Реферат история развития гис

Обновлено: 04.07.2024

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.

Тема 1. Понятие о географических информационных системах, связь с другими науками. История развития ГИС.

Термин географическая информационная система является дословным переводом с английского "Geographic(al) information system".

Что же это такое - Географические Информационные Системы?

Начнем с простейших понятий:

· СИСТЕМА - это группа взаимосвязанных элементов и процессов.

· ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА - это система, выполняющая процедуры над данными для получения информации, полезной для принятия решений.

Следовательно: 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 индексы и иные коды, идентифицирующие предварительно разграниченные участки территории;

· Местоположение, зафиксированное на карте.

А теперь постараемся дать строгое определение геоинформационной системы:

Различные определения ГИС отражают историю ее эволюции как синтеза методов и средств, первоначально развивавшихся в системах автоматизированного проектирования, автоматизированного картографирования, цифровой обработки данных дистанционного зондирования и управления базами данных

Одно из первых определений ГИС в русской литературе гласит: "ГИС - это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением природной средой и территориальной организацией общества" [Гармиз и др., 1989, с. 10].

Термин ГИС часто употребляется и в других значениях, он обозначает:

1. программное средство,

2.программный продукт,

3.ГИС-пакет, обеспечивающий функционирование ГИС как системы (ГИС Arc View, ГИС IDRISI).

Географическая информационная система (ГИС) - это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, анализ и отображение пространственных данных и связанных с ними непространственных, а также получение на их основе информации и знаний о географическом пространстве. Преимущество ГИС в том, что она позволяет рассматривать объекты в их географическом окружении и исследовать взаимосвязи между объектами, а изучение взаимосвязей и взаимозависимостей - основа географического моделирования. Возможности ГИС для быстрого и точного совмещения различных срезов информации становятся действенным инструментом ее анализа. Для географии ГИС-технологии - это только набор средств, по-разному применяемых специалистами для решения задач, но более важно понимание того, какимдолжен быть этот набор и как с его помощью повысить эффективность анализа и познания действительности. Ключевыми словами в определении ГИС являются - анализ пространственных данных.

И так, что безусловно отличает ГИС от иных информационных систем?

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

Во-вторых, содержит алгоритмы анализа пространственно координированных данных; и поэтому она:- ПРОСТРАНСТВЕННО ОРГАНИЗОВАННАЯ И ПРОСТРАНСТВЕННО "МЫСЛЯЩАЯ".

ПОЧЕМУ о ГИС так много говорят и считают их столь важными?

Ответ заключается в следующем, ГИС:

· интегрирует пространственную 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, более близкие к аналоговым и потому легко воспринимаемые, способы манипулирования и отображения данных (посредством картографических образов).

Таким образом, современные ГИС расширили использование карт за счет хранения графических данных в виде отдельных тематических слоев, а качественных и количественных характеристик составляющих их объектов в виде баз данных. Такая организация данных при наличии гибких механизмов управления ими, обеспечивает принципиально новые аналитические возможности.

Связь ГИС с другими науками (рис.1)

Благодаря КАКИМ научным дисциплинам стало возможным появление и развитиеГИС?

Рисунок 1- Связь ГИС с научными дисциплинами и технологиями.

Основными же областями приложения ГИС являются

(рисунок – график % соотношение):

· Экология и природопользование

· Земельный кадастр и землеустройство

· Управление городским хозяйством

· Демография и исследование трудовых ресурсов

· Управление дорожным движением

· Оперативное управление и планирование в чрезвычайных ситуациях

· Социология и политология.

История развития ГИС началась более 30 лет назад. В истории развития ГИС можно выделить четыре периода:

· Пионерский (поздние 1950-е - ранние 1970-е гг.);

· Период государственных инициатив период государственных инициатив ранние 1970-е - ранние 1980-е гг.;

· Период коммерческого развития ранние 1980-е - настоящее время;

· Пользовательский период поздние 1980-е - настоящее время.

Пионерский период (поздние 1950-е - ранние 1970-е гг.) характеризуется исследованием принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработкой эмпирического опыта, созданием первых крупных проектов, закладывание теоретических знаний.

Предпосылки к развитию ГИС стали развитие компьютерных технологий, а именно: появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах, цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств, создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров, формальных методов пространственного анализа, программных средств управления базами данных.

Большое влияние в этот период оказывают теоретические работы в области георафии и пространственных взаимосвязей, а также становление количественных методов в географии в США, Канаде, Англии, Швеции -работы У. Гаррисона (William Garrison), Т. Хагерстранда (Torsten Hagerstrand), Г. Маккарти (Harold McCarty), Я. Макхарга (Ian McHarg).

Первый безусловный крупный успех становления геоинформатики и ГИС - это разработка и создание Географической Информационной Системы Канады (Canada Geographic Information System, CGIS). Начав свою историю в 60-х годах, эта крупномасштабная ГИС поддерживается и развивается по сей день.

Создателем ГИС Канады считается Роджер Томлинсон (Roger Tomlinson), под руководством которого были разработаны и реализованы многие концептуальные и технологические решения. Назначение ГИС Канады состояло в анализе многочисленных данных, накопленных Канадской службой земельного учета (Canada Land Inventory), и в получении статистических данных о земле, которые бы использовались при разработке планов землеустройства огромных площадей преимущественно сельскохозяйственного назначения.

Для этих целей требовалось создать классификацию использования земель, используя данные по сельскохозяйственной, рекреационной, экологической, лесохозяйственной пригодности земель, отразить сложившуюся структуру использования земель, включая землепользователей и землевладельцев. Для выполнения этих задач проекта необходимо было обеспечить эффективный ввод исходных картографических и тематических данных. Для этого разработчикам ГИС Канады потребовалось создать новую технологию, ранее нигде не применявшуюся, позволяющую оперироватьотдельными слоями и делать картометрические измерения.

Для ввода крупноформатных земельных планов было даже спроектировано и создано специальное сканирующее устройство. В результате создатели ГИС Канады предложили механизмы создания ГИС и оптимальной работы с большим массивом данных, а именно:

· Использование сканирования для автоматизации процесса ввода геоданных

· Расчленение картографической информации на тематические слои и разработка концептуального решения о "таблицах атрибутивных данных", что позволило разделить файлы плановой (геометрической) геоинформации о местоположении объектов и файлы, содержащие тематическую (содержательную) информацию об этих объектах.

· Функции и алгоритмы оверлейных операций с полигонами, подсчет площадей и других картометрических показателей.

В ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ МОЖНО ВЫДЕЛИТЬ ЧЕТЫРЕ ПЕРИОДА (слайд) сделать ссылки для перехода

Пионерный период поздние 1950е - ранние 1970е гг.	Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы
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
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, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных
Пользовательский период поздние 1980е - настоящее время	Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и "открытость" программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских "клубов", телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры

Так же большое воздействие на развитие ГИС оказала Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа (Harvard Laboratory for Computer Graphics & Spatial Analysis) Массачусетского технологического института. Ее основал в середине 60-х годов Говард Фишер (Howard Fisher) с целью разработки программных средств многофункционального компьютерного картографирования, которые сделали существенные шаги в алгоритмическом совершенствовании ГИС. В настоящее время эти исследования продолжаются.

Программное обеспечение Гарвардской лаборатории широко распространялось и помогло создать базу для развития многих ГИС-приложений. Именно в этой лаборатории Дана Томлин (Dana Tomlin) заложила основы картографической алгебры, создав знаменитое семейство растровых программных средств Map Analysis Package - MAP, PMAP, aMAP. Одним из производных программных продуктов, свободно распространяемых в сети Internet, является OSU-MAP, созданный в Университете штата Огайо выходцами из Гарвардской лаборатории.

Благодаря работам Гарвардской лаборатории в области компьютерного картографирования была окончательно закреплена ведущая роль, которую играют картографические модели данных, картографический метод исследований, картографические способы представления информации в современных геоинформационных системах. Наиболее известными программными продуктами Гарвардской лаборатории являются:

· SYMAP (система многоцелевого картографирования);

· CALFORM (программа вывода картографического изображения на плоттер);

· SYMVU (просмотр перспективных (трехмерных) изображений);

· ODYSSEY (предшественник ARC/INFO).

Период государственных инициативранние 1970е - ранние 1980е гг. который характеризуется развитием крупных геоинформационных проектов поддерживаемых государством, формированием государственных институтов в области ГИС, снижением роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

В конце 60х годов в США сформировалось мнение о необходимости использования ГИС - технологий для обработки и представления данных Национальных Переписей Населения (US Census Data).

Потребовалась методика, обеспечивающая корректную географическую "привязку" данных переписи. Основной проблемой стала необходимость конвертирования адресов проживания населения, присутствовавших в анкетах переписи, в географические координаты таким образом, чтобы результаты переписи можно было бы оформлять в виде карт по территориальным участкам и зонам Национальной переписи.

Для этих целей Национальное Бюро Переписей США (U.S. Census Bureau) разработало комплексный подход к "географии переписей" и 1970 год - год очередной Национальной Переписи США, проводимой раз в десять лет - впервые стал годом "географически локализованной переписи"

Был разработан специальный формат представления картографических данных DIME (Dual Independent Map Encoding), для которого были определены прямоугольные координаты перекрестков, разбивающих улицы всех населенных пунктов США на отдельные сегменты.

Алгоритмы обработки и представления картографических данных были заимствованы у разработчиков ГИС Канады и Гарвардской лаборатории и оформлены в виде программыPOLYVRT, осуществляющей конвертирование адресов проживания в соответствующие координаты, описывающие графические сегменты улиц.

Таким образом, в этой разработке впервые был широко использовантопологический подход к организации управления географической информацией, содержащий математический способ описания пространственных взаимосвязей между объектами

Создание, государственная поддержка и обновление DIME-файлов стимулировали также развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям:

· автоматизированные системы навигации

· системы вывоза городских отходов и мусора

· движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т.д.

Одновременно на основе этой информации была создана серия атласов крупных городов, содержащих результаты Переписи 1970 года, а также большое количество упрощенных компьютерных карт для маркетинга, планирования розничной торговли и т.д.

Пользовательский период (поздние 1980е - настоящее время). Следует отметить в этом периоде, повышенную конкуренцию среди коммерческих производителей геоинформационных технологий и услуг, что дало преимущества пользователям ГИС, доступность и "открытость" программных средств и позволяет использовать даже модифицировать программы. Появляются пользовательские "клубы", телеконференции, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп. Возростает потребность в геоданных и как следствие начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

В этот период пример нового отношения к пользователям показали разработчики и владельцы геоинформационного программного продукта GRASS (Geographic Resources Analysis Support System) для рабочих станций, созданного американскими военными специалистами (Army Corps of Engineers) для задач планирования природопользования и землеустройства. Они открыли GRASS для бесплатного пользования (public-domain), включая снятие авторских прав на исходные тексты программ. В результате, пользователи и программисты могут создавать собственные приложения, интегрирую GRASS с другими программными продуктами.

Примеру Army Corps of Engineers последовал ESRI Inc., открывший в 1994 году для неограниченного бесплатного пользования свой программный продукт ArcView 1 for Windows, который также доступен в сетях Internet.

Насыщение рынка программных средств для ГИС, в особенности, предназначенных для персональных компьютеров (Desktop GIS) резко увеличило область применения ГИС-технологий. Это потребовало существенных наборов цифровых геоданных, а также необходимости формирования системы профессиональной подготовки и обучения специалистов по ГИС.

В наиболее развитых в геоинформационном отношении странах эти проблемы решаются в настоящее время путем формирования государственных национальных и междуниродных инициатив по разработке и созданию Инфраструктур Геопространственных Данных, включающих вопросы ГИС технологии, телекоммуникации, стандартизации данных и профессиональной подготовки.

Так, например, 19 октября l990 года в США, был опубликован Циркуляр А-16, направленный на "максимальное развитие национальных цифровых ресурсов пространственной информации, с привлечением к этой деятельности федеральных, региональных и местных органов управления, а также частного сектора. Эти национальные информационные ресурсы, взаимосвязанные с помощью единых критериев и стандартов, обеспечат распространение и эффективный обмен пространственными данными между производителями и пользователями". Для этих целей был создан Федеральный Комитет Пространственных Данных.

В развитие Циркуляра А-16, 11 Апреля 1994 Президент Клинтон издал Правительственное распоряжение под названием "Координация в области получения и доступа к данным: Национальная Инфраструктура Пространственных данных".

К сожалению, Украина и бывший СССР не участвовали в мировом процессе развития геоинформационных технологий вплоть до середины 1980-х годов, поэтому в Украине не в наличии геоинформационных систем сельскохозяйственного назначения, а так же не хватает специалистов в этом вопросе. И как следствие процесс картографирования не автотатизирован.

Одна из наиболее интересных черт раннего развития ГИС, особенно в шестидесятые годы, заключается в том, что первые инициативные проекты и исследования сами были географически распределены по многим точкам, причем эти работы осуществлялись независимо, часто без упоминания и даже с игнорированием себе подобных.
Возникновение и бурное развитие ГИС было предопределено богатейшим опытом топографического и, особенно, тематического картографирования, успешными попытками автоматизировать картосоставительский процесс, а также революционным достижениями в области компьютерных технологий, информатики и компьютерной графики.

Содержание

Введение 3
1 Развитие ГИС 4
2 Периоды ГИС 8
3 История ГИС в США 13
4 История ГИС в Европе 16
Заключение 18
Список использованных источников 19

Вложенные файлы: 1 файл

итог.docx

Возникновение и бурное развитие ГИС было предопределено богатейшим опытом топографического и, особенно, тематического картографирования, успешными попытками автоматизировать картосоставительский процесс, а также революционным достижениями в области компьютерных технологий, информатики и компьютерной графики.

Особо следует отметить идеи и опыт комплексного тематического картографирования, убедительно продемонстрировавшего эффект системного использования разнохарактерных данных для извлечения новых знаний о географических объектах. Комплексность и интегративность до сих пор остается важнейшим свойством ГИС, привлекающим пользователей.

Интересно, что один из первых удачных опытов использования принципа комплексирования (совмещения и наложения) пространственной данных с помощью согласованного набора карт датируется XVIII веком.

Французский картограф Луи-Александр Бертье использовал прозрачные слои, накладываемые на базовую карту для показа перемещения войск в сражении под Йорктауном.

Совсем кратко историю ГИС можно описать несколькими предложениями. Геоинформационные системы - явление относительно новое, хотя основами подобных систем были география и картография, появившиеся сотни лет назад. Первые географические информационные системы разработаны в 50—60-х годах, первоначально в гражданском секторе. В 70—80-х годах развилась сильная и активная ГИС-индустрия с явным лидерством США. А в 1990 г. были опубликованы первые работы по истории ГИС.

Начало развития ГИС относится к концу 60-х годов, но только в последние 6-7 лет эта технология получила бурное распространение. Основной причиной такого скачка, несомненно, является развитие вычислительной техники.

Колоссальные объемы текстовой и графической информации, модельные расчеты, качественная графика, которыми оперируют ГИС, требуют значительных машинных ресурсов. До недавнего времени ЭВМ, имеющие характеристики, приемлемые для ГИС, стоили очень дорого, и подобную покупку могли позволить себе лишь большие организации, такие, как мэрии крупных городов.

В 1990 году для приобретения небольших ГИС требовалось 500 тыс. USD, более типичные затраты на программное и аппаратное обеспечение составляли 1 млн. USD. Сегодня в связи со значительным снижением цен на вычислительную технику машины с высоким быстродействием стали доступны гораздо большему кругу потенциальных покупателей. Значительно увеличилось также число поставщиков на рынке ГИС, проводится большое количество ГИС-ориентированных конференций, огромная работа ведется членами профессиональных ассоциаций, таких, как URISA и AM/FM International.

Существует несколько причин растущей популярности ГИС. Среди них - развитие некоторых родственных областей, постоянное совершенствование диалога между машиной и пользователем, благодаря которому овладеть работой с ГИС можно путем минимального обучения.

Все расширяющийся круг пользователей; ГИС открыл новые возможности для обмена накопленной информацией. Некоторые системы, например, такие, как ATLAS GIS комплектуются по желанию заказчика готовыми базами данных. Все это приводит к тому, что в настоящее время покупателями ГИС становятся небольшие города и области, отдельные отрасли промышленности, здравоохранение, образование и т. п.

Небольшие учебные и справочно- информационные ГИС хотят иметь вузы, и даже частные лица, чья деятельность связана с управлением. Исследование рынка ГИС, проведенное в 1993 году Denver-based Research Corporation и охватившее 386 респондентов как небольших городов, так я городов с 3,5 миллионным населением показало, что около 40% североамериканских городов и поселков уже закупили ГИС.

Среди тех, кто еще не приобрел ее, 15% намерены совершить покупку в течение ближайших 12 месяцев, еще 45% через 2-3 года.

Современный крупный город в условиях перехода к рыночным отношениям, децентрализации управления, повышения ответственности местных органов власти за конечный результат хозяйственной деятельности и социальный уровень жизни граждан не может нормально функционировать без четко налаженной системы всестороннего учета, анализа и опенки городских территорий.

Зарубежный и отечественный опыт последних 10-15 лет показал, что приоритетными и наиболее жизнедеятельными информационными системами являются ГИС, которые служат информационным базисом для решения следующих задач:

принятие решений управленческого уровня;
научно-обоснованное перспективное и оперативное планирование развития города и его отдельных территорий;
оптимальное проектирование объектов промышленного и гражданского назначения на территории города;
разработка генерального плана города и контроль за его реализацией;
изучение состояния экологических, социально-экономических, природно-ресурсных условий территории и их экономическая оценка;
совершенствование учета и рационального использования городских земель и недвижимости (зданий и сооружений);
получение достоверной информации о местоположении и эксплуатации инженерных сетей городского коммунального хозяйства;
сбор горно-геологических данных, сведений о техногенных процессах и природных запасах недр многоцелевого применения;
проведение налогообложения, взимание платежей за использование природных ресурсов, недвижимости, за загрязнение окружающей среды;
охрана прав пользователей, собственников, других потребителей региональных ресурсов.

Опыт длительной эксплуатации ГИС показал широкое применение накопленной информации в узковедомственных и потребительских сферах - транспорт, ценообразование, туризм, купля-продажа, справочные услуги и пр.

Таким образом, ГИС по назначению и по своим функциям является многоцелевой и ориентирована на обеспечение данными о городской среде широкого круга организаций и граждан.

К потенциальным потребителям геоинформации можно отнести:

городские структуры распорядительной и исполнительной власти;
планирующие органы;
налоговые инспекции;
юридические и правоохранительные органы;
архитектурно-планировочные и земельные службы города;
эксплуатирующие организации (коммуникации, транспорт, здания и сооружения);
научно-исследовательские и проектные институты;
строительные организации;
торговые организации, биржи всех назначений;
инспекции и контрольные органы социально-экономического и технического надзоров;
иностранных партнеров и инвеститоров;
коммерческие образования, предпринимателей, частных лиц.

Создание и функционирование ГИС сопряжено с целым рядом специфических задач организационно- правового, научно-технического, технологического и финансово-экономического характера, решение которых невозможно перенести из существующих методов информационного обеспечения.

Проблема усугубляется еще и тем, что в нашей стране службы управления городом до настоящего времени не занимались созданием кадастров и ГИС и не имеют необходимого опыта работы, а научные организации не обладают достаточным заделом научных разработок, способных обеспечить производство современной научно-методической базой.

Сказывается и слабая обеспеченность вычислительной техникой и программным обеспечением. Однако потери, прямо или косвенно связанные с отсутствием упорядоченной и достоверной информации, о городской территории, уже сегодня превосходят необходимые затраты на создание ГИС.

С дальнейшим развитием рыночных отношений отсутствие такой информации будет приводить к все более ощутимым потерям, а решение таких задач, как регулирование земельных вопросов, градостроительство, определение налоговых ставок, охрана окружающей среды, сделает весьма проблематичным.

О значимости ГИС можно судить по тому вниманию, которое уделяется им в большинстве развитых стран. Во многих из них образованы национальные и региональные организации, в задачи которых входят развитие исследований, связанных с ГИС и автоматизированной картографией, разработка предложений в сфере национального и городского планирования информации, координация программ получения, обработки и распространения этой информации, создание сетей ГИС.

Для этих целей разработана правовая база, производится мощное аппаратное и программное обеспечение, налажена подготовка и переквалификация необходимого класса специалистов. К примеру, в штате Калифорния (США) вопросами ГИС в 1991 году было занято 72 специализированных отдела по планированию, определяющих деятельность множества сторон жизни штата.

Ресурсами информационной системы являются: земля, воздух, вода, движимое и недвижимое имущество, рабочая сила, средства (деньги), материалы, концепции и технологии.

Назначение системы — повышение уровня жизни людей на конкретной территории. Ежегодный оборот таких отделов в 1991 г. достиг 2,5 млрд. USD.

Широко используются ГИС в области кадастра. Кадастр — это упорядоченная совокупность сведений о правовом, природном, хозяйственном и экономическом положениях физических объектов и явлений среды во времени в структурном, организационном, функциональном я информационном аспектах.

В Российской Федерации в составе Федеральной службы геодезии и картографии создан центр ГИС и цифровой картографии (РОСГЕОИНФОРМ) и пять функциональных региональных центров.

Обогащение рынка вычислительной техники, необходимость в управлении географической информацией неизбежно приведет к широкому применению ГИС на территории такой крупной страны как Россия.

В истории развития геоинформационных систем можно выделить четыре периода :

Пионерный период - поздние 1950-е - ранние 1970-е гг.

Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

Период государственных инициатив - ранние 1970-е - ранние 1980-е гг.

Развитие крупных геоинформационных проектов поддерживаемых государством, формирование государственных институтов в области ГИС, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

Период коммерческого развития - ранние 1980-е - настоящее время.

Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

Пользовательский период - поздние 1980-е - настоящее время.

Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и "открытость" программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских "клубов", телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

Пионерный период (поздние 1950-е - ранние 1970-е гг.) развивался на фоне успехов компьютерных технологий: появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах, цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х при одновременном, часто независимом друг от друга, создании программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров, формальных методов пространственного анализа, программных средств управления базами данных.

Большое влияние в этот период оказывают теоретические работы в области георафии и пространственных взаимосвязей, а также становление количественных методов в географии в США, Канаде, Англии, Швеции (работы У.Гаррисона (William Garrison), Т.Хагерстранда (Torsten Hagerstrand), Г.Маккарти (Harold McCarty), Я.Макхарга (Ian McHarg).

Первый безусловный крупный успех становления геоинформатики и ГИС - это разработка и создание Географической Информационной Системы Канады (Canada Geographic Information System, CGIS). Начав свою историю в 60-х годах, эта крупномасштабная ГИС поддерживается и развивается по сей день.

Одна из наиболее интересных черт раннего развития ГИС, особенно в шестидесятые годы, заключается в том, что первые инициативные проекты и исследования сами были ГЕОГРАФИЧЕСКИ РАСПРЕДЕЛЕНЫ по многим точкам, причем эти работы осуществлялись независимо, часто без упоминания и даже с игнорированием себе подобных.

Французский картограф Луи-Александр Бертье (Louis-Alexandre Berthier) использовал прозрачные слои, накладываемые на базовую карту для показа перемещения войск в сражении под Йорктауном (Yorktown)

В истории развития геоинформационных систем можно выделить четыре периода :

1.Пионерный период - поздние 1950-е - ранние 1970-е гг.

Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы

2 . Период государственных инициатив - ранние 1970-е - ранние 1980-е гг.

3 . Период коммерческого развития - ранние 1980-е - настоящее время

4 . Пользовательский период - поздние 1980-е - настоящее время

Пионерный период - Поздние 1950-е - ранние 1970-е гг.

Первый период развивался на фоне успехов компьютерных технологий: появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах, цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х при одновременном, часто независимом друг от друга, создании программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров, формальных методов пространственного анализа, программных средств управления базами данных.

Большое влияние в этот период оказывают теоретические работы в области георафии и пространственных взаимосвязей, а также становление количественных методов в географии в США, Канаде, Англии, Швеции (работы У.Гаррисона (William Garrison), Т.Хагерстранда (Torsten Hagerstrand), Г.Маккарти (Harold McCarty), Я.Макхарга (Ian McHarg).

"Отцом" ГИС Канады считается Роджер Томлинсон (Roger Tomlinson), под руководством которого были разработаны и реализованы многие концептуальные и технологические решения.

Назначение ГИС Канады состояло в анализе многочисленных данных, накопленных Канадской службой земельного учета (Canada Land Inventory), и в пеолучении статистических даных о земле, которые бы использовались при разработке планов землеустройства огромных площадей преимущественно сельскохозяйственного назначения.

Наиболее узким местом проекта являлось обеспечение эффективного ввода исходных картографических и тематических данных. Для этого разработчикам ГИС Канады, не имевшим опыта по внутренней организации больших массивов пространственных данных, потребовалось создать новую технологию, ранее нигде не применявшуюся, позволяющую оперировать отдельными слоями и делать картометрические измерения.

Для ввода крупноформатных земельных планов было даже спроектировано и создано специальное сканирующее устройство.

Что же принципиально нового внесли создатели ГИС Канады в становление и развитие ГИС-технологий?

- Использование сканирования для автоматизации процесса ввода геоданных

- Расчленение картографической информации на тематические слои и разработка концептуального решения о "таблицах атрибутивных данных", что позволило разделить файлы плановой (геометрической) геоинформации о местоположении объектов и файлы, содержащие тематическую (содержательную) информацию об этих объектах.

- Функции и алгоритмы оверлейных операций с полигонами, подсчет площадей и других картометрических показателей

и многое другое.

Большое воздействие на развитие ГИС оказала Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа ( Harvard Laboratory for Computer Graphics & Spatial Analysis) Массачусетского технологического института. Ее основал в середине 60-х годов Говард Фишер (Howard Fisher) с целью разработки программных средств многофункционального компьютерного картографирования, которые стали существенным шагом в алгоритмическом совершенствовании ГИС и оставались ими вплоть до начала 80-х годов. В настоящее время эти исследования продолжаются в более меньших масштабах.

Одним из производных программных продуктов, свободно распространяемых в сети Internet, является OSU-MAP, созданный в Университете штата Огайо выходцами из Гарвардской лаборатории.

Наиболее известными программными продуктами Гарвардской лаборатории являются:

SYMAP (система многоцелевого картографирования)

CALFORM (программа вывода картографического изображения на плоттер)

SYMVU (просмотр перспективных (трехмерных) изображений)

ODYSSEY (предшественник знаменитого ARC/INFO)

Период государственных инициатив - ранние 1970е - ранние 1980е гг.

Был разработан специальный формат представления картографических данных DIME (Dual Independent Map Encoding), для которого былиопределены прямоугольные координаты перекрестков, разбивающих улицы всех населенных пунктов США на отдельные сегменты.

Алгоритмы обработки и представления картографических данных были заимствованы у разработчиков ГИС Канады и Гарвардской лаборатории и оформлены в виде программы POLYVRT, осуществляющей конвертирование адресов проживания в соответствующие координаты, описывающие графические сегменты улиц.

Таким образом, в этой разработке ВПЕРВЫЕ был широко использован ТОПОЛОГИЧЕСКИЙ подход к организации управления географической информацией, содержащий математический способ описания пространственных взаимосвязей между объектами

- автоматизированные системы навигации

- системы вывоза городских отходов и мусора

- движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т.д.

Пользовательский период - поздние 1980е - настоящее время

Они открыли GRASS для бесплатного пользования (public-domain), включая снятие авторских прав на исходные тексты программ. В результате, пользователи и программисты могут создавать собственные приложения, интегрирую GRASS с другими программными продуктами.

В настоящее время GRASS Version 4.1, созданная в 1993 году, включая исходные тексты программ, системную и справочную документацию, учебное пособие для пользователей, ряд наборов данных в качестве примеров, открыто распространяется в сетях Internet. Примеру Army Corps of Engineers последовал ESRI,Inc., открывший в 1994 году для неограниченного бесплатного пользования свой программный продукт ArcView 1 for Windows, который также доступен в сетях Internet.

Это потребовало существенных наборов цифровых геоданных, а также необходимости формирования системы профессиональной подготовки и обучения специалистов по ГИС.

В наиболее развитых в геоинформационном отношении странах эти проблемы решаются в настоящее время путем формирования государственных национальных и междуниродных инициатив по разработке и созданию т.н. Инфраструктур Геопространственных Данных, включающих вопросы ГИС технологии, телекоммуникации, стандартизации данных и профессиональной подготовки.

К сожалению, Россия и бывший СССР не участвовали в мировом процессе развития геоинформационных технологий вплоть до середины 1980-х годов. Тем не менее, наша страна имеет свой опыт развития геоинформационных систем и технологий

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.)

Читайте также: