Доклад на тему метеорологические гис

Обновлено: 08.07.2024

Программный комплекс (ПК) ГИС Метео - это универсальный инструмент метеоролога, предназначенный для изготовления, обработки и документирования метеорологических карт на персональной ЭВМ. ПК ГИС Метео предназначен для организации оперативной работы метеоролога в прогностических центрах. Он позволяет создавать метеорологические карты в любой картографической проекции и для любого масштаба с использованием данных, распространяемых по глобальной сети ВМО, через INTERNET , а также получать спутниковые снимки, данные радиолокационного зондирования, что способствует улучшению работы Гидрометцентра любого ранга.

ПК ГИС Метео состоит из геоинформационной системы, её различных компонент, метеорологической базы данных. Комплекс представляет пользователю удобный графический интерфейс для работы с картами, графиками, диаграммами и т.д. Приложения к ГИС Метео реализуют большое число расчётных методов, разработанных отечественными и зарубежными специалистами. Система при помощи различных компонент по заранее подготовленному сценарию автоматически или в интерактивном режиме наслаивает многочисленные слои информации на географическую карту любого масштаба. Практически во всех отделениях Росгидромета и в метеоагентствах России используется комплекс Гис Метео.

ГИС Метео позволяет пользователю:

1) изготавливать географическую основу карты (бланк) для любой территории;

2) выбирать метеорологические параметры из базы данных и наносить их на карту в различных формах (цифры, линии, цветные поля и др.)

3) выбирать и наносить на карту в различных формах (монтажировать) спутниковые снимки;

4) проводить на карте фронтальные линии разных типов;

5) строить на карте траекторию частицы по фактическим и прогностическим данным;

6) формировать сопровождающий текст к карте;

7) совмещать на одной карте данные разного вида;

8) запоминать изготовленные бланки и карты для использования в дальнейшей работе;

9) строить карты автоматически, по заданному расписанию;

10) просматривать на экране дисплея имеющиеся метеорологические карты;

11) представлять отдельные области карты в укрупненном масштабе;

12) корректировать сомнительные данные;

13) выводить карты на печатающее устройство.

ГИС Метео строит карты с оперативной информацией наземных гидрометеостанций и постов, морских и океанических станций, средств дистанционного зондирования атмосферы, поступающей со всего земного шара. По данным различных гидродинамических моделей, рассчитываемых в метеорологических центрах России (г. г. Москва, Новосибирск), Великобритании (г.г. Рединг, Эксетер), США (г. Вашингтон), Германии (г. Оффенбах), создаются прогностические карты различных параметров с заблаговременностью до 168 ч.

Осуществление оперативной работы по технологии ГИС Метео происходит с помощью автоматизированного рабочего места (АРМ) синоптика. АРМ – индивидуальный комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации работы.

АРМС позволяет организовать работу любого метеорологического центра путем оперативного создания следующих видов продукции:

- приземных карт погоды, карт абсолютной и относительной топографии, монтажей снимков орбитальных и геостационарных ИСЗ, стыкованных карт по данным МРЛ;

- прогностических карт давления, геопотенциала, температуры, влажности, ветра;

- карт прогноза осадков с определением их фазового состояния, прогноза облачности и фронтальных зон;

- карт прогноза вертикальных скоростей ветра и турбулентности по модели пограничного слоя;

- расчета траекторий по аэрологическим данным и данным объективного анализа и прогноза полей геопотенциала;

- фактических и прогностических кривых стратификации температуры, влажности, ветра на бланках аэрологических диаграмм и расчетов по ним;

- вертикальных разрезов атмосферы;

- синоптических таблиц, таблиц осадков, графиков изменения метеопараметров.

АРМ авиационного синоптика – прогнозиста наряду с вышеперечисленными видами продукции позволяет оперативно работать с текстами телеграмм в авиационных кодах, с голосовым воспроизведением аэродромных сводок погоды, а также создавать специализированные карты:

- вертикальных разрезов по маршруту полёта воздушного судна с расчетом его истинной скорости;

- прогнозов явлений погоды, опасных для авиации (грозы, болтанки, обледенения).

Особенностью гидрометеорологических ГИС является необходимость работы с быстро изменяющимися данными: гидрометеорологическая информация поступает со всех гидрометеорологических подразделений в течение ближайшего времени после срока наблюдений. Ещё одной характерной особенностью таких ГИС является многоканальная система ввода информации (проводная, телефонная, спутниковая и т.п.). Таким образом, перед гидрометеорологическими ГИС стоит задача приема, обработки, накопления и визуализации большого объема информации в оперативном режиме.

До 60-х годов осуществлялось ручное составление синоптических и аэрологических карт на местах. Закодированные данные передавались по проводам и радио. Техники – синоптики в каждом прогностическом подразделении расшифровывали телеграмму и наносили информацию на синоптическую карту. На это затрачивалось много времени, и невозможно было избежать ошибок наноски. С внедрением в 60–х годах прошлого века централизованных передач синоптических карт по факсимильным каналам связи отпала необходимость изготовления карт в местных подразделениях. Ускорилась в несколько раз подготовка карт при появлении ЭВМ и автоматических устройств наноски данных и расчерчивания изолиний. Главным преимуществом такого способа передачи было то, что можно было передавать и фактические, и прогностические карты погоды в частично обработанном виде. Однако, большие объемы диагностической и прогностической информации, передаваемой из различных центров, приводили к перегрузке каналов связи.

Развитие информационно – измерительных систем (ИИС) позволило получать новые виды информации: снимки ИСЗ, данные МРЛ. Передача всей этой информации потребовала мощных ЭВМ для её обработки.

В настоящее время работу с гидрометеорологической информацией выполняют Локальные Автоматизированные Средства общей Системы Обработки оперативных данных (ЛАССО).Эта система предназначена для оперативной обработки гидрометеорологической продукции, которая включает в себя следующие элементы технологической обработки: приём информации от различных источников, дешифрирование и форматирование данных, поддержка информационных баз данных, средства оперативного доступа к информации.

Использование современных технологий построения вычислительных сетей предоставляет возможность организации различных комбинаций отдельных комплексов ЛАССО, включая удаленные АРМ.

Внедрение ЛАССО и АРМ с программными средствами ГИС –М етео в прогностических подразделениях имеет следующие преимущества:

1. Увеличение экономического эффекта за счет снижения затрат на содержание технического персонала и обслуживание технических устройств.

2. Расширение количества и сокращение времени поступления к специалисту фактической и прогностической информации в удобном для просмотра и анализа виде.

3. Экономия времени синоптика за счет автоматической обработки карт погоды, что позволяет ему больше внимания уделять анализу.

4. Возможность быстрого доступа к данным прогностических центров всего мира.

5. Возможность использовать большее число методов расчета прогностических параметров, поставляемых в составе программных средств ГИС Метео, и запрограммировать локальные методы, применяемые в данном подразделении.

6. Возможность передачи оперативной информации потребителям в электронном виде.

Отдельные недостатки при работе специалиста с продукцией, подготовленной автоматически, носят чисто субъективный характер: формализация анализа развития атмосферных процессов и проведения фронтов [1, 2, 3].

2.2. Применение ГИС – технологий при разработке долгосрочных прогнозов погоды

При долгосрочном прогнозировании погоды использование ГИС – технологий еще находится в стадии разработок. Работы по данному направлению проводятся во многих метеорологических центрах – Росгидромет, Национальный гидрометеорологический институт Украины, Гидрометслужба Казахстана, профильные кафедры Саратовского, Казанского, Пермского университетов.

Единственное в России автоматизированное действующее в оперативной практике рабочее место синоптика – долгосрочника есть в Северо – Западном управлении Гидрометслужбы (г.Санкт – Петербург). В порядке спонсорской помощи кафедра метеорологии и климатологии Саратовского государственного университета получила от Северо – Западного управления презентацию АРМС – долгосрочника. Презентация также выведена на сайт кафедры.

Геоинформационные системы (ГИС) - это автоматизированные системы, функциями которых являются сбор, хранение, интеграция, анализ и графическая интерпретация пространственно-временных данных, а также связанной с ними атрибутивной информации о представленных в ГИС объектах.

ГИС появились в 1960 гг при появлении технологий обработки информации в СУБД и визуализации графических данных в САПР, автоматизированного производства карт, управления сетями.

Назначение ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), такими как инвентаризация ресурсов, управление и планирование, поддержка принятия решений.

Этапы создания ГИС:

предпроектные исследования, в тч изучение требований пользователя и функциональные возможности используемого ПО,

технико-экономическое обоснование (ТЭО)

системное проектирование ГИС, включая стадию пилот-проекта, разработку ГИС;

тестирование ГИС на небольшом территориальном фрагменте или тестовом участке или создание опытного образца,

эксплуатация и обслуживание ГИС.

Источники данных для создания ГИС:

базовый слой - картографические материалы (топографические и общегеографические карты, карты административно-территориального деления, кадастровые планы и тд), используемые в виде геодезической системы координат и плоских прямоугольных координат картографических проекций исходных материалов, геодезических координат и проекций создаваемых базовых карт, на основе которых осуществляется построение цифровых моделей в ГИС и практически реализуются все их задачи.

данные дистанционного зондирования (ДДЗ): в тч, получаемые с космических аппаратов и спутников материалы, Изображения получают и передают на Землю с носителей съемочной аппаратуры, размещенных на разных орбитах. Полученные снимки отличаются разным уровнем обзорности и детальности отображения объектов природной среды в нескольких диапазонах спектра (видимый и ближний инфракрасный, тепловой инфракрасный и радиодиапазон), что позволяет решать широкий спектр экологических задач. К методам дистанционного зондирования относятся также аэро- и наземные съемки, и другие неконтактные методы, например гидроакустические съемки рельефа морского дна. Материалы таких съемок обеспечивают получение как количественной, так и качественной информации о различных объектах природной среды;

результаты геодезических измерений на местности, выполняемые нивелирами, теодолитами, электронными тахеометрами, GPS приемниками и др;

данные государственных статистических служб по самым разным отраслям народного хозяйства, а также данные стационарных измерительных постов наблюдений (гидрологические и метеорологические данные, сведения о загрязнении окружающей среды и пр).

литературные данные (справочные издания, книги, монографии и статьи, содержащие разнообразные сведения по отдельным типам географических объектов). В ГИС редко используется только один вид данных, чаще всего это сочетание разнообразных данных на какую-либо территорию.

Эффективное использование ГИС для решения разнообразных пространственно-локализованных задач требует от пользователя достаточного объема знаний о геодезических системах координат, картографических проекциях и других элементах математической основы карт ГИС, знаний о методах получения по карте различной информации, математических и других методов использования этой информации для решения пространственно-локализованных задач ГИС.

Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Данные, собираемые в геоинформатике, выделяют в особый класс данных, называемых геоданными.

Геоданные - данные о предметах, формах территории и инфраструктурах на поверхности Земли, причем как существенный элемент в них должны присутствовать пространственные отношения.

Геоданные описывают объекты через их положение в пространстве непосредственно (например, координатами) или косвенно (например, связями).

В целом следует выделить следующие технологии сбора данных в геоинформатике:

воздушная съемка, которая включает аэросъемку, съемку с мининосителей;

глобальная система позиционирования (GPS);

космическая съемка, которая является одним из важнейших источников данных для ГИС при проведении природоресурсных исследований, экологического мониторинга, оценки сельскохозяйственных и лесных угодий и т. д.;

карты или картографическая информация, которая является основой построения цифровых моделей ГИС;

данные, поступающие через всемирную сеть Internet;

наземная фотограмметрическая съемка служит источником информации для ГИС при анализе городских ситуаций, экологического мониторинга за деформацией и осадками;

цифровая фотограмметрическая съемка основана на использовании цифровых фотограмметрических камер, которые позволяют выводить информацию в цифровом виде непосредственно на компьютер;

видеосъемка, как источник данных для ГИС, используется в основном для целей мониторинга;

документы, включая архивные таблицы и каталоги координат, служат основным источником данных для ввода в ГИС так называемой предметной или тематической информации, к которой относятся экономические, статистические, социологические и другие виды данных;

геодезические методы (автоматизированные и не автоматизированные) используются для уточнения координатных данных,

источником данных для ГИС являются также результаты обработки в других ГИС;

фотографии, рисунки, чертежи, схемы, видеоизображения и звуки;

статистические таблицы и текстовые описания, технические данные;

почтовые адреса, телефонные книги и справочники;

геодезические, экологические и любые другие сведения.

ГИС используют для решения научных и прикладных задач инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, рационального использования природных ресурсов, мониторинга экологических ситуаций, принятия оперативных мер в условиях ЧС и тд.

ГИС классифицируются по следующим признакам:

1. По функциональным возможностям:

полнофункциональные ГИС общего назначения;

специализированные ГИС, ориентированные на решение конкретной задачи в какой либо предметной области;

информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования. Функциональные возможности ГИС определяются также архитектурным принципом их построения:

закрытые системы не имеют возможностей расширения, они способны выполнять только тот набор функций, который однозначно определен на момент покупки; - открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования).

2.По пространственному (территориальному) охвату ГИС подразделяются на глобальные (планетарные), общенациональные, региональные, локальные (в том числе муниципальные).

3.По проблемно-тематической ориентации - общегеографические, экологические и природопользовательские, отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, геологические, туризма и т. д.).

4.По способу организации географических данных - векторные, растровые, векторно-растровые ГИС.

Структура ГИС включает комплекс технических средств (КТС) и программное обеспечение (ПО), информационное обеспечение (ИО).

КТС - это комплекс аппаратных средств, в тч, рабочая станция (персональный компьютер), устройства ввода-вывода информации, устройства обработки и хранения данных, средства телекоммуникации.

Рабочая станция используется для управления работой ГИС и выполнения процессов обработки данных, основанных на вычислительных и логических операциях.

Ввод данных реализуется с помощью разных технических средств и методов: непосредственно с клавиатуры, с помощью дигитайзера или сканера, через внешние компьютерные системы. Пространственные данные могут быть получены с электронных геодезических приборов, с помощью дигитайзера или сканера, либо с использованием фотограмметрических приборов.

Устройства для обработки и хранения данных интегрированы в системном блоке компьютера, включающем в себя центральный процессор, оперативную память, запоминающие устройства (жесткие диски, переносные магнитные и оптические носители информации, карты памяти, флеш-накопители и др.). Устройства вывода данных - монитор, графопостроитель, плоттер, принтер, с помощью которых обеспечивается наглядное представление результатов обработки пространственно-временных данных.

ПО - обеспечивает реализацию функциональных возможностей ГИС. Оно подразделяется на базовое и прикладное ПО.

Базовое ПО включает операционные системы (ОС), программные среды, сетевое программное обеспечение, системы управления базами данных, и модули управления средствами ввода и вывода данных, систему визуализации данных и модули для выполнения пространственного анализа.

Прикладное ПО -программные средства, предназначенные для решения специализированных задач в конкретной предметной области. Они реализуются в виде отдельных модулей (приложений) и утилит (вспомогательных средств).

ИО - совокупность массивов информации, систем кодирования и классификации информации.

Особенность хранения пространственных данных в ГИС - их разделение на слои.

Многослойная организация электронной карты, при наличии гибкого механизма управления слоями, позволяет объединить и отобразить гораздо большее количество информации, чем на обычной карте.

Информация, представленная в виде отдельных слоев, и их совместный анализ в разных комбинациях позволяет получать дополнительную информацию в виде производных слоев с их картографическим отображением (в виде изолинейных карт, совмещенных карт различных показателей и тд).

ГИС-технология объединяет разрозненные данные в единый вид, что упрощает принятие управленческих решений информационного обеспечения на различных уровнях планирования и получать, анализировать и принимать решения в науке, управлении хозяйствовании.

Рынок ГИС, отличающихся по функциональным возможностям, требованиям к КТС, ПО и ИО, довольно развит.

ПО - это одна из немногих отраслей, где РФ на равных конкурирует с Западом.

ГЕОИНФОРМАТИКА И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ: ИСТОРИЯ ИХ РАЗВИТИЯ И СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ

1 Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Веселовская средняя общеобразовательная школа №2

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Геоинформационная система (ГИС): понятие, программы. Из истории развития геоинформатики и ГИС

1.1. Понятие о геоинформационной системе (ГИС)

1.2. Программное обеспечение ГИС

1.3. Из истории развития геоинформатики и ГИС

Глава 2. Применение и связь ГИС с другими научными дисциплинами и технологиями

2.1. Применение ГИС

2.2. Связь ГИС с другими научными дисциплинами и технологиями

Работа выполнена при поддержке: профессора кафедры Кадастра и мониторинга земель НИМИ ДГАУ Ткачевой О.А.;

учителя информатики и географии МБОУ ВСОШ №2 Лямкиной Н.В.

Введение

География является связующим звеном информации, получаемой из многочисленных источников. Прежде всего, это различные типы карт: планы застроек, топографические и разнообразные тематические карты. Кроме того, данные могут поставляться с аэро- и космических снимков, они поступают из файлов на магнитных дисках, из отчетов и компьютерных систем, из результатов полевых измерений.

Значительная часть географических данных быстро меняется с течением времени и поэтому иногда неприемлемым становится использование бумажных карт: быстроту получения информации и ее актуальность может гарантировать только автоматизированная система. Первыми попытками применения автоматизации в географии стали банки географической информации. Однако с течением времени накапливался опыт сбора, хранения и управления данными, нарабатывались библиотеки программ, решающих стандартные задачи. Современная географическая информационная система (ГИС) представляет собой автоматизированную систему, имеющую большое количество графических и тематических баз данных, соединенную с модельными и расчетными функциями для манипулирования ими и преобразования в пространственную картографическую информацию для принятия на ее основе разнообразных решений и осуществления контроля.

Геоинформационные системы сочетают в себе хорошо отработанные технологии реляционных СУБД и компьютерную графику высокого класса в целях управления информацией, описывающей земную поверхность либо относящейся к ней. ГИС позволяют обрабатывать разнообразные типы данных об объектах либо характеристиках земной поверхности — координаты, формы, связки (пространственная информация), описательные сведения и цифры (непространственная информация). Все многообразие данных интегрируется в единую логичную модель. После этого интерактивные, базирующиеся на графике инструменты обеспечивают управление данными, их корректировку, создание запросов, анализ и вывод результатов, то есть все необходимое для ведения и понимания географической и связанной с ней информации.

XXI век называют веком компьютеризации (информатизации) всей сферы жизнедеятельности человека: управления, образования, здравоохранения, сельского хозяйства и многих других сфер. Одним из бурно развивающих направлений компьютеризации является использование геоинформационной системы.

Геоинформационная система (ГИС) в настоящее время внедряется во все сферы жизни человека, в том числе и в муниципальное управление, где она нашла разнообразные формы применения, речь о которой пойдет на данном реферате.

Объект исследования: геоинформационная система.

Предмет использования: использование ГИС в различных сферах деятельности человека.

Цель исследования: ознакомление с геоинформационной системой, изучение использования ГИС, выявление связи ГИС с другими научными дисциплинами и технологиями

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

изучить научную литературу по данной проблематике;

проанализировать ГИС-технологии и программы;

выявить основные направления использования ГИС;

обобщить полученные данные.

Глава 1. Геоинформационная система (ГИС): понятие, программы

Понятие о Геоинформационной системе (ГИС)

Геоинформационная система (ГИС) – это программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной и атрибутивной информации по объектам территории. Одна из основных функций ГИС – создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений (Берлянт, 2001). Основой любой информационной системы служат данные. Данные в ГИС подразделяются на пространственные, семантические и метаданные.

Пространственные данные – данные, описывающие местоположение объекта в пространстве. Например, координаты угловых точек здания, представленные в местной или любой другой системе координат. Семантические (атрибутивные) данные – данные о свойствах объекта. Например, адрес, кадастровый номер, этажность и прочие характеристики здания.

Метаданные – данные о данных. Например, информация о том, кем, когда и с использованием какого исходного материала, в систему было внесено здание (Томилин, 2007).

ГИС охватывает все пространственные уровни - глобальный, региональный, национальный, локальный, муниципальный - интегрируя самую разнообразную информацию о нашей планете: картографическую, данные дистанционного зондирования, статистику и переписи, кадастровые сведения, гидрометеорологические данные, материалы полевых экспедиционных наблюдений, результаты бурения и подводного зондирования и т.п. В создании ГИС участвуют международные ассоциации (ООН, ЮНЕП, ФАО и др.), крупнейшие государственные учреждения, министерства и ведомства, картографические, геологические и земельные службы, статистические управления, частные фирмы, научно-исследовательские институты и университеты. На разработку ГИС ассигнуются значительные финансовые средства, в деле участвуют целые отрасли промышленности, создается разветвленная геоинформационная инфраструктура, сопряженная с телекоммуникационными сетями.

ГИС предназначены для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления окружающей средой и территориальной организацией общества.

При создании разветвленной ГИС-инфраструктуры к этим центрам предполагается привязать местные и отраслевые ГИС разной проблемной ориентации, а также центры сбора и обработки аэрокосмической информации. В сеть ГИС обязательно должны быть включены научные и научно-производственные банки и базы тематических данных, существующих в институтах Академии наук, вузах, отраслевых учреждениях и ведомствах.

Основу ГИС составляют автоматизированные картографические системы, а главными источниками информации служат различные геоизображения.

Геоинформатика изучает принципы, технику и технологию получения, накопления, передачи, обработки и представления данных и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях.

Сегодня геоинформатика предстает в виде системы, охватывающей науку, технику и производство. Геоинформатика - научная дисциплина, изучающая природные и социально-экономические геосистемы (их структуру, связи, динамику, функционирование в пространстве и времени) посредством компьютерного моделирования на основе баз данных, и географических знаний. С другой стороны, геоинформатика - это технология (ГИС-технология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно - координированной информации, имеющая целью решения задач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами. Наконец, геоинформатика, как производство - это изготовление программных и аппаратных средств, включая создания баз данных, систем управления, стандартных, коммерческих ГИС различного целевого назначения и проблемной ориентации.

Сфера деятельности геоинформатики связана с картографией и дистанционным зондированием, а также затрагивает фотограмметрию, топографию. Геоинформатика располагается в одном ряду с методами (математическими, картографическими, дистанционного зондирования и др.) и связывается с науками о земле геологией, почвоведением, лесоведением, географией, экономикой, биологией и т.д.

Взаимосвязи картографии и геоинформатики проявляются в следующих аспектах:

тематические и картографические карты - главный источник пространственно-временной информации.

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 географической интерпретации и организации данных дистанционного зондирования и другой используемой в ГИС информации (статистической, аналитической и т.п.)

картографический анализ - один из наиболее эффективных способов выявления географических закономерностей, связей, зависимостей при формировании баз знаний, входящих в ГИС.

математико-картографической и компьютерное - картографическое моделирование - главное средство преобразования информации в процессе принятия решений, управления проведения экспертиз, составление прогнозов развития геосистем и т.п.

картографическое изображение - целесообразная форма представления информации потребителям.

Ближайшее окружение геоинформатики и ГИС образуют:

Картография - наука о картах как особом способе изображения действительности, их

создании и использовании.

Дистанционное зондирование - неконтактная съёмка данных с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных фототеодолитных станций.

1.2. Программное обеспечение ГИС

Чем шире становится область применений ГИС, тем сильнее ощущается “однобокость” существующих ГИС. Хотя в настоящее время на рынке имеется большое число программных пакетов ГИС, но почти все они являются симбиозом чисто картографических систем с графическими средствами и методами моделирования САПР. Из отечественных ГИС можно назвать систему пакетов GeoDraw, GeoGraph, дополняемую системой Геоконструктор. Из зарубежных систем наиболее известными являются ArcCAD, ArcViev, AtlasGIS, WinGIS, SICAD/open, MapInfo, ArcInfo и др. Имея достаточно развитые средства унификации, преобразования и хранения входной информации, графического моделирования и визуализации, все они характеризуются явно недостаточными средствами анализа имеющейся информации и поддержки принятия решений. Таким образом, для эффективного использования ГИС-технологий в перечисленных выше новых практических приложениях интеллектуальность современных ГИС явно недостаточна. Фактически они способны лишь в удобной и наглядной форме отображать заложенную в них координатно-привязанную информацию и выполнять расчеты некоторых количественных характеристик отображаемых объектов, чего явно недостаточно для поддержки принятия управленческих решений.

Виды архитектуры ГИС:

Закрытые системы не имеют возможностей расширения, у них отсутствуют встроенные языки, не предусмотрено написание приложений. В случае даже незначительного изменения задачи, такая система оказывается неспособной её решить. Имеют низкие цены и короткий жизненный цикл. Предъявляют очень скромные требования к ПК. - Системы для домашнего и информационно-справочного использования.

Открытые системы открыты для пользователя, т.е. обладают лёгкостью приспособления, расширения, изменения, возможностью адаптации к новым форматам, изменившимся данным, связью между существующими приложениями. Обычно имеют от 70 до 90% встроенных функций и на 10-30% могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Открытые системы обычно дороги первоначально, но имеют большой жизненный цикл.

Типы программного обеспечения

Основные прародители современных ГИС

CAD: 1) Computer-AidedDesign- система автоматизированного

2) Computer-AidedDrafting- система автоматизированного черчения CAD-системы - это системы для автоматизированного проектирования с использованием средств машинной графики. CAD работают с техническими чертежами, их применяют в различных областях промышленности.

CAD-системы могут быть ориентированы и на рабочие станции, и на персональные компьютеры.

CAD-системы предыдущих поколений были малопригодны для решения задач, стоящих перед ГИС. Во-первых, они неспособны обеспечить работу с картой, поскольку пользуются условной декартовой системой координат и манипулируют только с геометрическими объектами: кругами, эллипсами, цилиндрами, кубами и т.п., а не с реальными объектами. Во-вторых, у них в описании объектов отсутствует тематическая часть, без которой практически невозможно решение задач анализа.

В последних версиях CAD-систем так же как и в ГИС появились базы данных.

AM - Automated Mapping Management - система автоматизированной картографии.

АМ-системы - программные продукты, специально предназначенные для профессионального производства карт. Они позволяют создавать качественные стандартные карты типа морских навигационных, геологических или топографических, где все элементы содержания известны заранее.

АМ-системы в основном базируются на рабочих станциях, хотя встречаются и настольные системы для ПК.

АМ-системы не предназначены для управления данными и практически лишены средств анализа и возможностей моделирования.

В последнее время происходит сближение АМ-систем и ГИС. AM снабжаются средствами ГИС-анализа и возможностями обмена данными с ГИС.

FM - AutomatedFacilitiesManagement - система управления сетями инженерных коммуникаций:

FM-системы - системы управления сетями (водопровод, трубопровод, энергетические и телефонные сети и т.д.), т.е. пространственно распределенными объектами, с каждым из которых связана существенная содержательная информация. В этом много общего между ГИС и FM-системами.

Для решения большинства задач сетевого управления не важно действительное положение объектов в пространстве. В этом много общего между CAD-системами и FM-системами.

В последнее время происходит расширение функций FM-систем функциями управления сетевыми объектами, задачами проектирования и эксплуатации. Возникла необходимость точной координатной привязки сетей и совместного использования этой информации с другой пространственной информацией о расположении реальных объектов (сетей, зданий и сооружений, природных объектов и т.п.).

В 90-е годы XX века - AM/TM/G1

Системы мелкомасштабного пространственного анализа:

Системы мелкомасштабного пространственного анализа связаны прежде всего с задачами природопользования, а также территориального планирования и управления.

Одним из первых разработчиков ГИС был Институт Исследований Систем Окружающей Среды (ESRI) в США.

В России такого рода системы также появились впервые в организациях геологического и географического профиля. (Фирма Ланэко, ЦГИ ИГ РАН, географический факультет МгУ).

Информационно-картографическая аналитическая система DataGraf (Институт охраны природы).

СУБД - Системы управления базами данных

База данных (БД) - организованный набор взаимосвязанных файлов.

СУБД предназначены для манипулирования текстовыми, графическими и числовыми данными с помощью персонального компьютера или рабочих станций.

СУБД выполняют функции формирования наборов данных, поиска, сортировки и корректировки данных.

СУБД позволяют работать с данными путем реализации ограниченного числа часто используемых функций и определения последовательности их выполнения.

Классификация современных ГИС-программ по функциональным возможностям:

Базовые программные средства универсальные специализированные

Модули приложения (решение специализированных задач)

Вспомогательные средства, или утилиты (выполнение отдельных операций)

Фирмы-разработчики создают семейства программных продуктов для решения различных по направлениям и объёму задач, реализации различных групп функций (ГИС-вьюеры, Настольные, Серверные, Интернет-серверы, Интернет-вьюеры, Мобильные ГИС и т.д.)

Обнинск

3 .6 °C 2 .8°

Интересное

Прием, обработка и использование метеорологической информации, поступающей с каналов связи
А.В. Беспрозванных, Е.П. Потапова, Л.Н. Сенова, Н.Л. Ульянич, Р.А. Шерстюкова

Схема обработки данных, поступающих по каналам связи, и их использования представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Схема обработки данных, поступающих по каналам связи, и их использования

Программный комплекс накопления оперативных метеорологических данных на основе реляционной СУБД (система Омега) предназначен для приема, обработки и накопления в базе данных в реальном масштабе времени метеорологической информации, поступающей по каналам связи.

Программный комплекс системы Омега состоит из следующих этапов:
I этап - прием данных с канала связи;
II этап - предварительная обработка;
III этап - первичная обработка с записью в реляционную базу данных.

Основные функции системы Омега:

прием с каналов связи оперативной метеорологической информации;
синтаксический разбор кодовых форм и раскодирование метеорологических параметров;
синтаксический разбор кодовых форм и раскодирование метеорологических параметров;
формирование базы данных на основе промышленной СУБД.

Прием с канала связи.

Предварительная обработка.

Задачей предварительной обработки является подготовка данных для первичной обработки. Программа обеспечивает следующие функции:

Процесс первичной обработки данных реализует следующие функции:

синтаксический разбор данных;
раскодирование значений метеорологических величин;
внутрителеграммный логический контроль значений метеорологических величин;
запись наблюдений в базу данных;
запись забракованных телеграмм в файлы брака.

Единицей первичной обработки является бюллетень. На всех этапах обработки данные сопровождаются заголовком – описателем бюллетеня, в котором указываются все необходимые сведения о бюллетене.

При этом формируется протокол работы, отражающий количество обработанной информации. После окончания обработки одной порции входной информации или в любой момент времени можно получать информацию о количестве и качестве информации уже находящейся в базе данных средствами для работы с базой данных.

Задачей синтаксического разбора является:

На этапе синтаксического контроля выполняется разбор каждой телеграммы с целью опознавания групп и расстановки их в поле фиксированного формата. Для унификации программы синтаксического разбора разработан цифровой язык описания процесса синтаксического разбора метеорологических данных в кодах FM и КН [1,2], с помощью которого процесс разбора конкретного кода можно представить в виде таблицы. Эти таблицы размещаются в файле на внешнем носителе.

Алгоритм разбора данных по таблицам обеспечивает высокую независимость программы от вида обрабатываемых данных и позволяет достаточно просто подключать к первичной обработке новые виды данных.

Выходными данными программы раскодирования является область оперативной памяти, в которой размещаются раскодированные телеграммы. Структура метеорологических телеграмм содержит призначную часть, в состав которой входят:

дата и время наблюдения;
идентификатор станции,
обобщенный признак качества телеграммы.

Значения метеорологических величин располагаются в числовом массиве

Программа раскодирования состоит из управляющей программы и набора модулей, раскодирующих значения отдельных элементов.

Подключение нового вида информации сводится к разработке и подключению новых модулей раскодирования метеовеличин и таблиц раскодирования.

Часть модулей является общей для всех типов информации. Некоторые модули являются индивидуальными для конкретного вида информации.

Раскодирование значений метеорологических величин представляет собой преобразование кодовых значений в натуральные единицы. Раскодируются все значения, которые могут быть переведены в натуральные значения, остальные значения остаются в кодах.

Внутрителеграммный логический контроль выполняется после раскодирования значений метеорологических величин. Значения контролируются на допустимые пределы, а также на внутреннюю согласованность данных.

Программа контроля состоит из управляющей программы и набора модулей, контролирующих значения отдельных элементов.

Модули контроля снабжают значения метеорологических величин признаками качества:
0 – контроль величины не проводился;
1 – значение величины корректно;
2 – значение величины сомнительно;
3 – значение величины ошибочно.

В результате контроля телеграммы формируется обобщенный признак качества последней, в котором отражается наличие ошибок формата, а также наличие сомнительных и ошибочных значений.

Запись в базу данных.

Для хранения информации и последующего ее использования выбрана СУБД реляционного типа (это может быть ORACLE, MS SQL, SapDB, PostgreSQL, Linter).

В соответствии с выбранной реляционной моделью баз данных все оперативные данные сгруппированы в таблицы. Таблица - это систематизированная совокупность однородных по структуре данных, логическая единица информационной базы данных.

Программа записи в базу данных использует средства ODBC API (открытый интерфейс доступа к базам данных из прикладных программ), разработанный в фирме Microsoft,с применением структурированного языка запросов SQL.

При передаче по каналам связи зачастую одна и та же телеграмма поступает не один раз. Кроме того, поступает исправленная информация, помеченная знаком COR, или опоздавшие данные. Поэтому одна и та же телеграмма может поступать на запись в базу данных неоднократно.

Дублями считаются телеграммы, у которых призначные части (координаты, номер станции, время наблюдения) совпадают.

Как было сказано ранее, каждая телеграмма в процессе первичной обработки снабжается признаком качества. Чем больше его значение, тем хуже качество телеграммы.

Для замены телеграмм, уже существующих в базе данных, используется значение признака качества телеграммы. В базу данных помещается та телеграмма, признак качества которой меньше. При равных значениях признаков качества замена производится, если в новой телеграмме больше значений метеовеличин. Если телеграмма помечена знаком COR, то она обязательно заменяет старую, несмотря на значения признаков качества.

Забракованные в процессе обработки телеграммы в файле брака должны быть откорректированы специалистами по видам данных. По окончании корректировки файлы могут быть направлены на повторную предварительную и первичную обработку в пакетном режиме.

Мониторинг поступления информации

В настоящее время информация по каналам связи поступает с метеорологических станций всего земного шара.

В среднем в БД записывается метеорологических телеграмм SYNOP:

за срок от 6000 до 9000;
за сутки примерно 60000;
за месяц: МАЙ 2009 - 1860041, СЕНТЯБРЬ 2009 - 1321278.

с российских станций:

за срок от 1100 до 1400;
за сутки примерно 12300;
за месяц: МАЙ 2009 - 390344, СЕНТЯБРЬ 2009 - 372005;

за срок от 1700 до 1900;
за сутки примерно 15600;
за месяц: МАЙ 2009 - 486553, СЕНТЯБРЬ 2009 - 471454;

с зарубежных станций (без СНГ):

за срок от 3000 до 5000;
за сутки примерно 43800;
за месяц: МАЙ 2009 - 1373488, СЕНТЯБРЬ 2009 - 1321278.

Контроль за записью информации в базу данных осуществляется через просмотр полноты записанных за текущий срок данных. База данных системы содержит гидрометеорологическую информацию за последние полтора года. Мониторинг осуществляется на основе состояния базы данных на текущий момент.

На рисунках 2, 3 показаны образцы экранов контроля записи информации в базу данных.

Мониторинг может осуществляться по типам информации, передающему центру, по станции. На рисунке 4 показан пример запроса на поступившую информацию за конкретную дату по конкретной станции. На рисунке 5 – результат этого запроса. На рисунке 6 - результат запроса о поступлении оперативных данных по передающим центрам

Собранные в БД оперативные метеорологические данные в дальнейшем могут быть использованы средствами системы CliWare для расчета климатических характеристик и метеорологических параметров, для формирования регламентных документов, для предоставления потребителям.

Рис.2 Мониторинг сбора синоптических данных

Рис.3 График температуры воздуха за последние пять дней

Рис.4 Запрос о поступлении оперативных данных по станции

Рис.5 Результат запроса о поступлении оперативных данных по станции

Рис.6 Результат запроса о поступлении оперативных данных по передающим центрам

Архивирование метеорологической информации

На базе оперативных данных, получаемых по глобальной сети телесвязи (ГСТ), ежемесячно производится формирование архива метеорологических наблюдений на метеорологических станциях на территории России и зарубежной территории, поступающие по каналам связи в кодах FM [1,2].

С учетом оперативного характера данных, получаемых по ГСТ, обработка и формирование массивов данных для записи на архивные носители в формате ЯОД [3] производится ежемесячно.

Океанографические данные – это один из видов оперативных данных, поступающих по каналам ГСТ с отечественных и зарубежных судов, береговых станций, дрейфующих и заякоренных буев со всей акватории Мирового океана. Эти данные являются естественным продолжением архива BATES и составляют более 200 Mb ежемесячно.

Обобщенные за месяц данные приземных метеорологических наблюдений со станций, расположенных на суше (международный код FM 71-X CLIMAT) представлены архивом CLIMAT, ежемесячный объем которого составляет более 200 Кб с российских станций и 500 Кб с зарубежных станций.

В настоящее время разрабатывается комплекс программ по архивированию и мониторингу аэрологической информации. Предполагаемый объем информации - 130 Mb ежемесячно.

На основании информации CLIMAT, поступающей по каналам связи, выпускаются ежемесячно бюллетени (БТР) температурного режима по федеральным округам и экономическим районам. По окончании квартала выпускаются квартальные бюллетени. Температурный режим представлен средними значениями температуры воздуха и их отклонениями от нормы.

Обслуживание потребителей метеорологической информацией по сетям Интернет

Обслуживание метеорологической информацией может осуществляться через сервисы системы CliWare с использованием Интернет-технологий типа ЗАПРОС-ОТВЕТ. Примером такого обслуживания может служить взаимодействие с Центром Инфраструктурных Проектов (ЦИП), когда синоптические данные запрашиваются из БД системы CliWare по расписанию. Результат выдается потребителю в формате FM-кода.

Формирование различных документов, включая бюллетени погоды и пожароопасности.

На основе оперативных данных можно позволяет решать задачи регионального уровня по обеспечению различных управленческих структур сведениями о погоде. Так, в Ярославском ЦГМС функционирует ежесуточное формирование бюллетеней погоды и в теплое время года бюллетеней о пожароопасности. Причем, могут быть выданы не только текущее состояние погоды по всем городам Ярославской области, но и климатические характеристики за текущие сутки по городу Ярославлю за многолетний период наблюдения. Кроме текущего состояния погоды выдаются прогнозы погоды на 2-3 дня вперед по городу и области, обзоры особо опасных явлений и агрометеорологических условий, прогноз по пожароопасности на 2-3 дня вперед.

Расчеты суточных, декадных и месячных климатических характеристик на основе оперативной информации по запросам.

На основе оперативной информации разработан комплекс программ по расчету суточных, декадных и месячных климатических характеристик. Все ниже перечисленные обобщения проводятся на основе срочных данных:

суточные выводы - это обобщение по восьми срокам по всем метеорологическим параметрам, наличие атмосферных явлений за сутки, продолжительность атмосферных явлений за сутки, температура почвы;
декадные выводы - это обобщение по восьми срокам по всем метеорологическим параметрам за декаду;
месячные выводы - это обобщение по восьми срокам по всем метеорологическим параметрам за месяц.

Климатические характеристики рассчитываются как многолетние экстремальные характеристики по суточным, декадным, месячным обобщениям.

Формирование картографической продукции в международных стандартах.

Для графического отображения метеорологической информации в системе CliWare разработан комплекс программных средств создания слоёв ГИС и их отображения на web-браузере пользователя. Комплекс программных средств создания слоёв ГИС реализован, как web-приложение, выполняется на стороне сервера, генерирует прозрачные растровые изображения изолиний и точек распределения метеорологических данных.

Для отображения физических карт на web-сервере был установлен сервлет deegreewms свободно распространяемого программного продукта Deegree.

При формировании запросов были использованы стандарты интерфейса Web Map Server (WMS), разработанные Open GIS Consortium, Inc. (OGC) [4].

Защищенный доступ к информации.

Разделение уровней доступа обеспечивается средствами базы данных путем создания различных View-представлений для различных пользователей базы данных и запрета доступа к некоторым таблицам для пользователей различного уровня. Минимальное количество пользователей – три. Это:

администратор системы, под схемой которого создаются все системные таблицы,
менеджер данных, под схемой которого создаются таблицы с гидрометеорологической информацией, и которому позволена модификация таблиц с гидрометеорологической информацией,
системный оператор, которому обеспечен доступ ко всей информации.

Дополнительные пользователи необходимы при условии разграничения полномочий пользователей на доступ к гидрометеорологической информации. Дополнительный уровень доступа к информации системы всегда можно создать, зарегистрировав нового пользователя в системе управления базой данных, создав новые View-представления в соответствующей схеме (менеджера данных или системного оператора), обеспечив доступ к этим View-представлениям и другим требуемым таблицам нового пользователя базы данных и создав необходимые синонимы для View-представлений и таблиц. При этом обеспечивается селективный доступ пользователей к гидрометеорологическим данным.

Читайте также: