Основы геоинформационных систем, актуальность использования современных ГИС

Аннотация
В статье дано определение ГИС, сферы применения и круг задач, которые могут быть решены посредством ГИС, перечислены аппаратные средства ГИС и перспективы развития.
Географическая информационная система (ГИС, geographical information system, GIS) представляет собой информационную систему, обеспечивающую сбор, обработку и хранение, а также доступ, визуализацию и распространение пространственно-координированных данных. В форме цифровых представлений ГИС содержит данные о пространственных объектах. ГИС поддерживается программным, аппаратным, нормативно-правовым, информационным, организационным и кадровым обеспечением. С точки зрения теории информационных систем ГИС выделяется в класс информационных систем, позволяющих работать с пространственными данными. [1]
Актуальность использования современных ГИС обусловлена их широким применением для целей управления, исследовательских целей, в том числе для обработки измерений, моделирования, мониторинга, а также визуализации, так как посредством ГИС осуществляется комплексная обработка информации – от ее сбора до хранения, обновления и представления. Применение ГИС достаточно обширно: результатом развития знаний по геоинформатике и универсальности ГИС, является их активное использование на транспорте, в геологии, географии, геохимии, геофизике, навигации, военном деле, экономике, экологии, топографии, территориальном управлении, архитектуре и градостроительстве, биологии.
Информация в ГИС хранится в базе данных (MySQL, Oracle), которая характеризуется широким набором данных, некоторые данные снабжены координатами, могут служить основой для выделения пространственных объектов. Это определяет большую наглядность выходных данных ГИС по сравнению с обычными географическими картами. Технологии вывода данных позволяют оперативно получать визуальное представление картографической информации с различными нагрузками, переходить от одного масштаба к другому, получать атрибутивные данные в форме таблиц или графиков. Общая схема функционирования ГИС представлена на рис. 1 [2]. В разных системах отдельные блоки реализованы по-разному и ограничиваются различными наборами функций.
На современном рынке существует большое число ГИС различного назначения с различными функциями, возможностями, эксплуатируемых как на персональных компьютерах, так и на серверах c операционными системами Windows и Linux, современные ГИС также допускают подключения с возможностью облачных вычислений. Выбор аппаратного обеспечения ГИС должно осуществляется по результатам анализа предполагаемых объемов, хранящихся данных, типов решаемых задач и требуемой скорости обработки и визуализации данных. Для стабильной работы ГИС все аппаратные компоненты компьютера: материнская плата, жесткий диск, процессор, видеокарта должны иметь достаточную емкость.
Выходные данные в ГИС представлены в двух форматах: печатном и электронном. Электронный вид доступен для просмотра на мониторе компьютера и пересылки данных в электронном виде. Вывод данных на печать занимает больше времени и требует наличия специализированного дорогостоящего оборудования

. Принтеры и плоттеры предназначены для вывода информации из ГИС на бумагу. В зависимости от способа печати различаются матричные, струйные и лазерные принтеры. Плоттер (или графопостроитель) представляет собой устройство, которое позволяет получать выводимые из компьютера данные в виде технических чертежей, карт или схем, различных графиков, а также большеформатных рисунков и плакатов, выполненных на бумаге.
Ввод данных в ГИС может осуществляться полностью вручную с клавиатуры указанием пространственных координат, так и частично вручную с помощью дигитайзера - это устройство планшетного типа, предназначенное для ввода информации в цифровой форме. Дигитайзер состоит из электронного планшета и курсора. Дигитайзер имеет собственную систему координат и при передвижении курсора по планшету координаты перекрестья его нитей (визира) передаются в компьютер [3]. Ручная оцифровка с помощью дигитайзера представляет собой достаточно долгий и трудоемкий процесс, невнимательность на этапе ввода и обработки данных может привести к различным ошибкам оцифровки. Существуют сканирующие устройства для автоматического сбора пространственных данных и создания карты в цифровом формате. Сканирование является гораздо более быстрым способом ввода данных в ГИС. Сканеры используют электронный детектор для кодирования данных в ГИС. Помимо сбора данных самостоятельно следует обратить внимание на наличие государственных и частных источников для сбора данных ГИС. В настоящее время многие организации готовят и продают наборы данных ГИС. Такие данные можно получить бесплатно либо на платной основе и передавать файлы непосредственно в ГИС после внесения корректировок в соответствии с текущим приложением. В России на данный момент утвержден формат цифровой картографической информации F1M как единый формат обмена пространственно-координированными данными [4]. В формате F1M (и в более ранней версии F1) накоплен большой банк данных цифровых карт территории Российской Федерации [5]. Помимо этого, спутниковые снимки, полученные из космоса, и цифровые аэрофотоснимки также совместимы с ГИС и могут быть достаточно быстро обработаны. Выбор конкретного метода ввода данных и уровень их детализации существенно влияет на показатель рентабельности затрат и зависит от нескольких факторов: в каком виде собраны исходные данные, с какой точностью требуется их представить, а также от наличия ресурсов и запасов времени, стоимости проекта и т. д.
При выборе ГИС необходимо обращать внимание на требования, предъявляемые к программному обеспечению, а также к аппаратному обеспечению, которое должно учитывать функциональные возможности ГИС. Спецификация аппаратных средств ГИС должна быть проработана детально, чтобы до внедрения и запуска ГИС в работу был заранее известен размер затрат. При выборе между покупкой готовой системы ГИС и созданием системы с нуля под нужды определенной организации, разработка ГИС, а также ручной либо автоматический ввод данных в ГИС с использованием дигитайзеров и сканеров рекомендуется в случаях, когда на рынке не существует готовых типовых решений и не существует подходящей готовой картографической информации по данному объекту