Анализ информации в гис кратко

Обновлено: 05.07.2024

Любая современная ГИС содержит в себе набор средств для анализа пространственно-атрибутивной информации являются. Используя аналитические функции ГИС можно получить ответы на такие вопросы, как:

-Где расположен объект А?

-Каково расположение объекта А по отношению к объекту В?

-Какое количество объектов А располагается в пределах расстояния D от объекта B?

-Какое значение имеет функция Z в точке X?

-Каковы размеры объекта B?

-Что получится в результате пересечения объектов A и B?

-Какой маршрут от объекта X до объекта Y будет оптимальным?

-Какие объекты расположены внутри объектов X1, X2, . Xn?

-Сильно ли изменится пространственное распределение объектов после изменения существующей классификации?

-Что произойдет с объектом А, если изменить объект В и его местоположение относительно А?

Запросы в ГИС можно задавать как простым кликом мышью на объекте, так и с помощью развитых аналитических средств. В группе со средствами стандартного языка структурированных запросов SQL (Structured Query Language) аналитические возможности ГИС дают пользователю мощные и настраиваемые инструменты для обработки и управления информацией.

Выделим основные функции ГИС, связанные с анализом пространственно-атрибутивной информации.

Возможности непространственного (атрибутивного) анализа:

-запрос по атрибутам и их отображение; - поиск цифровых карт и их визуализация; - классифицирование непространственных данных; - картографические измерения (расстояние, направление, площадь); - статистические функции.

Возможности пространственного анализа:

-“оверлейные” операции; - анализ близости;

-сетевой анализ; - поиск объектов;

-анализ видимости-невидимости; - прогнозирование;

-картометрические функции; - интерполяция;

-зонирование; - создание контуров;

-декомпозиция и объединение объектов; -буферизация; - переклассификация.

Аналитические методики картографических данных в ГИС мало чем отличаются от методик анализа информации на традиционных картах. Измерение количественных параметров объектов и их математическая обработка являются общепринятыми. Однако расчеты проводятся настолько быстро, что это позволяет за малые интервалы времени проверять огромное число предположений и гипотез и подбирать наиболее подходящие из них.

Пространственное расположение объектов исследуется при помощи операций анализа размещения, связей и других геопространственных взаимоотношений объектов и их атрибутов. К таким операциям можно отнести буферизацию, анализ близости, оверлейный и сетевой анализ, районирование и др. Комбинируя перечисленные операции можно решать достаточно сложные пространственные задачи.

Буферизация

Буферная зона (buffer zone, buffer, corridor) – представляет из себя полигональный слой, образованный путем расчета и построения эквидистант, или эквидистантных линий (equidistant line), равноудаленных относительно множества точечных, линейных или полигональных пространственных объектов. Операция “буферизации” (buffering) применяется, например, для целей выделения трехкилометровой пограничной зоны, 20-метровой полосы отчуждения железнодорожной линии и т.п. Буферная зона полигонального объекта может строиться как вовне, так и внутри полигона. В случае если расстоянию между объектами и эквидистантами ставятся в соответствие значения одного из его атрибутов, говорят о “буферизации со взвешиванием” (weighed buffering).

В современных ГИС буферные зоны создаются автоматически, причем построить их можно вокруг объектов любых типов. Говоря проще, буферные зоны – это могут быть эпидемиологические зоны, зоны техногенных катастроф (розлив нефти, авария на атомной станции), зоны дальнодействия различных радиотехнических устройств и систем и т.д.

Представьте, что у вас есть задача создать область, охватывающую объекты, находящиеся в пределах 500 метров по обе стороны от реки. Процесс создания такой области называется созданием буферной зоны. Сама такая зона называется буфером. Вид буфера определяется его радиусом. Радиусом буфера в нашем случае является величина 500 метров.

Чтобы создать буфер, нужно задать радиус буфера, либо в виде константы, либо в виде колонки таблицы, либо в виде выражения. Затем нужно указать гладкость (число сегментов для буферной окружности). Радиус буфера определяет его размеры. Скажем, чтобы буфер охватывал все объекты, расположенные в пределах 10 километров по обе стороны шоссе, следует задать радиус буфера 10 километров. Если в качестве радиуса используется выражение или данные из некоторой колонки таблицы, то ГИС будет вычислять радиус. Радиус можно задать как постоянную величину (константу), а также использовать значения из некоторой колонки таблицы в качестве значений радиуса. Например, чтобы создать вокруг городов буферные зоны, которые отражали бы численность их населения, можно выбирать значения радиуса буфера из колонки “Население”. Более того, радиус буфера можно задавать в виде выражения. Допустим, нужно создать буферы вокруг городов, отражающие плотность населения. Но в таблице нет колонки, которая содержала бы значение плотности населения. В таком случае надо задать радиус буфера выражением, в котором будет вычисляться плотность населения на основании данных численности населения и площади городов.

Число сегментов для буферной окружности определяет степень скругления (гладкость). Чем больше сегментов используется для прорисовки буферной окружности, тем больше уровень гладкости буферов. Вместе с тем надо помнить, что большая гладкость требует и большего времени на создание буфера. Стандартное значение гладкости – 12 сегментов для полной окружности.

Можно создавать единый буфер вокруг всех выбранных объектов или отдельные буферы вокруг каждого объекта. Осуществить буферизацию для нескольких объектов сразу можно двумя способами. Во-первых, можно создать единый буфер вокруг всех этих объектов. В этом случае следует помнить, что ГИС считает полученный буфер единым объектом типа многоугольник. Если выбрать один из буферных многоугольников, будут выбраны и все остальные. Другим способом является создание отдельных буферов для каждого из объектов.

Пространственный анализ – это произведение вычислительных операций над геоданными с целью извлечения из них дополнительной информации. Обычно пространственный анализ выполняется в ГИС-приложениях. ГИС-приложения имеют специализированные инструменты пространственного анализа для статистики объектов (например, определяет, из скольких вершин состоит полилиния) или для геообработки (например, интерполяция). Используемые инструменты зависят от области применения. Специалисты, занятые в сфере водопользования и гидрологии, больше заинтересованы в анализе рельефа с целью моделирования водного стока. Экологи используют аналитические функции, помогающие выявить взаимоотношения между территориями дикой природы и освоенными областями. Каждый пользователь сам определяет используемые инструменты в зависимости от того, какие проблемы ему нужно решить.

Подробнее о пространственной интерполяции:

Рисунок 87: Карта температур ЮАР, созданная методом интерполяции на основе данных с метеостанций.

Использование известных значений той или иной величины в определенных точках для оценки неизвестных значений в неизвестных точках называется пространственной интерполяцией. Например, создавая карту температур какой-либо страны, Вы не найдете достаточно метеостанций, равномерно распределенных по ее территории. Пространственная интерполяция помогает оценить температуры на всей территории, используя существующие данные, взятые с метеостанций (см. Рисунок 87). Результат такой интерполяции часто называют статистической поверхностью. Модели рельефа, карты осадков и накопления снега, а также карты плотности населения – вот некоторые примеры результатов пространственной интерполяции.

Из-за высокой стоимости и ограниченности времени и ресурсов сбор данных обычно производится на ограниченном количестве точек. В ГИС, интерполяция полученных значений позволяет построить растровое изображение, значения пикселей которого являются оценочными значениями, полученными на основе данных точек.

Например, чтобы создать цифровую модель рельефа на основе высотных данных, собранных с помощью GPS-устройства в определенных точках, выбирается метод интерполяции, подходящий для оптимальной оценки высоты в тех точках, где данные отсутствуют. Полученная модель может быть использована для проведения анализа или как основание для другой модели.

IDW – Обратное Взвешенное Расстояние

Метод интерполяции IDW заключается в том, что происходит взвешивание точек таким образом, что влияние известного значения точки затухает с увеличением расстояния до неизвестной точки, значение которой надо определить (см. Рисунок 88).

Рисунок 88: Метод интерполяции IDW, основанный на взвешенном расстоянии от точек сбора данных (слева). Итоговая поверхность рельефа создана методом IDW-интерполяции на основе точечного слоя с атрибутом высоты над уровнем моря. Источник изображения: Mitas, L., Mitasova, H. (1999)

Взвешивание присваивается точкам сбора данных на основе коэффициента взвешивания, который контролирует, как воздействие точки будет уменьшаться с увеличением расстояния до этой точки. Чем выше коэффициент взвешивания, тем меньше будет эффект, оказываемый точкой, если она будет далеко от неизвестной точки, значение которой определяется в ходе интерполяции. По мере возрастания коэффициента значение неизвестной точки будет приближаться к значению ближайшей точки сбора данных.

