Развитие ГИС-технологии отражает важнейшие тенденции информатизации географии:
· возникла «индустрия» географической информации (унификация – и интеграция способов получения, обработки, представления и
хранения информации на базе ГИС-технологии);
· создаются и внедряются стандарты на географическую информацию и обмен ею (национальные и международные инфраструктуры пространственных данных, создана специальная комиссия при ООН по обмену географической информацией, начаты активные работы по созданию национальных инфраструктур пространственных данных в 17 странах Европы, в т.ч. России, Украина - имеет пока статус наблюдателя);
· географическая информация стала товаром и свободно будет (и может) покупаться по сети Интернет (через Интернет уже покупаются космоснимки, ведется широкая дискуссия вокруг Глобальной инфраструктуры пространственных данных, в которой описывается концептуальная основа для обеспечения обмена данными на глобальном уровне, компания ESRI начала говорить о g.net – новой архитектуре для распространения и использования ГИС- информации из распределенных источников. Эта архитектура теперь известна как географическая сеть g.net).
Не претендуя на системный анализ предметной области, можно отметить ряд тенденций развития ГИС, определяющих и подходы к дальнейшему их изучению.
· Лавинообразный рост числа реализованных в различных сферах общественной жизни ГИС-проектов и соответственное увеличение количества публикаций. В связи с этим, конкретные ГИС-проекты необходимо рассматривать и планировать как взаимодействующие элементы гетерогенной программно-технической среды, тесно связанной с другими элементами системы территориального управления. Для этого требуется сформулировать, адаптировав на основе соответствующих стандартов, непротиворечивые и достаточно детальные «информационные образы» предметных областей, в которые внедряются ГИС-технологии. Здесь вполне уместна аналогия с созданием региональных АСУ, когда уровень их развития зависел не столько от совершенства применяемых методов и средств автоматизации управления, сколько от уровня познания закономерностей отношений между органами и объектом управления в условиях конкретного региона.
· Превращение ГИС в своеобразный «сквозной» подход (в форме ГИС функции) в рамках всей системы информационных технологий. Это отражают процессы активной интеграции ГИС-разработок с телекоммуникациями, данными дистанционного зондирования, САПР и менее активные взаимодействия с технологиями экспертных систем. Целевой базой интеграции служат различные типы прикладных задач территориального управления.
· Развитие ГИС перешло от фазы пионерного внедрения к фазе зрелости т.е. к использованию специалистами и коммерциализации. В этом плане, намечается переход от оценки возможностей использования ГИС (зачастую, зависящих только от финансовых возможностей потребителя) к комплексному анализу реальной потребности в их внедрении на уровне отдельных регионов. За последние годы, на пике высоких технологий произошел прорыв в развитии ГИС, связанный с декларированными Э.Тернером неогеографическими подходами, позволяющими на базе геоинтерфейсов (геопорталов, геосервисов) типа Google Earth и Google Maps обеспечивать синхронизированный параллельный доступ к данным дистанционного зондирования Земли по всей иерархии пространственных масштабов. В дополнение к разработанным нами ранее моделям системы
управления территориальным развитием, позволяющим планировать устойчивое развитие через обоснование комплекса управленческих решений, сформулируем определение конструктивно-географического обеспечения, включающего, с нашей точки зрения, следующие блоки:
· географическую информацию (данные об объектах управления, рассматриваемых как полиструктурно и полииерархически взаимодействующие на элементном, компонентном и комплексном уровнях организации территориальные геосистемы, возникающие в процессе взаимопроникновения общества, природы и хозяйства);
· теоретико-методический базис (методы пространственно-временного анализа и комплексного оценивания геоинформации, а также преобразования ее в форму, необходимую для обоснования и принятия управленческого решения);
· нормативно-правовой базис (регламентируемые действующим законодательством - от закона до методических указаний и инструкций - прерогативы действия организационных структур по сбору, обработке, хранению, преобразованию, передаче и использованию геоданных);
· организационно-технологический блок (организации или их подразделения, получающие, передающие, преобразующие геоинформацию, и комплекс программно-технических средств для ее получения).
Приведенное выше определение необходимо рассматривать как первое операционное приближение к решению поставленной задачи. Анализ работ, посвященных данной проблеме показывает, что предметная область находится в стадии становления и подходы к определению базисных понятий должны творчески обсуждаться.
В конструктивно-географическом обеспечении СУТР и программ регионального развития, в частности, можно выделить ряд функций, отражающих перечень решаемых задач на основе применения геотехнологий:
· картографическая визуализация результатов представления данных об объектах управления (и геоданных в широком понимании этого термина);
· системное геоинформационное картографирование территории на всех уровнях ее пространственной организации;
· комплексное геоэкологическое, социально-экологическое геоэкономическое оценивание состояния объектов территориального управления;
· функциональное зонирование территории (для выделения однородных по заданному критерию ареалов или объектов управления);
· создание и поддержку в функциональном состоянии информационного базиса СУТР. В состав блок сбора данных СУТР входят несколько типов организационно-деятельностных систем, собирающих исходные данные об объектах территориального управления:
- ресурсно-средовые(учет, состояние, использование различных природно-ресурсных и производственно-технологических объектов, воздействующие на них факторы, в т. ч. - 8 видов нормативно утвержденных кадастровых и более 90 различных реестровых систем, имеющих весьма существенную пространственную составляющую);
- санитарно-гигиенические(санитарно-эпидемиологическая ситуация, особо опасные инфекции, как факторы воздействия на здоровье населения и др.);
- социально-экономические, организационным ядром которых являются
региональные подразделения Госкомстата Украины и различные виды ведомственной статистической отчетности;
- административно-территориального управления(в т.ч., информационные системы и реестры налоговой службы, силовых структур, паспортного учета, имеющие развитые сетевые базы и банки данных);
- экологического мониторинга(состояние природных сред, факторы антропогенного воздействия на окружающую среду, чрезвычайные ситуации техногенно-экологического и природного характера, состояние здоровья населения и т. д.).
· разработка комплекса межотраслевых программ территориального социально-экономического развития (опыт разработки программ территориального развития по заказу Правительства Крыма показал, что практически во всех этих проектах - по развитию минерально-сырьевого комплекса, рекреационного комплекса, экологического мониторинга, экологической сети и др. присутствуют схемы функционального зонирования территорий по заданным признака, создаются геоинформационные базы данных по объектам потенциала и по ограничениям его территориального использования). Узконаправленное использование ГИС в земельном кадастре, сельском хозяйств в управлении территориальным развитием, позволило улучшить работу в этих сферах, дало новые возможности для мониторинга и прогнозирования, снизило процент ошибок в работе с картографическими материалами.
Вид геовизуализации
Геовизуализация подразумевает работу с картами и другими видами географической информации, в том числе с интерактивными картами, 3D сценами, итоговыми диаграммами и таблицами, видами с показателями времени, схематическими видами сетевых отношений.
ГИС включает в себя интерактивные карты и прочие виды, оперирующие с наборами географических данных. Карты - это мощный модельный образ для определения и стандартизации того, как люди используют географическую информацию и взаимодействуют с ней. Интерактивные карты предоставляют основной пользовательский интерфейс для большинства ГИС-приложений. Они доступны на многих уровнях: от карт для беспроводных мобильных клиентов до Web-карт в браузерах и карт в мощных настольных ГИС-приложениях.
Рисунок 1
Рисунок 2
Карты в ГИС во многом схожи со статичными бумажными картами, но к тому же они интерактивны, то есть вы можете взаимодействовать с ними. Интерактивную карту можно уменьшать и увеличивать, причем при определенных масштабах некоторые слои на карте могут появляться или исчезать. Вы можете применять условные знаки для отображения слоев карты на основе любого выбранного набора атрибутов. Например, цветовая шкала условных обозначений для земельных участков может основываться на типах их зонирования, а размеры точечных значков для обозначения скважин могут быть связаны с их объемом выработки. При указании географического объекта на интерактивной карте можно получить о нем дополнительную информацию, строить пространственные запросы и проводить анализ. Например, можно найти все магазины определенного типа недалеко от школ (например, в радиусе 200 м) или все заболоченные участки на расстоянии до 500 м от выбранных дорог. Кроме того, многие пользователи ГИС посредством интерактивных карт проводят редактирование данных и создают пространственные представления объектов.
Рисунок 3
Карты используются для отображения и передачи географической информации, а также для выполнения многочисленных задач, таких как развитая компиляция данных, картографирование, анализ, запросы, сбор данных в полевых условиях.
Помимо карт, в базах данных ГИС используются другие интерактивные виды, такие как временные срезы, глобусы и схематические чертежи. Именно через интерактивные карты пользователи ГИС выполняют большинство стандартных задач: как простых, так и продвинутых. Эти карты - основная рабочая форма в ГИС, обеспечивающая доступ к географической информации для сотрудников организации.
Разработчики часто встраивают карты в пользовательские приложения, и многие пользователи публикуют в интернете Web-карты, предназначенные для использования в ГИС.
Рисунок 4. Виды, отображающие обстановку в разные моменты
Рисунок 5. Карты, встроенные в пользовательские
Рисунок 6. Схематические рисунки
Рисунок 7. Использование приложения ArcGlobe™ для просмотра информации о территории
Как показано в примерах на этих рисунках, информацию, в том числе относящуюся к разным временным срезам (которые фиксируются как “события”), можно представить в программном продукте Tracking Analyst, в ArcGIS Schematics, во встраиваемых приложениях, которые используют элементы управления MapControl для поиска земельных участков. Ее также можно просматривать с помощью приложения ArcGlobe.
5. Технологии ArcGis в территориальном управлении
Геоинформационные системы – технология универсальная, она может найти применение практически в любой отрасли. Но есть одна область, где ГИС могут реализовать свой потенциал наиболее полно, это – управление территорией.
Территория – комплекс разнообразных объектов, взаимодействующих друг с другом. Природа их может быть самой разной
– это и реальные объекты типа колодцев, опор ЛЭП, зданий, озер и т.д., и воображаемые объекты типа урочищ, земельных участков, административных единиц. Всех их объединяет общность географического положения, формирующая территориальные комплексы.
Управление территорией, даже в крупных городах, до сих пор ведется многими службами разрозненно. Одни отвечают за участки земли, другие – за здания, третьи – за коммуникации, четвертые – за планирование, пятые – за экологию и т.д. В результате, с одной стороны,
любым субъектам деятельности – как гражданам, так и организациям – приходится иметь дело со множеством этих служб даже из-за одного объекта, с другой – деятельность самих этих служб и их документы очень слабо скоординированы (чаще всего вообще никак).
Такое положение не может долго сохраняться в условиях роста хозяйственной активности и необходимости развития правовых отношений. Без информационных технологий (т.е. обычных баз данных и средств телекоммуникаций) здесь уже наступил бы полный хаос. Интеграция данных, системы "одного окна" уже существенно облегчают работу по управлению территорией. Однако в крупных городах сейчас стала очевидна проблема несогласованности ведомственных информационных ресурсов между собой. Для преодоления этой несогласованности внедряются общегородские и общерегиональные системы классификации и кодирования, подобные общероссийским. Эти системы образуют общий язык – способы кодирования и сами коды для всех объектов. Но они абсолютно бессильны в описании пространственных характеристик объектов и их взаимосвязей, которые необходимы для настоящей интеграции управленческих служб.
Практический опыт показывает, что даже при простом совмещении в одной цифровой карте слоев с данными нескольких служб становится очевидна координатная несогласованность ресурсов. О полноценной интеграции таких ресурсов не может быть и речи. С одной стороны, современные геодезические технологии позволяют измерять координаты с сантиметровой точностью (в строительстве – с миллиметровой и даже лучше), с другой – координатные описания могут расходиться на десятки метров, и даже форма объектов в разных базах может значительно различаться. Основные причины – различие методик измерений и сбор данных из картографических источников различной точности и давности.
Геоинформационные технологии сейчас активно внедряются во многих службах управления в качестве эффективного подспорья в собственной работе. Созданы и создаются разнообразные ГИС на федеральном, региональном, областном и местном уровнях. В наиболее продвинутых территориальных образованиях даже создаются специальные программы.
Для успеха таких программ наряду с решением организационных и финансовых задач важен также правильный выбор используемых технических решений. Если цены на компьютеры и средства связи разных производителей и поставщиков отличаются на единицы-десятки процентов, то стоимость программных продуктов для геоинформационных систем различается в разы и даже на порядки. Не понимая, "за что платить", заказчики систем часто ориентируются лишь на цену и, по возможности, известность разработчика. Получающиеся в результате решения часто далеки от оптимальных, как в плюс, так и в минус, как по цене, так и по функциональности.
С другой стороны, опытные пользователи информационных технологий (например, баз данных на основе СУБД Oracle, Informix, SQL Server) могут сразу получить комплекс продуктов для создания централизованной или распределенной ГИС. Серверные продукты ESRI дают возможность настольным ГИС-приложениям (ArcView, ArcEditor, ArcInfo) работать с хранилищами пространственных данных, размещаемых в таких СУБД. То есть, переход от персональной системы на основе ArcGIS к многопользовательской не требует замены пользовательских приложений, достаточно просто подключить их к общей базе данных.
Семейство продуктов ArcGIS позволяет одновременно и развивать информационную систему от простого к сложному, и интегрировать географические данные с традиционными БД. Почему это важно для управления территорией? Потому что информация о территории бывает очень разноплановой. Это и топографические карты, и реестры населения, и кадастры, и градостроительная информация, и многое другое. Начиная внедрять ArcGIS, можно рассчитывать на интеграцию с информационными ресурсами других. Это позволит учитывать данные других служб для принятия более качественных решений и снижения вероятности ошибок из-за нехватки собственной информации.
Наличие в составе ArcGIS производительных продуктов Веб- картографирования (ArcIMS и ArcGIS Server) позволяет решать еще две важные задачи: предоставление информационных услуг населению и обмен информацией между службами посредством удаленного доступа к базам данных.
Удаленный доступ к базам данных через веб используется уже давно. Он позволяет максимально упростить рабочие места пользователей
– им достаточно стандартного веб-браузера. Интересная особенность веб- доступа к картамсостоит в том, что в своем клиентском приложении пользователь может строить карту из слоев, которые физически хранятся на разных серверах и могут принадлежать разным организациям. Делается это с помощью технологии веб-служб.
Для потребителя веб-службы являются стандартными точками доступа к готовым интерактивным картам или отдельным слоям. Отличие от популярных сайтов типа "Рамблер - На карте", Яндекс-Карты или Google Maps в том, что интерфейс веб-служб стандартизован и позволяет в клиентском приложении собрать карту из тех слоев и тех источников данных, которые нужны пользователю. При этом полностью наборы данных скачивать не нужно: во время отображения фрагмента карты через сеть передаются только данные этого фрагмента. Это позволяет минимизировать нагрузку на сервер веб-службы со стороны каждого пользователя, "облегчить" клиентские приложения и ускорить работу системы в целом.
Если кадастровый департамент опубликует с помощью ArcIMS слой земельных участков, а транспортный – слой дорожной сети, то пользователь сможет подключить в свою карту в ArcMap эти слои и,
например, определить транспортную доступность того или иного участка. Заметим, что этой информации в явном виде может не быть ни в том, ни в другом департаменте, но интеграция опубликованных через веб-службы данных позволяет ее получить. Такие решения представляют интерес, прежде всего, профессиональным пользователям, которыми могут быть организации территориального управления, риэлтерские фирмы, логистические компании и т.д. На этой основе можно и строить взаимодействие органов управления территорией между собой, и предоставлять данные для коммерческого использования, и публиковать их в открытом доступе для населения. Средства разграничения доступа и возможность строить в ArcIMS разные веб-службы на основе одной базы геоданных позволяют каждому типу потребителей дать ровно ту информацию, которую ему нужно для решения своих задач.
Чтобы картографические слои разных организаций и департаментов стыковались между собой, необходима общая основа из двух компонент – стандартов (методик) создания таких слоев и так называемых базовых пространственных данных (БПД). Первые обеспечивают общий язык и правила согласования данных разных производителей, вторые – стандартизованный картографический фон и набор объектов для привязки. И то, и другое направление входит в состав инфраструктуры пространственных данных (ИПД). Третья составляющая ИПД – каталоги геоданных и веб-службы – также важны для взаимодействия держателей и пользователей геоданных. По сути, инфраструктура пространственных данных – ни что иное, как распределенный инструмент информационной поддержки управления территорией.
Отличительная особенность ArcGIS – в том, что это семейство включает в себя все компоненты, необходимые для построения ИПД любой территории – от города до страны. В нем есть средства подготовки и ведения геоданных (ArcGIS Desktop), средства публикации веб-служб и ГИС-функциональности для удаленного доступа (ArcIMS и ArcGIS Server), средства создания каталогов геоданных и ГИС-порталов (GIS Portal Toolkit).
ArcMap
ArcMap является центральным приложением, используемым в ArcGIS. ArcMap применяется для отображения и исследования наборов геоданных, с его помощью можно задавать условные обозначения, готовить карту к печати и публикации. ArcMap также является приложением, используемым для создания и редактирования наборов данных.
ArcMap представляет географическую информацию как набор слоёв и прочих элементов карты. На карте обычно присутствуют фреймы данных, включающие слои карты для данного экстента, масштабная линейка, стрелка севера, заголовок, поясняющий текст, легенда и т.д.