Раздел 1. Основные термины и определения геоинформационных систем.
Лекция 1.Определение ГИС. Применение ГИС. Примеры. Этапы развития (ГИС-технологии и моделей данных).
Слайд.5.
Геоинформационная система – это система данных о территории. Имеется множество определений, каждое из которых по-своему отражает те или иные существенные черты такого емкого понятия, как геоинформационные системы.
Как мы говорили ранее ГИС относятся к системам поддержки деятельности руководителя (Executive Support Systems - ESS) на стратегическом урове, помогают принимать неструктурированные решения на стратегическом уровне управления компании и проводить системный анализ информации из внешней среды лучше, чем любые прикладные и специализированные ИС.
Действующий ГОСТ Р 52438-2005 (ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ) дает очень простое и емкое определение геоинформационной системы, как информационной системы, оперирующей пространственными данными. В свою очередь, ГОСТ 7.0-99 определяет понятие информационной системы как системы, предназначенной для хранения, обработки, поиска, распространения, передачи и представления информации.
То есть, информация, поступающая на вход системы, обрабатывается и в новом качестве представляется на выходе. От обычной информационной системы геоинформационная принципиально отличается тем, что данные, которыми она оперирует, имеют пространственный характер.
Сейчас ГИС – это достаточно динамично развивающаяся отрасль информационных технологий. Постепенно в российском обществе приходит понимание важности использования ГИС в управлении. В Российской Федерации принята и действует Федеральная целевая программа «Электронная Россия», задачами которой являются: создание электронного правительства, информационных порталов, развитие инфраструктуры доступа к информационным и телекоммуникационным сетям, совершенствование технологий документооборота, электронных платежных систем и др. Разработчикам программы рекомендовано «включить географические информационные системы в качестве средства (инструментария) для информационного обеспечения принятия управленческих решений отдельным пунктом в Федеральную целевую программу «Электронная Россия». Наука, которая занимается изучением принципов работы ГИС, называется геоинформатика. Она возникла на стыке информационных технологий, математики, географии, картографии. Сегодня существует большое количество наработок, публикаций и учебников по геоинформатике. Однако, по мнению специалистов, работающих в этой области, за недолгий период своего существования геоинформатика не успела приобрести необходимую любой науке атрибутику и структурную завершенность.
Слайд 6.
.
Общеизвестно, что 80 % всех сведений, которые находятся в системах управления, имеют пространственную привязку: координаты, адреса и другие ориентиры. Эти данные поступают в ГИС из разноведомственных, разноформатных источников информации, интегрируются, специальным образом обрабатываются, для того чтобы представить наиболее наглядную картину и провести необходимый пространственный анализ перед принятием управленческих решений.
Слайд 7.
Любая задача, решаемая с помощью ГИС, оперируют территориально распределенными объектами.
Сложность управления объектами социально-экономического характера, заключается в том, что их структура слабо формализуема. Проблему управления социально-экономическими системами необходимо решать с учетом всей совокупности обстоятельств, оказывающих свое влияние на ее состояние. Их перечень следующий:
- большое число факторов, влияющих на принятие решений;
- территориальное распределение как источников информации, так и объектов управленческих воздействий;
- разновременность проявления последствий управляющих решений; сложность и необходимость долгосрочного прогнозирования последствий решений;
- значительная роль неколичественных оценок при принятии решений;
- сложность прогнозирования последствий управленческих решений;
- ограниченная управляемость, значительная инерционность социально-экономических процессов и большой лаг проявления последствий некоторых социальных, экономических и экологических процессов.
Автоматизация процесса оценки территории с производственной, социальной и экономической точек зрения имеет важное значение при оперативном принятии управленческих решений о рациональном использовании и развитии территории
Слайд 8.
Слайд 9.
В настоящее время ГИС широко применяются для управления в самых различных областях деятельности общества: в строительстве, геодезии, сельском хозяйстве, экологических исследованиях, силовых структурах.
Слайд 10.
Внедрены во многих городах. Волгоград, Алтайский край, Дальний восток, Омск, Томск, Пермь, Ижевск, Уфа, Таганрог, Новосибирск, Нижегородская, Тюменская область, Калуга, Тольятти, Татарстан, Казахстан. Москва, Питер.
Таким образом, все электронные карты – для муниципалитетов, органов архитектуры и градостроительства, служб жилищно-коммунального комплекса и дорожников – выполняются по единой методологии и технологии, что способствует объединению разрозненной информации и, при желании властей, перерастанию интегрированной системы в муниципальную ГИС.
Единая электронная база позволяет руководителям структурных подразделений администрации города оперативно отслеживать процессы, происходящие на территории областного центра и вовремя реагировать, скажем, на критические моменты (аварии) в системе ЖКХ, либо на появление самовольных объектов строительства. А главе администрации – держать руку «на пульсе города» и контролировать работу служб «в режиме реального времени».
Ежегодные
Прокофьев Алексей Николаевич, начальник отдела, комитет по управления городскими землями и муниципальным имуществом Администрации города Костромы, Кострома
Участники 3-й Всероссийской конференции «Геоинформационные технологии в муниципальном управлении»
4-ая – нет
Иваново, Владимир, Ярославль – нет.
Слайд 11.
Помогает решать задачи по планированию развития предприятия, а так же многие другие текущие задачи:
· картографическое обеспечение торфозаготовительной деятельности:
- ведение и обновление торфяного кадастра, в том числе оперативное обновление и уточнение карт по материалам космической съемки;
· мониторинг пожароопасной обстановки и координация мероприятий по предотвращению пожаров;
· планирование разработок;
· поиск и отбор торфяных месторождений по определенным параметрам: зольности, влажности, объемам запасов, минералогическому составу и т.п.;
· создание нестандартных карт:
- карт транспортировочных дорог дорог;
- карт распределения торфа по определенным показателям;
- карт отражающих динамику добычи и транспортировки;
- презентационных карт для инвесторов и т.п;
Слайд 12.
Торговля и сфера услуг – одна из традиционных и наиболее значимых областей применения информационных технологий. Развивающийся рынок торговли все чаще сталкивается с проблемами, касающиеся автоматизации информационных и материальных потоков.
Распространенной задачей этой области является оптимизация маршрутов движения при доставке товаров по городу. Ее решение позволит:
- гарантировать своевременную доставку товара заказчику;
- снизить расходы топлива;
- обеспечить рациональное использование ресурсов автопарка.
Для анализа дорожной сети была построена электронно-транспортная карта города
Основными показателями при анализе транспортных перевозок являлись длины дорожных участков и время их прохождение с учетом правил организации дорожного движения. Оптимизация маршрута позволит предприятию не только сократить расходы на транспортировку товара и время доставки за счет пересчета и пересмотра типовых маршрутов, но также позволит сократить время простоя машины в очереди на разгрузку за счет посещения других торговых точек города.
Показатели эффективности применения ГИС с одного маршрута предприятия.
| Показатель | Разность (по сравнению с текущими маршрутами предприятия) |
| Время | 15 минут |
| Длина маршрута | 2,670 км |
| Объем потраченного топлива | 7% |
| Стоимость потраченного топлива | 7 % |
Таким образом, внедрение ГИС позволяет достичь ряда преимуществ:
Экономия ГСМ. На основании данных статистики по результатам внедрения системы можно ожидать сокращения расходов на ГСМ до 7% по сравнению с обычным периодом.
Снижение пробега. Диспетчеризация транспорта, ежеминутный контроль за работой транспортных средств позволяет ликвидировать левые рейсы, сократить холостые пробеги, оптимизировать маршруты движения транспорта, перевозок. Ожидаемое сокращение пробега составляет не менее 9%. Снижение пробега также снижает затраты на топливо, увеличивает межсервисные интервалы обслуживания автотранспорта и приводит к снижению его амортизации.
Эффективная организация труда. Внедрение системы управления автотранспортом позволяет отказаться от привлечения дополнительных сотрудников и разгрузить имеющихся при существенном повышении качества их труда и оперативности подготавливаемых данных, существенно уменьшить количество телефонных переговоров с водителями.
Применение современных технологий повышает привлекательность компании для действующих и потенциальных клиентов.
Слайд 13.
Есть много других важных компонентов, которые оказывают влияние на удачность местоположения, но никакое место не будет оптимальным без учета дополнительных факторов, сосредоточенных вокруг магазина и влияющих на продажи.
Вместе с тем, выбор местоположения является одним из самых важных решений встающих перед фирмами, занимающимися розничной торговлей, банковским делом, риэлтерской деятельность, предоставляющими людям медицинские и прочие услуги. Существует масса способов для выбора места. ГИС предоставляет среду, в которой все эти методы могут быть успешно использованы.
Факторы удачного местоположения
В целом, факторы, определяющие удачное местоположение, можно классифицировать следующим образом: управление, инфраструктура, окружающая среда (рис. 1). Учет каждого из них важен для конечного успеха, или может привести к серьезным потерям бизнеса при его недооценке.
К факторам управления в основном относятся элементы, которыми можно управлять внутри торговой точки. Эти факторы хорошо иллюстрируют такие параметры как управление магазином, служба работы с клиентами, ассортимент товаров, чистота, оформление, атмосфера, планировка.
К факторам инфраструктуры относятся элементы, связанные с уникальной физической планировкой здания и окружающих его объектов. Примерами таких элементов служат парковки, указатели и вывески, торговая площадь, ландшафтная архитектура, доступность, входы\выходы, тип торгового центра, отдельно стоящее здание или входит в комплекс зданий.
К факторам окружающей среды относятся такие элементы как демография населения, потребительский спрос, транспортная загрузка, образующие трафик предприятия (торговые центры, больницы, аэропорты, стадионы), населенность в дневное и вечернее время, конкуренты, дополняющий бизнес, образ жизни.
Все многообразие существующих факторов можно учесть средствами ГИС, предоставляющей все необходимые инструменты для сбора, хранения, доступа, представления и анализа данных.
Слайд 14.
Первой реально работающей геоинформационной системой в мире считается ГИС Канады (Canada Geographic Information System, CGIS), разработанная в середине 60-х годов XX века на базе первых ЭВМ и пакетной системы обработки данных.
Основное назначение ГИС Канады заключалось в обработке и анализе данных, накопленных Канадской службой земельного учета (Canada Land Inventory), для использования при разработке планов землеустройства огромных площадей преимущественно сельскохозяйственного назначения.
Разработка первых геоинформационных систем (Канадской ГИС, Информационной системы природных ресурсов штата Техас (1976), Австралийской ресурсной информационной системы (ARIS, 1979—1982) и др.) было результатом реализации вполне очевидного стремления применить уникальные и все возрастающие возможности ЭВМ,
Однако создание таких сложных автоматизированных информационных систем обусловило необходимость решения целого комплекса проблем, связанных с особенностями кодирования пространственной информации, необходимостью разработки приложений для ее хранения и обработки, создание соответствующей аппаратуры для ввода и представления пространственных данных.
Географические информационные системы развивались в целом ряде моно-дисциплинарных областей. Среди таких отраслей следует назвать автоматизированное картографирование, компьютерное проектирование (Computer Aided Designing — CAD), компьютерные науки, в том числе компьютерную графику, теории и технологии баз данных, языки программирования, а также дистанционное зондирование и обработку методов дистанционного зондирования, пространственный анализ, географическое и картографическое моделирование.
Слайд 15.
В начале 80-х годов XX века на Западе в разработку и применение ГИС-технологий были сделаны значительные инвестиции как правительственными, так и частными агентствами, особенно в Северной Америке.
В этот период были созданы сотни компьютерных программ и систем. Появление ПК позволили отказаться от «пакетного» режима обработки данных и перейти к диалогового режима общения с компьютером с помощью команд на английском языке. Появились первые интегрированные ГИС, которые характеризовались большей или меньшей универсальностью.
По одной из оценок в Северной Америке в 1983 г. было более тысячи ГИС и автоматических картографических систем. В Европе разработки ГИС проводилось в меньшем масштабе, но основные шаги в области разработки и использования ГИС-технологии были сделаны и здесь. Особо следует отметить Швецию, Норвегию, Данию, Францию, Великобританию и Западную Германию.
Для 80-х годов XX века в целом характерен рост научного, политического и коммерческого интереса к ГИС.
Это было обусловлено осознанием необходимости создания государственных интегрированных ГИС, особенно в связи с управлением природными ресурсами и мониторингом окружающей среды. В это время создается множество НИИ, предназначенного для проведения базовых исследований в области географического анализа с использованием географических информационных систем.
Важную стимулирующую роль в усилении интереса к ГИС сыграло стремление ассимилировать для решения как научных, так и практических задач, в том числе и на коммерческой основе, уже накопленных к тому времени массивов данных дистанционного зондирования Земли.
К примеру в 1985 году Европейское космическое агентство стало спонсором исследований, связанных с интегрированными ГИС, а Британский национальный космический центр выдал заказ на контракты по разработке ГИС.
В этот же период начинает выпускаться целый ряд международных периодических изданий, посвященных различным теоретическим и прикладным аспектам ГИС, проводится множество посвященных ГИС научных и научно-практических конференций разного уровня (от региональных к всемирным).
В 80-е годы XX в. разрабатываются программные ГИС-пакеты (инструментальные ГИС), будущие лидеры мирового программного ГИС-обеспечения — пакет ARC / INFO, разработанный Институтом исследований систем окружающей среды (Environmental System Research Inctitute, ESRI Inc.) (1982), пакет MapInfo фирмы Maping Information Systems Corp (1987, пакет Modular GIS Environment (MGE) фирмы Intergraph (1988) — все в США.
В конце 80-х годов XX века сформировалась мировая ГИС-индустрия, которая содержала аппаратные и программные средства ГИС и их обслуживания. В 1988 p., например, только прямые расходы по этим статьям в мире превышали 500 млн долларов США, а в 1993 г., составили около 2,5 млрд долларов (Ottens, 1992).
Слайд 16.
Вместе с тем, современные ГИС, все активнее внедряются в другие, в том числе повседневной области нашей деятельности. И преимущество их использования начинают оценивать уже не только специалисты.
Вот мобильный телефон. Казалось бы, какое отношение он имеет к геоинформационным системам? Самое прямое - в нем установлены ГИС от Яндекс и Google, позволяющие ориентироваться в городе, представляющие дополнительную пространственную информацию о пробках и различных объектах: заправках, больницах, театрах и т.д.
Причем, телефон позволяет определять свое положение на карте даже без встроенного GPS-приемника. А ведь именно развитие систем геопозиционирования, таких как упомянутая американская GPS или российская ГЛОНАСС способствовали развитию ГИС и обеспечивают им еще одно важное преимущество: автоматическое и «живое» (в реальном
масштабе времени) поступление и получение пространственных данных.
В настоящее время сформировалось новое направление развития ГИС, связанное с Интернет-приложениями. Интеграция ГИС и Web привела к новому направлению в работе с геопространственными данными в сети, получившего название Web-GIS-технологии.
Главное достоинство, что она связывает между собой и делает доступной для широкого использования геоданные, рассосредоточенные по разным точкам земного шара. – «распределенная географическая информация».
Существуют две основные технологические стратегии, с помощью которых функции GIS встраиваются в Web-технологии, - это с ерверосторонние и клиентосторонние стратегии.
Появилась новая терминология картографический интернет-сервер (IMS – Internet Map Server), распределенная картографическая информация (Distributed Geographic Information – DGI).
Слайд 17.
За это время модели используемых данных тоже претерпели существенные изменения:
Слайд 18.
В России исследования в области геоинформационных технологий начаты в восьмидесятые годы и в основном были связаны с адаптацией зарубежного (западного) опыта. Исследования проводили Институт географии и Дальневосточный научный центр АН СССР, Московский (кафедра картографии и геоинформатики), Казанский, Тобольский, Тартуский и Харьковский университеты. В этот период (середина и вторая половина 80-х годов XX века) были разработаны первые автоматизированные системы картографирования (например, АКС МГУ).
Первые же программные ГИС-пакеты были разработаны в 90-е годы XX в. Среди них самым известным является пакет GeoDraw / Географ, созданный в 1992 г. в Центре геоинформационных исследований Института географии Российской академии наук (РАН), который имеет несколько тысяч инсталляций. Имеют по несколько сотен инсталляций: Самыми известными являются пакеты «Панорама» (Топографическая служба Вооруженных сил РФ), CSI-MAP (компания «КСИ-технология», г. Санкт-Петербург), Sinteks ABRIS (компания «Трисофт», г. Москва), ObjectLand (3AT «Радом-Т», г. Таганрог) и «Инге» (компания «Интегро», г. Уфа).
Однако большая часть рынка программного ГИС-обеспечения в Российской Федерации представлена продукцией западных фирм — ESRI, Intergraph, MapInfo, Autodesk и др.
Слайд 19.
По оценке аналитических компаний в 2010 г. объем продаж геоинформационных и геопространственных продуктов (ПО, услуги и данные) увеличился на 10,3% и достиг 4,4 млрд. долл.
Это значит, что рынок опять пошел в рост после спада 2009-го, когда из-за экономического кризиса он сократился на 2%. По прогнозу, подъем продолжится и в 2011 году — рост составит 8,3%, а объем — около 5 млрд. долл.
По мнению аналитиков, спрос на геоинформационные и геопространственные продукты стимулирует потребность в географической информации. С появлением многочисленных географических сайтов, таких как Google Earth, предприятия и пользователи поняли, какую пользу приносят территориальные данные, и приложения с поддержкой ГИС получили широкое распространение.
Рассматривая структуру рынка ГИС, аналитики отмечают, что наиболее активно развивается сегмент геопространственных данных (см. диаграмму).
За последние 8 лет он ежегодно рос на 15,5%, т. е. вдвое быстрее сегментов ПО и услуг. Daratech объясняет это тем, что без геоинформационных данных ГИС-приложения становятся бесполезными. Поэтому объем доступных пространственных данных увеличивается и одновременно расширяются возможности геоинформационного анализа.
Как считает Daratech, главные двигатели рынка — системы для оборонной области, а также мобильные и веб-приложения, причем разработку последних упрощает появление новых инструментов, таких как бесплатные API-интерфейсы для ПО ArcGIS компании Esri.
Кроме того, значительный вклад в распространение геопространственных данных вносят достижения технологии обработки изображений. В результате объем таких данных стремительно растет, что стимулирует создание новаторских приложений.
Что касается территориального распределения рынка ГИС, то самым большим сегментом является Северная Америка — почти половина объема продаж. Наиболее быстро растет спрос в Китае, Индии и других развивающихся странах, что подстегивает подъем рынка ГИС. Поэтому Daratech ожидает с 2012 по 2015 гг. двузначных (в%) показателей роста продаж.