Понятие географической информационной системы. Геоинформатика: наука, технологии и производство. Периодизация развития геоинформатики.

Появление географических информационных систем относят к началу 60-х годов XX в. Именно тогда появились предпосылки и условия для информатизации и компьютеризации сфер деятельности, связанных с моделированием географического пространства и решением пространственных задач. Их разработка связана с исследованиями, проведенными университетами, академическими учреждениями, оборонными ведомствами и картографическими службами.

Впервые термин «географическая информационная система» появился в англоязычной литературе и использовался в двух вариантах, таких, как geographic information system и geographical information system, очень скоро он также получил сокращенное наименование (аббревиатуру) GIS. Чуть позже этот термин проник в российский научный лексикон, где существует в двух равнозначных формах: исходной полной в виде «географической информационной системы» и редуцированной в виде «геоинформационной системы». Первая из них очень скоро стала официально-парадной, а вполне разумное стремление к краткости в речи и текстах сократило последнюю из них до аббревиатуры «ГИС».

Очень кратко ГИС определялись как информационные системы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку, отображение и распространение данных, а также получение на их основе новой информации и знаний о пространственно-координированных явлениях. Более полное определение ГИС будет приведено далее после введения основных понятий геоинформатики. Прежде всего обратимся к базовым категориям — данным, информации и знаниям, которые были использованы при определении ГИС.

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

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

ГИС способна моделировать объекты и процессы, локализованные или протекающие не только на суше (территории), но и на акваториях морей, океанов и внутренних водоемов. Средства ГИС давно и успешно используются в морской навигации.

Гораздо менее известны системы, распространяющие область своего влияния на воздушное пространство (аэроторию); это авианавигационные системы, системы планирования и выполнения аэросъемок и решения других задач, связанных с воздухоплаванием и др.

Наконец, для обеспечения деятельности в космическом пространстве ГИС способна решать задачи баллистики и управления полетами и другими передвижениями и действиями космических аппаратов, изучения внеземных объектов.

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

Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней научными и прикладными задачами. Они могут быть выстроены в ряд по мере усложнения и наращивания возможностей управления моделируемыми объектами и процессами: инвентаризация (кадастр, паспортизация) объектов и ресурсов, анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений.

Некоторое время наряду с термином «геоинформатика» исполь­зовался термин «географическая информатика».

В геоинформатике принято различать три разные «ипостаси». Это наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и исполь­зованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по приложению ГИС для практи­ческих или научных целей.

Предмет геоинформатики как науки обычно определяют как «природные, общественные и природно-общественные земные пространственные системы», ее метод — «компьютерное модели­рование и тесно сопряженное с ним геоинформационное карто­графирование». Заменив в сочетании «компь­ютерное моделирование» слово «компьютерное» на «цифровое», получим более точное определение метода, основанное на цифро­вых моделях (представлениях, описаниях) пространственных объек­тов.

Структурно в геоинформатике предлагается выделять общую геоинформатику, разделяя ее на теоретическую геоинформатику и прикладную геоинформатику. «Горизонталь» в структуре геоинфор­матики соответствует ее делению по предметным областям ин­формационного моделирования и специализации создаваемых ГИС; говорят об экогеоинформатике, методологии создания и исполь­зования геоинформационных систем экологической, природоох­ранной, радиоэкологической, земельно-кадастровой и другой спе­циализации.

Технологически, исторически и «генетически» геоинформати­ка формировалась и продолжает развиваться в окружении смеж­ных наук и технологий, предметно и методически родственных ей. Среди ее ближайших партнеров выделяют дистанционное зонди­рование и картографию. Алгоритмы и методы геоинформатики близ­ки вычислительной геометрии и компьютерной (машинной) графи­ке, системам автоматизированного проектирования (САПР). Непо­зиционная (атрибутивная) часть пространственных данных тради­ционно хранилась и управлялась средствами систем управления базами данных (СУБД), методология создания баз данных ГИС продолжает оставаться в числе важных задач при их проектирова­нии. Единая цифровая среда существования объединяет ГИС с гло­бальными системами позиционирования и автоматизированными (цифровыми) технологиями съемок местности (например, с ис­пользованием электронных тахеометров или лазерных сканирую­щих устройств) и системами их обработки (например, методами цифровой фотограмметрии). Наконец, аппаратная среда реализа­ции геоинформационных технологий — так называемая вычисли­тельная техника, а именно компьютеры с периферийными устрой­ствами ввода, хранения и вывода данных — вовлекает в орбиту интересов и условий существования геоинформатики новейшие информационные, в том числе телекоммуникационные, техноло­гии, изучаемые общей информатикой.

Важнейшая черта взаимодействия геоинформатики с ее окру­жением — интеграция. Одно из ее следствий — возникновение и развитие пограничных дисциплин. Интеграционные процессы зат­рагивают не только отношения классической триады «дистанци­онное зондирование — геоинформатика — картография» или их попарных отношений. Современная практика дает немало приме­ров интегрированных решений, основанных на существовании единой технологической цифровой среды.