Важно отметить, что метод интерполяции IDW также имеет некоторые недостатки. Качество результата может снизиться, если распределение точек сбора данных носит неравномерный характер. Кроме этого, максимальные и минимальные значения интерполированной поверхности могут быть зафиксированы только в точках сбора данных. Это часто приводит к небольшим пикам и углублениям вокруг этих точек, как можно видеть на Рисунке 88.

В ГИС, результат интерполяции показан как двумерный растровый слой. На Рисунке 89 Вы можете видеть типичный результат IDW-интерполяции, основанной на точках высот, собранных на местности с помощью GPS-устройства.

Рисунок 89: Результат IDW-интерполяции на основе случайно распределенных
точек сбора данных о высотах (показаны черными крестиками).

TIN – Нерегулярная Триангуляционная Сеть

Интерполяция методом TIN – еще один инструмент, популярный в среде ГИС. Распространенный алгоритм TIN называется триангуляцией Делоне. Он создает поверхность, состоящую из треугольников, формируемых ближайшими точками. Для этого вокруг точек сбора данных проводятся окружности, и их пересечения соединяются в сеть компактных треугольников, примыкающих друг другу без пересечений и разрывов (см. Рисунок 90).

Рисунок 90: Триангуляция Делоне с окружностями, проведенными вокруг точек сбора данных (красные точки).
Итоговая поверхность рельефа создана методом TIN-интерполяции на основе точечного слоя с атрибутом
высоты над уровнем моря. Источник изображения: Mitas, L., Mitasova, H. (1999)

Главный недостаток метода TIN в том, что итоговая поверхность выглядит не гладкой, а весьма угловатой. Это вызвано тем, что получаемые уклоны носят прерывистый характер, т.е. имеют перепады в местах стыковки составляющих треугольников. Кроме того, триангуляция работает только между точками сбора данных, но не вокруг, и нерегулярность точек ведет к неожиданным результатам (см. Рисунок 91).

Рисунок 91: Триангуляция Делоне на основе нерегулярных точек сбора данных об осадках.

О чем стоит помнить:

Важно помнить, что не существует такого метода интерполяции, который подходил бы ко всем ситуациям. Некоторые обеспечивают более точный результат, но требовательны к вычислительным ресурсам компьютера и исполняются дольше. У всех есть достоинства и недостатки. Выбор определенного метода интерполяции зависит от особенностей входных данных, требуемого типа итоговой поверхности и уровня допустимых ошибок оценки величин. В целом, рекомендуется производить три этапа оценки:

Оценить входные данные с точки зрения пространственного распределения точек и подумать о том, какой характер носит распределение моделируемой величины (плавный, сконцентрированный вокруг точек и др.). Это поможет определить подходящий метод интерполяции.
Рассмотреть задачу и найти метод, который подходит наилучшим образом. Если есть сомнения, можно попробовать несколько методов.
Сравнить результаты и выбрать лучший результат, а следовательно – самый подходящий метод.

Поначалу этот процесс будет выглядеть сложным, но по мере приобретения опыта работы с разными методами интерполяции время, необходимое для генерации подходящей поверхности, сильно сократится.

Другие методы интерполяции

Хотя в данном разделе мы остановились на методах IDW и TIN, существует множество других методов интерполяции, например RST (англ. Regularized Splines with Tension, рус. Регуляризированный Сплайн с Натяжением), Кригинг (англ. Kriging) или трендовая интерполяция (англ. Trend Surface Interpolation). Дополнительная информация о них приведена по ссылке ниже.

Что мы узнали?

Закрепим изученный материал:

Интерполяция использует векторные точки с известными значениями той или иной величины для оценки этой величины в неизвестных точках и создает растровую поверхность, покрывающую всю область исследования.
Результат интерполяции – растровый слой того или иного формата.
Для оптимальной оценки величины важно выбрать подходящий метод интерполяции.
IDW-интерполяция присваивает входным точкам коэффициенты взвешивания так, что воздействие точек затухает с увеличением расстояния до новой точки, где производится оценка значения величины.
TIN-интерполяция использует входные точки для создания поверхности, состоящей из прилегающих друг к другу треугольников, основываясь на пространственном распределении этих точек.

Попробуйте сами!

Ниже приведено несколько примеров практических заданий для Ваших учеников:

Департамент Сельского Хозяйства планирует перевод земель в с/х использование, но помимо типа почв для этого нужно знать, достаточно ли осадков выпадает в данной области. Вся информация, которой они располагают, - это данные с нескольких метеостанций. Создайте поверхность интерполяции, которая показывает участки с наибольшим количеством осадков на территории.
Департамент туризма хочет опубликовать информацию о погодных условиях в январе и феврале. У них есть данные метеостанций о температуре, осадках и силе ветра, и они попросили Вас найти территории с оптимальными условиями для туристов, а именно – мягкими температурами, отсутствием осадков и слабыми ветрами. Можете ли Вы найти эти территории, используя инструменты ГИС?

Если у Вас нет компьютера:

Вы можете использовать лист топографической карты и линейку для оценки высот между горизонталями или температуры между гипотетическими метеостанциями. Например, если температура на станции А равна 20°С, а температура на станции В равна 24°С, то в точке, лежащей ровно посередине между этими станциями, температура примет значение в 22°С.

Дополнительные материалы:

Chang, Kang-Tsung (2006): Introduction to Geographic Information Systems. 3rd Edition. McGraw Hill. (ISBN 0070658986)
DeMers, Michael N. (2005): Fundamentals of Geographic Information Systems. 3rd Edition. Wiley. (ISBN 9814126195)
Mitas, L., Mitasova, H. (1999): Spatial Interpolation. In: P.Longley, M.F. Goodchild, D.J. Maguire, D.W.Rhind (Eds.), Geographical Information Systems: Principles, Techniques, Management and Applications, Wiley.

Руководство Пользователя QGIS также содержит более подробную информацию об инструментах интерполяции, имеющихся в ГИС-приложении QGIS.

Это последний раздел. Вы можете воспользоваться Руководством Пользователя QGIS для поиска более подробной информации о всех остальных возможностях ГИС-приложений. Мы желаем Вам успехов в освоении Quantum GIS!

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.

Геоинформационные системы в наши дни помогают решать ряд важных задач — от определения оптимального маршрута и до анализа проблем экологии и перенаселения. РБК Тренды объясняют, что это за технологии, как они работают и где используются.

Содержание

Что такое геоинформационные системы

Геоинформационные системы (ГИС, географическая информационная система) — это компьютерные технологии, которые применяют для создания карт и оценки фактически существующих объектов, а также происшествий. Такие системы собирают, хранят и анализируют информацию, а также обеспечивают ее графическую интерпретацию. Подобные инструменты позволяют пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также находить дополнительную информацию об объектах на них.

ГИС начали разрабатывать в 1960-х годах, когда появились компьютеры и пространственный анализ с визуализацией. Первой ГИС считается Канадская географическая информационная система, которая позволила стране запустить программу управления землепользованием. В 1970-е начали появляться ГИС, которые обеспечивали навигацию, вывоз городских отходов и мусора, движение транспорта в чрезвычайных ситуациях. В 1980-е годы ГИС начали применять в коммерческих сферах, так как их стали объединять с базами данных компаний. В настоящее время доступность программных средств позволяет модифицировать эти системы под самые разные задачи.

С помощью ГИС можно сравнивать и противопоставлять много разных типов информации. Система может включать данные о людях, такую как численность населения, доход или уровень образования. Она может также объединять информацию о ландшафте, например о местонахождении ручьев, различных видах растительности и почвах. ГИС может включать данные о местонахождении заводов, ферм и школ, ливневых канализаций, дорог и линий электропередач.

Данные в системах ГИС обычно отображаются на карте. Технология позволяет пользователям искать разные виды данных в определенной географической области. Например, ГИС-карта одного города или района может содержать такую информацию, как средний доход, уровень продаж книг или итоги голосования. Любой слой данных можно как добавить, так и удалить, что делает обновление таких карт гораздо проще. Человек может указать место или объект на цифровой карте, чтобы найти информацию о нем. Например, пользователь может щелкнуть на значок школы, чтобы узнать, сколько учеников в ней занимается.

Существуют также ГИС-модели. С их помощью исследователи отслеживают изменения с течением времени. Так, они могут использовать спутниковые данные для изучения наступления и отступления льда в полярных регионах, а также оценивать, как объем этого покрова изменился с течением времени. ГИС-модели позволяют создать покадровые снимки, которые показывают процессы, происходящие на больших площадях и в течение длительных периодов времени. Например, визуализация данных о течениях в океане помогает ученым лучше понять, как тепло перемещается по земному шару. ГИС-системы часто используются для создания трехмерных изображений. Это полезно, например, для геологов, изучающих сейсмические разломы.

Виды ГИС

Географические информационные системы классифицируют по-разному в зависимости от масштабности и функционала, а также других признаков.

По территориальному охвату ГИС бывают:

глобальными;
субконтинентальными;
национальными;
региональными;
субрегиональными;
локальными или местными.

По уровню управления:

федеральными;
региональными;
муниципальными;
корпоративными.

полнофункциональными;
для просмотра данных;
для ввода и обработки данных;
специализированными с дополнительными функциями.

По предметной области:

картографическими;
геологическими;
городскими или муниципальными;
природоохранными,
туристическими.

Если в ГИС присутствуют возможности цифровой обработки изображений, то такие системы называются интегрированными ГИС (ИГИС). Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС обеспечивают графическое или картографическое воспроизведение данных в любом масштабе с наибольшим разрешением. Пространственно-временные ГИС работают с данными во времени.

Назначение ГИС

В наши дни географические информационные системы применяются широко.

Окружающая среда

Военная сфера

Сельское хозяйство

Фермеры используют ГИС для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Данные поступают из различных источников: метеорологических станций, наземных датчиков, образцов почвы, спутников и беспилотников. В СПбГУ в 2021 году разработали геоинформационную систему для виноделов. Она позволяет оценить пригодность планируемых под посадки земель и соотнести ее с сортами винограда.

Лесное хозяйство

Бизнес

Общественная безопасность

ГИС позволяют организовать охрану объектов, координировать оборону, реагировать на природные катастрофы, координировать действия правоохранительных органов, органов национальной безопасности и экстренных служб. В 2020 году Google разработала сервис по оповещению о землетрясениях Earthquake Alerts System. Она, по сути, превращает обычный смартфон на Android в мини-сейсмометр. Google получает данные с 700 сейсмометров и заранее предупреждает пользователей о толчках.

Здравоохранение

ГИС помогают выявить проблемы с медобслуживанием в конкретном регионе, а также спрогнозировать распространение эпидемий.

Промышленность

Федеральная и местная власть

Страхование и недвижимость

Программы для ГИС

ГИС-приложения включают в себя как аппаратную, так и программную составляющие. Они объединяют различные типы информации, среди которых:

картографические данные — представлены в виде карты и могут включать такую информацию, как расположение рек, дорог, жилых и нежилых строений;
аэрофотоснимки и обычные фотографии и видео;
данные со спутников;
данные дистанционного зондирования (обычно с применением воздушных шаров и дронов);
таблицы — могут варьироваться от возраста, дохода и этнической принадлежности людей и до недавних покупок и их предпочтений в Интернете,
глобальные системы позиционирования (GPS);
данные из Интернета;
документы, включая архивные таблицы и каталоги координат;
данные из других ГИС.

Технология ГИС позволяет накладывать все типы информации, независимо от их источника или исходного формата, поверх друг друга на одной карте. ГИС использует местоположение в качестве ключевой переменной, чтобы связать эти, казалось бы, несвязанные данные.

Ввод информации в ГИС называется сбором данных. Информацию, которая уже находится в цифровой форме, можно просто загрузить в систему. Однако сначала карту необходимо отсканировать или преобразовать в цифровой формат.

Географические информационные системы включают три компонента:

Данные: ГИС хранит данные о местоположении в виде слоев информации по разным темам. Каждый набор данных имеет таблицу атрибутов, в которой хранится информация об объекте. Два основных типа формата файлов ГИС — растровый и векторный. Растровый представляет собой сетки из ячеек или пикселей. Он полезен для хранения различных ГИС-данных. Векторный формат выглядит как многоугольник, в котором используются точки (называемые узлами) и линии. Векторные файлы нужны для хранения данных ГИС с четкими границами, такими как городские округа или улицы. В итоге технология позволяет отображать пространственные и линейные зависимости. Пространственные показывают топографию местности (поля, ручьи), а линейные представлены дорогами или коммунальными сетями.
Аппаратный компонент, который запускает программное обеспечение ГИС. Это может быть что угодно: мощные серверы, мобильные телефоны или персональные рабочие станции. Как правило, в работе с ГИС нужны два монитора, дополнительное хранилище данных и графические карты высокой четкости.
Программное обеспечение. Оно специализируется на пространственном анализе с использованием математики в картах. Такое ПО сочетает в себе географию с современными технологиями для измерения, количественной оценки и анализа. Самыми популярными программами считаются ArcGIS и QGIS.

ГИС-карты возраста жилой застройки в сельских районах США. По часовой стрелке от верхнего левого угла они отображают период до 1860 года, 1860-1879 гг., 1880-е, 1890-е, 1900-е, 1910-е, 1920-е и 1930-е годы. Карты созданы в QGIS (Фото: Christopher Riley / Flickr)

В ГИС информация со всех различных карт и источников должна соответствовать одному масштабу — соотношению между расстоянием на карте и фактическим расстоянием на Земле. При этом разные карты имеют разные проекции. Чтобы перенести изогнутую трехмерную форму на плоскую поверхность, неизбежно требуется растяжение одних частей и сжатие других. Так, на карте мира могут быть показаны либо страны правильного размера, либо их правильные формы, но нельзя отобразить эту информацию одновременно. ГИС берет данные с разных карт мира и объединяет ее, чтобы отобразить в одной общей проекции.

Примеры программ

Mapinfo. С помощью этой программы можно создавать тематические карты, а также строить 3D-ландшафты. Mapinfo включает инструмент оцифровки материала и его обмена с другими организациями. Рабочее окно можно сохранять в разных форматах: bmp, tif, jpg и wmf.

DataGraf. Данный инструмент предназначен для пространственной визуализации и моделирования ситуаций. Программа позволяет создавать векторные карты, привязывать к каждому их элементу неограниченное число данных, копировать эти данные в другой файл и вручную изменять характеристики объектов и их местоположения.

NextGIS. Бесплатный облачный продукт от российских разработчиков. С помощью него можно создавать веб-карты с произвольными настройками и стилями слоев, а также рассматривать и анализировать эти карты. Также можно встраивать карты в веб-сайты.

Работа в ГИС

Геоинформатика считается уже сложившейся отраслью, в которой работают крупные компании с миллиардными оборотами по всему миру, в том числе Яндекс и Google. Как правило, в наши дни во всех крупных компаниях, связанных с пространственной информацией, есть картографический и ГИС-отделы. В отрасли, помимо специалистов, востребованы сотрудники для базовых задач по сбору данных и оцифровке. На такие позиции часто берут студентов-практикантов.

Специалисты по ГИС-технологиям работают в разных направлениях. Выделяют несколько основных специальностей:

Картографы. Эти специалисты создают цифровые карты.
Менеджеры баз данных. Они хранят и извлекают информацию из структурированных наборов в пространственные базы данных.
Программисты. Они пишут код и автоматизируют процессы в ГИС. В таких системах обычно используют языки программирования Python, SQL, C ++, Visual Basic и JavaScript.
Специалисты по дистанционному зондированию. Они используют программное обеспечение для аэрофотосъемки, спутниковой съемки и дистанционного зондирования.
Пространственные аналитики. Они обрабатывают, извлекают данные, определяют местоположения и анализируют геоданные.
Землеустроители — специалисты по топографической съемке, измерениям и межеванию земельных угодий.

За рубежом средняя зарплата в ГИС составляет от $40 000 до $100 000 в год. Картографы обычно зарабатывают меньше всего, а самые большие заработки — у старших инженеров-программистов.

В России зарплаты специалистов сферы ГИС также варьируются. Картограф может претендовать на зарплату от ₽80 тыс., тогда как ведущие разработчики зарабатывают от ₽200 тыс. По направлениям, связанным с ГИС, специалистов обучают все ведущие и региональные российские вузы, в том числе Московский государственный университет геодезии и картографии, МИРЭА — Российский технологический университет, НИУ ВШЭ, Государственный университет по землеустройству и другие. Кроме того, в интернете есть онлайн-курсы по этому направлению.

Читайте также: