Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Оперативне картографування. 13.6. Картографічні анімації
|
|
13.6. Картографічні анімації
13.7. Віртуальне картографування
13.8. Електронні атласи
13.1. Географічні інформаційні системи
В науках про Землю на базі інформаційних технологій створені географічні інформаційні системи (ГІС) - особливі апаратно-програмні комплекси, які забезпечують збір, обробку, відображення і поширення просторово-координованих даних. Одна з основних функцій ГІС - створення і використання комп'ютерних (електронних) карт, атласів і інших картографічних творів.
Перші ГІС були створені в Канаді, США і Швеції для вивчення природних ресурсів у середині 1960-х років, а зараз у промислово розвинених країнах існують тисячі ГІС, які використовуються в економіці, політиці, екології, управлінні і охороні природних ресурсів, кадастрі, науці, освіті і т.д. Вони інтегрують картографічну інформацію, дані дистанційного зондування і екологічного моніторингу, статистику і перепису, гідрометеорологічні спостереження, експедиційні матеріали, результати буравлення та ін.
У створенні ГІС беруть участь багато міжнародних організацій (ООН, ЮНЕСКО, Програма про навколишнє середовище і ін.), урядові заклади, міністерства і відомства, картографічні, геологічні і земельні служби, приватні фірми, науково-дослідні інститути і університети. На розробку ГІС витрачають значні фінансові засоби, у цій справі беруть участь цілі галузі промисловості, створюється розгалужена геоінформаційна інфраструктура. У багатьох країнах створені національні і регіональні органи, до завдань яких належить розвиток ГІС і автоматизованого картографування, а також визначення державної політики в галузі геоінформатики.
Прийнято розрізняти наступні територіальні рівні ГІС і відповідні їм масштаби (табл. 13.1).
ГІС поділяють і за проблемною орієнтацією (тематикою). Створено спеціалізовані земельні інформаційні системи (ЗІС), кадастрові (КІС), екологічні (ЭГІС), навчальні, морські і багато інших систем. Одні з найпоширеніших у географії - ГІС ресурсного типу. Вони створюються на основі великих і різноманітних за тематико інформаційних масивів і призначені для інвентаризації, оцінки, охорони і раціонального використання ресурсів, прогнозу результатів їхньої експлуатації.
Таблиця 13.1
Територіальні рівні ГІС
| Вид ГІС | Охоплення території | Масштаби |
| Глобальні | 5× 108км2 | 1: 1 000 000-1: 100 000 000 |
| Національні | 104-107 км2 | 1: 1 000 000-1: 10 000 000 |
| Регіональні | 103-105км2 | 1: 100 000-1: 2 500 000 |
| Муніципальні | 103км2 | 1: 1 000-1: 50 000 |
| Локальні (заповідники, національні парки і ін.) | 102-103 км2 | 1: 1000-1: 100 000 |
13.2. Підсистеми ГІС
До обов'язкових ознак ГІС відносяться:
· географічна (просторова) прив'язка даних;
· генерування нової інформації на основі синтезу наявних даних;
· відображення просторово-часових зв'язків об'єктів;
· забезпечення прийняття рішень;
· можливість оперативного оновлення баз даних за рахунок нової інформації.
Структуру ГІС представляють як набір інформаційних шарів (рис. 13.1). Наприклад, базовий шар містить дані про рельєф, далі йде шар гідрографії, дорожньої мережі, населених пунктів, ґрунтів, рослинного покриву, поширення забруднюючих речовин і т.д. Умовно ці шари можна розглядати у вигляді «поличок», на кожній з яких зберігається карта або цифрова інформація з певної теми.
В процесі розв’язку поставлених завдань шари аналізують окремо або спільно в різних комбінаціях, виконують їхнє взаємне накладення (оверлей) і районування, розраховують кореляції і т.п. Наприклад, за даними про рельєф можна побудувати похідний шар кутів нахилу місцевості, за даними про дорожню мережу і населені пункти - розрахувати ступінь забезпеченості території дорожньою мережею і сформувати новий шар.
Рис. 13.1. Принцип розташування інформаційних шарів у географічній інформаційній системі.
При створенні ГІС основну увагу завжди приділяють вибору географічної основи і базової карти, яка є основою для наступної прив'язки, поєднання і координування всіх даних, що надходять у ГІС, для взаємного узгодження інформаційних шарів і наступного аналізу із застосуванням оверлея. Залежно від тематики і проблемної орієнтації ГІС у якості базових можуть бути вибрані:
· карти адміністративно-територіального подолу;
· топографічні і загальгеографічні карти;
· кадастрові карти і плани;
· фотокарти і фотопортрети місцевості;
· ландшафтні карти;
· карти природного районування і схеми природних контурів;
· карти використання земель.
Можливі ікомбінації зазначених основ, наприклад ландшафтних карт і топографічних або фотокарт з картами використання земель і т.п. В кожному конкретному випадку вибір і додаткова підготовка базової карти (наприклад, її розвантаження або нанесення додаткової інформації) є основним завданням етапу географо-картографічного обґрунтування ГІС.
Основою будь-якої ГІС є автоматизована картографічна система (АКС) - комплекс приладів і програмних засобів, які забезпечують створення і використання карт. АКС складається з підсистем, найважливішими з яких є підсистеми вводу, обробки і виводу інформації.
Підсистема вводу інформації - це засоби для перетворення просторової інформації в цифрову форму і вводу її в пам’ять комп'ютера або в базу даних. Для оцифрування застосовують о цифровувачі (дигітайзери) і сканери. За допомогою оцифровувачів на вихідній карті обводять контури і інші позначення, а в пам’ять комп'ютера при цьому надходять поточні координати цих контурів і ліній у цифровій формі.
Бази даних - впорядковані масиви даних з будь-якої теми (тем), представлені в цифровій формі, наприклад бази даних про рельєф, населених пунктів, бази геологічної або екологічної інформації. Формування баз даних, доступ і роботу з ними забезпечує система управління базами даних (СУБД), яка дозволяє швидко знаходити необхідну інформацію і проводити її подальшу обробку. Якщо бази даних розміщені на декількох комп'ютерах (наприклад, у різних установах або навіть у різних містах чи країнах), то їх називають розподіленими базами даних. Це зручно, тому що кожна організація формує свій масив, стежить за ним і підтримує на сучасному рівні. Сукупність баз даних і засобів керування ними утворять банки даних. Розподілені бази і банки даних з'єднують комп'ютерними мережами, і доступ до них (запити, пошук, зчитування, оновлення) здійснюється під одним керівництвом.
Підсистема обробки інформації складається із самого комп'ютера, системи управління і програмного забезпечення. Створено сотні різноманітних спеціалізованих програм (пакетів програм), які дозволяють вибирати потрібну проекцію, прийоми генералізації і способи зображення, будувати карти, з’єднувати їх одна з одною, візуалізувати і виводити на друк. Програмні комплекси можуть виконувати і більш складні завдання: проводити аналіз території, дешифрувати знімки і класифікувати об'єкти, які картографуються, моделювати процеси, зіставляти, оцінювати альтернативні варіанти і вибирати оптимальний шлях розв’язку.
Більша частина підсистем обробки інформації працює у діалоговому (інтерактивному) режимі, в якому йде безпосередній двосторонній обмін інформацією між картографом і комп'ютером.
Підсистема виводу (видачі) інформації - комплекс пристроїв для візуалізації обробленої інформації в картографічній формі. Це екрани (дисплеї), друкуючі пристрої (принтери) різної конструкції, креслярські автомати (плотери) і ін. З їх допомогою швидко виводять результати картографування і варіанти розв’язків у тій формі, що зручна користувачеві. Це можуть бути не тільки карти, але і текст, графіки, тривимірні моделі, таблиці, однак якщо мова йде про просторову інформацію, то найчастіше вона подається в картографічній формі.
Всі підсистеми, що входять в автоматичні картографічні системи, входять також і у ГІС. До складу картографічної ГІС виробничого призначення включають ще і підсистему видання карт, яка дозволяє виготовляти друковані форми і друкувати тиражі карт. Якщо тираж невеликий, як правило при виконанні наукових досліджень, то використають настільні картографічні видавничі системи.
ГІС, орієнтовані на роботу з аерокосмічною інформацією, включають спеціалізовану підсистему обробки зображень. В цьому випадку програмне забезпечення дозволяє виконувати різні завдання зі знімками: проводити їхню корекцію, перетворення, покращення, автоматичне розпізнавання і дешифрування, класифікацію та ін.
Особливу підсистему у високорозвинених ГІС може мати база знань, тобто сукупність формалізованих знань, логічних правил і програмних засобів для розв’язку завдань певного типу (наприклад, для проведення границь або районування території). Бази знань допомагають діагностувати стан геосистем, пропонувати варіанти розв’язку проблемних ситуацій, давати прогноз розвитку. Можна вважати, що в базах знань реалізуються деякі принципи функціонування штучного інтелекту.
13.3. Геоінформатика – наука, технології, виробництво
Геоінформатика існує в трьох вимірах як наука, техніка і виробництво, і це досить типова ситуація в умовах науково-технічного прогресу, що зближає науку і виробництво. Ця триєдиність є одним з факторів, що зближують картографію і геоінформатику.
Геоінформатика як наукова дисципліна вивчає природні і соціально-економічні геосистеми за допомогою комп'ютерного моделювання на основі баз даних і баз знань.
Разом з картографією і іншими науками про Землю геоінформатика досліджує процеси і явища, що відбуваються в геосистемах, але користується для цього своїми засобами і методами. Основними з них є комп'ютерне моделювання і геоінформаційне картографування.
Основні цілі геоінформатики як науки - це управління геосистемами в широкому розумінні, включаючи їхню інвентаризацію, оцінку, прогнозування, оптимізацію і т.п. Для картографії особливо важливий закладений в геоінформатику комплексний підхід до досліджуваних явищ і її проблемна орієнтація. В структурі геоінформатики розрізняють такі розділи, як теорія геосистемного моделювання, методи просторового аналізу і прикладна геоінформатика.
Геоінформатика - це технологія збору, зберігання, перетворення, відображення і поширення просторово-координованих даних. ГІС-технології забезпечують аналіз геоінформації і прийняття рішень.
Нарешті, геоінформатика як виробництво (геоінформаційна індустрія) - це виготовлення апаратури, створення комерційних програмних продуктів і ГІС-оболонок, баз даних, систем керування, комп'ютерних систем. До цієї сфери належать формування ГІС-інфраструктури і організація маркетингу.
Картографія і геоінформатика взаємодіють за багатьма напрямкам. Вони об'єднані організаційно, оскільки державні картографічні служби і приватні фірми займаються одночасно і геоінформаційною діяльністю. Сформувався особливий напрямок вищої геоінформаційної картографічної освіти.
Єдність двох галузей науки і техніки визначається наступними факторами:
· загальногеографічні і тематичні карти - головне джерело просторової інформації про природу, господарство, соціальну сферу, екологічну обстановку;
· системи координат і розграфка, прийняті в картографії, є основою для географічної локалізації всіх даних у ГІС;
· карти - основний засіб інтерпретації і організації даних дистанційного зондування та будь-якої іншої інформації, яка надходить, обробляється і зберігається у ГІС;
· геоінформаційні технології, які використовуються для вивчення просторово-часової структури, зв'язків і динаміки геосистем, в основному базуються на методах картографічного аналізу і математико-картографічного моделювання;
· картографічні зображення - найдоцільніша форма подання геоінформації споживачам, а складання карт - одна з основних функцій ГІС.
Існують різні точки зору на взаємини картографії, геоінформатики і тісно пов’язаного з ними дистанційного зондування. Вони відображені в чотирьох моделях:
· лінійна модель (дистанційне зондування - ГІС - картографія);
· домінування картографії;
· домінування геоінформаційних систем;
· модель потрійної взаємодії.
Лінійна модель базується на уявленні про те, що початком усього є дистанційне зондування, на нього опираються геоінформатика і ГІС, а далі відбувається вихід на картографію.
Інша схема називається моделлю домінування картографії. Відповідно до неї дистанційне зондування і ГІС з'являються як підсистеми, що входять у систему картографії.
Модель домінування ГІС, навпаки, представляє картографію і дистанційне зондування як підсистеми, що входять у геоінформатику і ГІС.
Найбільш реальною вважається модель потрійної взаємодії, у якій жодна зі сфер не є домінуючою. Вони перекриваються і тісно взаємодіють між собою в процесі отримання, обробки і аналізу просторової інформації.
13.4. Геоінформаційне картографування
Геоінформаційне картографування- це автоматизоване створення і використання карт на основі ГІС і баз картографічних даних і знань. Суть геоінформаційного картографування полягає в інформаційно-картографічному моделюванні геосистем.
Геоінформаційне картографування може бути галузевим і комплексним, аналітичним і синтетичним. Відповідно до прийнятих класифікацій виділяють види і типи картографування (наприклад, соціально-економічне, екологічне або інвентаризаційне, оціночне геоінформаційне картографування і т.п.).
Даний напрямок інтегрував ряд галузей картографії, піднявши їх на більш високий технологічний рівень. Його джерела простежуються в комплексному, потім у синтетичному і оціночно-прогнозному картографуванні. Наступним кроком став розвиток системного картографування, при якому увага зосереджується на цілісному відображенні геосистем і їхніх елементів (підгеосистем), ієрархії, взаємозв'язків, динаміки, функціонування. Це вимагало ґрунтовної опори на математичні методи і автоматизовані технології, а звідти був уже один крок до створення автоматичних картографічних систем і ГІС. Іншими словами, геоінформаційне картографування виникло і розвивається як пряме продовження комплексного, синтетичного і далі - системного картографування в новому геоінформаційному середовищі.
Серед характерних рис цього виду картографування найбільш важливі наступні:
· високий ступінь автоматизації, опора на бази цифрових картографічних даних і бази географічних (геологічних, екологічних та ін.) знань;
· системний підхід до відображення і аналізу геосистем;
· інтерактивність картографування, тісний зв’язок методів створення і використання карт;
· оперативність, яка наближається до реального часу, у тому числі із широким використанням даних дистанційного зондування;
· багатоваріантність, що допускає різнобічну оцінку ситуацій і спектр альтернативних рішень;
· мультимедійність, що дозволяє поєднувати іконічні, текстові, звукові відображення;
· застосування комп'ютерного дизайну і нових графічних образотворчих засобів;
· створення зображень нових видів і типів (електронні карти, 3-мірні комп'ютерні моделі і анімації та ін.);
· переважно проблемно-практична орієнтація картографування, націлена на забезпечення прийняття рішень.
Геоінформаційне картографування - програмно-кероване картографуван ня. Воно акумулює досягнення дистанційного зондування, космічного картографування, картографічного методу дослідження і математико-картографічного моделювання.
В своєму розвитку геоінформаційне картографування використовує досвід комплексних географічних досліджень і системного тематичного картографування. Завдяки цьому в кінці XX ст. геоінформаційне картографування стало одним з магістральних напрямів розвитку картографічної науки і виробництва.
|
|