Интерактивная картографическая графика в Интернет, появ­ление и развитие «Интернет-ГИС» могут служить примерами ин­теграции информационных и телекоммуникационных средств.

Интеграция ГИС и иных информационных геотехнологий — характерная черта и условие дальнейшего развития геоинформа­тики. Функциональность геоинформационных технологий, о кото­рой будет сказано чуть ниже, приобрела полноту и логическую завершенность (инвариантность), и внутренние возможности их функционального развития в части базовых функций, во всяком случае на сегодняшний день, представляются почти исчерпан­ными.

Одновременно геоинформатика — технология, отличная от иных информационных технологий, технологическая основа создания и эксплуатации ГИС В самом общем виде суть геоинформационных технологий составляют ввод, обработка и вывод пространственных данных. В более развернутом виде они определены выше, при рас­смотрении основных функций ГИС .

Геоинформатика как наука относительно молода, но и она имеет свою историю, которая может быть разделена на четыре нечетко выраженных периода.

I период. В 60-е годы XX в. совершенствовались техника и опыт под единой, пока не оформившейся «крышей». Наиболее ярким примером этого периода было создание в 1963— 1971 гг. Канад­ской ГИС (CGIS) под руководством Р.Томлинсона.

10. Данная система создавалась для анализа данных инвентаризации земель Канады в области рацио­нализации землепользования. Одним из важнейших результатов ее использования было создание карт масштаба 1:50 ООО, причем при­менялось самое современное оборудование — специальный экспе­риментальный сканер. Выполнялось наложение и измерение пло­щадей, ранее не использовавшиеся в геоинформатике. Применя­лась абсолютная система координат.

II период. В начале 70-х годов XX в. ситуация начала меняться. Стало очевидно, что у геоинформатики большое будущее, появи­лись примеры эффективного применения ГИС, но стоимость тех­ники, программного обеспечения и обслуживания были столь вы­соки, что для многих они просто недоступны. Поэтому первая по­ловина 70-х годов — это период шлифовки и доводки методики в крупных организациях и энтузиазм отчаянных одиночек.

Чуть позже была создана техноло­гия массового цифрования карт — основного источника данных в Канадской ГИС. Поставлены и решены задачи, образующие ядро геоинформационных технологий: наложение (оверлей) разноимен­ных слоев, генерация буферных зон, полигонов Тиссена и иные операции манипулирования пространственными данными, вклю­чая определение принадлежности точки полигону, операции вы­числительной геометрии вообще.

III период. «Эпоха зрелости», эпоха первых комплексных реше­ний, наступает в 80-е годы, когда отдельные компьютерные про­граммные пакеты по обработке данных, по подготовке текстов или карт трансформируются в единую увязанную систему, способную помочь человеку в принятии ответственных решений. В это же вре­мя создаются компьютерные локальные и глобальные сети, рево­люционно изменившие доступ к базам данных. Персональные ком­пьютеры в ряде организаций уже начинают вытесняться рабочими станциями. Отмечается чрезвычайный динамизм развития ГИС — к середине 80-х годов их число приближается к 500 (K.C.Clarce, 1985], а по другим данным — к 2000. Расширяется «география» ГИС, устанавливается баланс между уровнем развития геоинфор­матики Старого и Нового света, заметно нарушенный в 70-х годах заатлантическими соседями. Разработка коммерческих программ­ных средств ГИС, связанная в немалой степени с возможностями мини- и микроконфигураций вычислительных средств, а позже и персональных ЭВМ, существенно меняет всю геоинформационную индустрию, появление которой связывается именно с этим перио­дом. Создание ГИС стало основываться не на уникальных программ­ных и аппаратных средствах собственной разработки, а на адапта­ции функциональных возможностей достаточно операционно уни­версальных программных продуктов применительно к анализиру­емым проблемам. Именно это время было периодом массового со­здания ГИС на платформе персональных компьютеров (причем практически исключительно на IBM PC).

IV период. В 90-е годы появились интеллектуальные системы и технологии мультимедиа — комплексного воздействия на различ­ные органы чувств человека — зрение, слух, а в перспективе — обоняние и даже осязание. Подавляющее боль­шинство карт преобразуется в цифровые модели, а их тематиче­ские наборы или слои начинают комплексироваться в электрон­ные атласы, изготовляемые по индивидуальному заказу. Обычны­ми становятся голографические изображения и карты в области «виртуальной реальности».

В это время интенсивно велись работы в области моделирова­ния — активно внедрялась теория фракталов, катастроф, хаоса в географии, начали применять нейронные сети для многомерных классификаций и прогнозирования — задач, традиционно важных для всех географических наук.

Применение ГИС из стадии экспериментов начинает переходить в сферу практического использования, причем не в отдельных пунк­тах, а по всему фронту научных, практических и управленческих областей.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: