возможности СУБД, редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне.

По территориальному охвату различают глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS).

Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое вопроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Источник

Термин «геоинформатика» состоит из сочетания слов «география», «информатика» и «автоматика».

В настоящее время под геоинформатикой принято понимать научно-технический комплекс, объединяющий одноименную отрасль научного знания, технологию и прикладную (производственную) деятельность, которые связаны с разработкой и реализацией географических информационных систем, или ГИС.

Существует три подхода к трактовке геоинформатики:

научно-познавательный подход, трактующий геоинформатику как научную дисциплину, которая изучает природные и социально-экономические геосистемы, а именно их структуру, связи, динамику, функционирование в пространстве и во времени посредством компьютерного моделирования на основе баз данных и географических знаний; технологический подход, рассматривающий геоинформатику как ГИС-технологию сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной информации для решения задач инвентаризации, оптимизации и управления геосистемами; производственный подход, относящий геоинформатику к производству, или геоинформационной индустрии, цель которой – изготовление аппаратных средств и программных продуктов, включая создание баз и банков данных, систем управления, стандартных (коммерческих) ГИС разного целевого назначения и проблемной ориентации, формирование ГИС-инфраструктуры и организация маркетинга.

Таким образом, геоинформатика существует в трех ипостасях как наука, техника и производство (но упор, безусловно, будем делать на научную компоненту).

Геоинформатику как любую науку определяет ее предмет и метод исследования.

Геоинформатика, как и география, исследует объекты, т. е. природные, общественные и природно-общественные геосистемы. Они составляют предмет геоинформатики.

Особое значение имеют такие взаимосвязанные понятия (Рисунок 1), как данные, информация и знания, имеющие основополагающее значение для геоинформатики, при этом геоинформатика имеет дело с географическими данными, информацией и знаниями, тематически разнообразными, сопоставимыми, координированными, масштабированными и генерализованными в пространстве и времени.

Под данными следует понимать зарегистрированные факты, описания явлений реального мира или идей, которые представляются достаточно ценными для того, чтобы их сформулировать и точно зафиксировать, например, цифровом, графическом, табличном и др.

Информация – одно из свойств предметов, явлений и процессов объективной действительности и отражает смысл, вкладываемый человеком в данные.

Знания представляют собой отражение семантических аспектов реального мира в мозгу человека или технической системе (система искусственного интеллекта), интерпретацию информации об окружающих объектах и явлениях.

Рисунок 1 – Взаимосвязанные понятия

1.2.2 Связь с другими науками

Современная геоинформатика самым тесным образом связана с картографией и дистанционным зондированием (Рисунок 2).

Рисунок 2 – Связь с науками

Отдельные отрасли перекрываются и тесно взаимодействуют между собой в процессе получения, обработки и анализа пространственной информации.

Но при всем этом за каждой из областей науки сохраняется ее предмет создания, исследования и использования: за картографией – карта, за дистанционным зондированием – снимок, за геоинформатикой – геоинформационная система.

Определение ГИС. Их классификация и структура

Система – это группа взаимосвязанных элементов и процессов.

Информационная система – это система, выполняющая процедуры над данными для получения информации, полезной для принятия решений.

Геоинформационная система – это информационная система, использующая географически координированные данные.

К географически координированным данным (Geographically referenced data) относятся:

географические широта и долгота; прямоугольные координаты X и Y; почтовые адреса; почтовые индексы и иные коды, идентифицирующие предварительно разграниченные участки территории; местоположение, зафиксированное на карте.

ГИС – 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.

Сердце всякой ГИС составляет автоматизированная картографическая система, или АКС, – комплекс приборов и программных средств, обеспечивающих создание и использование карт. АКС состоит из ряда подсистем, важнейшими из которых являются:

Подсистема сбора данных. Собирает и проводит предварительную обработку данных из различных источников. Данная подсистема отвечает за преобразования различных типов пространственных данных (например, от изолиний топографической карты к модели рельефа ГИС).

Данная подсистема ГИС может быть соотнесена с процессом картографирования, т. е. сбором данных и компиляцией (составлением) карт.

Исходная информация берется из таких источников, как аэрофотосъемка, цифровое дистанционное зондирование (процесс получения информации о поверхности Земли (и др. космических тел), объектах, расположенных на ней или в ее недрах, дистанционными методами, неконтактные методы изучения поверхности), геодезические работы (область науки о пространственном положении объектов; совокупность геодезических данных, необходимых для создания карты и определения положения объектов на карте по широте, долготе и абсолютной высоте), словесные описания и зарисовки, данные статистики и т. Д.

Использование компьютера и других электронных устройств, например дигитайзера (состоит из плоского стола (tablet) и съемника информации) или сканера, позволяет проводить подготовку исходных данных для записи, или кодирования точек, линий и областей к их дальнейшему использованию.

Кроме того, источниками могут быть готовые цифровые карты, цифровые модели рельефа, цифровые фотоснимки и многие другие.

2. Подсистема хранения и выборки данных. Организует пространственные данные с целью их выборки, обновления и редактирования.

Подсистема хранения и выборки полностью соответствует нашим представлениям о функциях компьютера, как хранителя информации.

В ГИС подсистема хранения и выборки позволяет делать запросы, возвращающие только нужную, контекстно-связанную информацию, для формулирования запросов.

Эта подсистема хранит либо явно, либо неявно, геометрические координаты точечных, линейных и площадных геометрических объектов и связанные с ними характеристики (атрибуты).

3. Подсистема манипуляции данными и анализа. Выполнят различные задачи на основе данных, группирует и разделяет их.

Подсистема анализа является «сердцем» ГИС. Анализ данных чаще всего является преимуществом человека – пользователя. Подсистема анализа позволяет значительно упростить и облегчить анализ пространственно-связанных данных, практически исключить ручной труд и в значительной мере упростить расчеты, выполняемые пользователем.

4. Подсистема вывода. Отображает всю базу данных или часть ее в табличной, диаграммной или картографической форме.

Подсистема вывода позволяет компоновать результирующие данные в любой удобной для пользователя форме.

Существует множество видов представления информативных данных (Рисунок 3).

ГИС относятся к пространственным, делясь на:

— тематические (например социально – экономические) и земельные (кадастровые, лесные, инвентаризационные и др.);

— существует разделение по территориальному охвату (общенациональные и региональные ГИС);

— по целям (многоцелевые, специализированные, в том числе информационно – справочные, инвентаризационные для нужд планирования, управления);

— по тематической ориентации (общегеографические, отраслевые, в том числе водных ресурсов, использования земель, лесопользования, туризма, рекреации и др.).

Рисунок 3 – Представление информативных данных

по пространственному охвату (глобальные или планетарные ГИС, национальные, региональные, локальные); по предметной области (земельные, городские, природно-охранные); по проблемной ориентации (инженерные; имущественные (ГИС для учета недвижимости), предназначенные для обработки кадастровых данных; инвентаризация объектов и ресурса, анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятие решений). по объектам моделирования (процессы, нематериальные объекты или идеи).

ГИС могут делиться на земельные и неземельные, или прочие информационные системы.

Земельных информационных систем (ЗИС) основаны на владении, управлении и анализе земельных участков, в основном, в интересах людей и, прежде всего с точки зрения землевладения, например, задачи решаемые ЗИС, могут включать отчуждение земли для заповедников, наблюдение за живой природой, прогноз землетрясений и оползней, устранение последствий наводнений, оценка химического загрязнения, управление лесами и зонами обитания диких животных, научные исследования.

Неземельные, или прочие информационные системы, примером таких систем являются демографические ИС, основной целью которых являются население, жилищное строительство и экономическая активность, также анализ рынка, социальные, экономические, транспортные и политические виды деятельности.

Одна из основных функций ГИС – создание и использование компьютерных и электронных карт, атласов и других картографических произведений.

Функции ГИС в свою очередь вытекают из четырех типов решаемых ею задач:

3. Моделирование и анализ.

Иногда термин «ГИС» употребляют для обозначения программных средств, продуктов или пакетов, обеспечивающих функционирование ГИС как системы (например, ГИС Arc/Info, ГИС MapInfo, ГИС Surfer и др.).

— обеспечивает взаимосвязь между любыми количественными и качественными характеристиками географических объектов и явлений, представленных в базе данных в виде точек, линий, площадей и равномерных сеток;

— содержит алгоритмы анализа пространственно координированных данных;

— интегрирует пространственные и любые иные типы информации;

— предлагает единую концептуальную, методическую и технологическую основу для организации географически координированных данных;

— позволяет рассматривать данные, основанные на признаках географического взаиморасположения объектов (близости/удаленности) в реальном окружающем нас мире;

— предлагает новые, легко воспринимаемые, способы манипулирования и отображения данных (посредством картографических образов).

— географическая информационная система (Geographical Information System – GIS);

— пространственная информационная система (Spatial Information System – SIS);

— земельная информационная система (Land Information System – LIS);

— экологическая информационная система (Environment Information System – EIS);

— автоматизированная картографическая система (Automated Mapping/Facilities Management – AM/FM);

— геоинформатика (Geographic Information Science – GIS);

— анализ географической информации (Geographic Information ANALYSIS – GIA).

Научные дисциплины связанные с ГИС это – геодезия, география, дистанционное зондирование земли, топография, картография, фотограмметрия, математика, статистика, теория управления, информатика.

Основные области приложения ГИС это – 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 занимаются – накоплением первичных данных, проектированием баз данных, проектированием ГИС, планированием, управлением и администрированием геоинформационных проектов, разработкой и поддержкой гис, маркетингом и распространением ГИС-продукции и геоданных, профессиональным геоинформационным образованием и обучением ГИС-технологиям.

1.2.4 История развития геоинформационных систем

В истории развития геоинформационных систем можно выделить четыре периода (Таблица 1).

1. Пионерный период – поздние 1950е – ранние 1970е гг. – исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

2. Период государственных инициатив – ранние 1970е –ранние 1980е гг. – развитие крупных геоинформационных проектов поддерживаемых государством, формирование государственных институтов в области ГИС, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

3. Период коммерческого развития – ранние 1980е –настоящее время. – широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывающие путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

4. Пользовательский период поздние – 1980е –настоящее время. – повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий, доступность и «открытость» программных средств позволяющие использовать и модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, возросшая потребность в геоданных начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

1.3 Вопросы к лекции

1.3.1 Определение геоинформатики?

1.3.2 С какими науками связана геоинформатика?

1.3.3 Определение ГИС?

1.3.4 Что относится к географически координированным данным?

1.3.5 Какие подсистемы ГИС выделяют?

1.3.6 Классификация ГИС?

1.3.7 Какие основные периоды развития в ГИС выделяют?

Источник