Реферат: Основы информационных технологий
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТВыпускнаяработа по курсу«Основыинформационных технологий»аспиранта 2-го года
кафедры интеллектуальных систем
Костюкевича А.В.
Минск 2000Различные применения информационных систем для работы спространственной информацией.
Областейприменения географических информационных систем (ГИС) существует великое множество и, по всей видимости, число ихи еще будет расти. В каждой из прикладных областей существуют своиспецифические потребности и своя специфическая терминология, своя историявнедрения геоинформационных технологий. На начальном этапе эти технологииразвивались в значительной степени независимо в разных прикладных областях. Этоявляется одной из причин того, что сегодня в мире насчитывается уже очень многокоммерческих пакетов программ для работы с ГИС (может быть, даже слишкоммного), их функции часто в значительной степени совпадают, но при этом зачастуюиспользуется различная терминология для обозначения одинаковых или сходныхфункций и элементов моделей данных. Иногда напрямую терминология конкретнойприкладной области проникает в терминологию пакета для обозначения тех функцийи понятий, которые, в принципе, имеют отношение к общей геоинформатике, но впрактике применения данного пакета имеют конкретное более узкое и специфическоеназначение. Например, абсолютно одна и та же функция проведения изолиний равныхзначений числовой величины по регулярной сетке наблюдений в одном пакете можетназываться функцией построений изогипс (имея в виду рельеф местности), а вдругом — функцией построения изолинийконцентрации (имея в виду данные по геохимическим полям). Подобныетерминологические проблемы, естественно, затрудняют понимание и обсуждениемногих вопросов, связанных с геоинформатикой, равно как и сравнение и освоениепакетов программ.
1. Сферы применения ГИС.Из приведенного вышеописания назначения геоинформатики ясно, что и построенные на ее базегеоинформационные технологии и геоинформационные системы, хотя они и называютсячасто географическими информационными системами, никак нельзя трактовать вобщем случае как информационные технологии и информационные системы длягеографии (или геологии, геодезии). Они имеют значение и применение значительноболее широкое, чем только в указанных дисциплинах. Приставка «гео»означает только использование «географического», то естьпространственного принципа организации информации, только то, что этотехнологии и системы, предназначенные для работы с пространственнойинформацией. Поэтому области применения ГИС и геоинформатики сегодня находятсяпочти во всех сторонах человеческой деятельности. Можно сказать, чтоперечислить сферы применения ГИС не проще, чем перечислить сферы примененияСУБД.
Сегодня можно назвать, оставляя в стороне сугубонаучные приложения, следующие крупные области применения ГИС, причем этотсписок далеко не полный, и приводится просто для примера:
1. Управление земельнымиресурсами, земельные кадастры.
2. Инвентаризация и учетобъектов распределенной производственной инфраструктуры и управление ими.
3. Проектирование, инженерныеизыскания и планирование в градостроительстве, архитектуре, промышленном итранспортном строительстве.
4. Тематическоекартографирование практически в любых областях его применения.
5. Морская картография инавигация.
6. Аэронавигационное картографированиеи управление воздушным движением.
7. Навигация и управлениедвижением наземного транспорта. Дистанционное зондирование.
8. Управление природнымиресурсами (водными, лесными и т.д.).
9. Представление и анализрельефа местности.
10. Моделирование процессов в природнойсреде, управление природоохранными мероприятиями.
11. Мониторинг состоянияокружающей среды. Реагирование на чрезвычайные и кризисные ситуации.
12. Геология,минерально-сырьевые ресурсы и горнодобывающая промышленность.
13. Планирование и оперативноеуправление перевозками.
14. Планирование развитиятранспортных и телекоммуникационных сетей.
15. Маркетинг, анализ рынка.Археология.
16. Комплексное управление ипланирование развития территории, города.
17. Безопасность, военное дело иразведка. Общее и специальное образование. Сельское хозяйство [1].
Никакого особенного порядка в этом списке нет.Отметим только, что в нем присутствуют как термины, относящиеся к предметуактивности (земельные ресурсы), так и относящиеся к задачам или дедам(планирование развития, управление перевозками), а также и к методам исредствам (дистанционное зондирование).
В этой большойобласти приложений можно выделить несколько основных типов. Одни связаны сзадачами учетно-инвентаризационного типа, акцент делается на данных иизмерениях (например, задачи земельного кадастра или управления распределеннойпроизводственной инфраструктурой большого предприятия). Другие связаны сзадачами управления и принятия решений. В третьих акцент делается намоделировании и сложном анализе данных. Первый тип имеет наиболее важноезначение, хотя бы в силу того, что на этот тип задач приходится максимальноечисло реализованных и находящихся в режиме эксплуатации систем, в том числекрупнейшие по числу пользователей и объемам собранных данных. (Для приложенийэтого типа вообще характерна работа с большим числом объектов и высокаядетальность изучения территории.) Использование ГИС в качествеинформационно-справочных систем начинает также широко использоваться вобучении. Отметим также, что вне зависимости от того, используются ли приработе с данными мощные аналитические процедуры и сложные запросы, ГИС оченьчасто используются как средства поддержки принятия решений. Достигаемая здесьэффективность, даже при использовании минимальных средств, доступныхгеоинформатике, часто очень высока за счет высокой наглядности картографическойвизуализации информации и удобства доступа к информации.
Знание конкретныхпотребностей той или области применения, той или иной задачи, является важнымдля рационального выбора программных средств и построения эффективной структурыбазы данных. Например, для одних применений наиболее эффективной являетсяпослойная организация данных, для других — Объектная«бесслойная» модель данных. Часто оптимальным решением оказываетсякомбинирование этих двух подходов.
2. Примеры различных требований к данным.Поиск пути — одна из основных человеческих потребностей.Знание того, как сориентироваться в системе улиц города, найти оптимальныймаршрут от своего дома до работы, как объяснить дорогу к метро заблудившемусяпрохожему — это только некоторые изпроблем нахождения маршрута, в которые мы вовлечены ежедневно.
Однако перейдем отрассмотрения возможностей системы (они быстро развиваются и совершенствуются) квопросу о данных, необходимых для ее функционирования. Нам необходимакоординатная информация, чтобы отобразить в виде карты форму ивзаиморасположение дорог. Нам нужны, вероятно, местоположения каждого почтовогоадреса, чтобы их можно было использовать в диалоге с системой, а также названияконкретных мест и районов города, чтобы они могли быть использованы в качествеориентиров. Естественно, необходимы названия улиц. Если мы хотим, чтобы системабыла достаточно универсальной, она должна быть способна обрабатывать различныеособые ситуации, например, не терять работоспособности в случаях, когда одна ита же улица имеет несколько названий (разные названия для правой и левойстороны, как это имеет место в некоторых странах), когда почтовые адресараспределены вдоль улицы не в строгом порядке и т.п. Некоторая дополнительнаяинформация может быть необходима при поиске оптимального маршрута, например,места и время проведения дорожных работ, среднее время проезда по определеннымулицам с учетом интенсивности движения (возможно, различной в разные часы и днинедели и неодинакового в разных направлениях). Также очень важно знать, какиеулицы соединены в смысле возможности сделать поворот, каков характер такогосоединения (из какого направления движения возможен поворот, в какое времясуток и недели, каково среднее время выполнения поворота в данном направлении сучетом интенсивности движения). В общем можно сделать вывод, что очень и оченьмного разнообразных данных, в том числе статистических, оценочных (среднеевремя движения) и весьма оперативных (сведения о перекрытии улицы из-за аварииили автомобильной пробки) необходимы для правильного и практически полезногофункционирования такой системы.
Во многих применениях ГИС,однако, используемые данные могут быть не столь разнообразны и сложны. Но чембы мы ни занимались, мы, в сущности, имеем дело с немногими категориями, такимикак:
1. Явлениями, условиями илиобъектами, которые имеют определенную изменчивость от места к месту.
2. Природными объектами, частос нечеткими границами или вообще не имеющими границ.
3. Объектами, созданнымичеловеком, обычно имеющими четкие и ясные границы и формы.
4.Явлениями, четко локализованными в пространстве.
5. Объектами, которые связаныили не связаны друг с другом в пространстве [2].
Другими словами, мы имеемдело со свойствами пространственных объектов, как-то расположенных в некоторойсистеме координат или привязки. Можно также отметить исключительно высокую рольобеспеченности ГИС данными, которые являются одним из важнейших компонентовработающей системы и необходимым условием ее практически полезногофункционирования. В следующих разделах книги мы неоднократно будем возвращатьсяк проблеме данных в ГИС — различным ихвидам, различным требованиям к данным, предъявляемым конкретными задачами,различным их источникам и технологиям ввода данных и т.д.
Литература:
1. ДеМерс М.Н. Географические ИнформационныеСистемы. – М.: Издательство СП Дата+, 1999.- 491 с.
2. Кошкарев А.В., Тикунов B.C.Геоинформатика. — М.: Картоцентр -Геодезиздат,1993. — 213 с.
Ресурсы Internet в сферегеоинформационных системПоиск вInternet
Как и всякая другая информация, географические данные широкопредставлены в сети Internet. Для того, чтобы найти необходимое, можновоспользоваться услугами поисковых серверов. Среди них можно выделить как сервера«общего назначения», например
http://www.altavista.com/ — проект Altavisha.com,
http://www.yahoo.com/ — проектYahoo.com,
http://adm.atrus.ru/— проект @Rus,
http://www.rambler.ru/ — проектRambler.ru,
http://www.open.by/ — сайт «Открытыйконтакт»,
http://www.09.open.by/ — поисковик “Открытого контакта”,
http://www.zubr.by/ — регистр белорусских WWW-ресурсов,
таки тематические, например
http://wholeminsk.nsys.by/ — поиск в Минске по телефону, по адресу или по названию
испециализированные:
http://www.dataplus.ru/WIN/search/search.asp – поисковик погеоинформационным технологиям на сайте фирмы Дата+,
http://www.esri.com/data/online/index.html – ArcData OnLine – поиск данных на сайте компании ESRI,
http://www.mapinfo.com/data/index.html– поиск данных на сайте компании MapInfo.
РесурсыInternet в области географических данных
В геоинформационных системахможно выделить такие виды данных, как растровые и векторные. К растровым можноотнести:
§ исходные аэро- и космическиеснимки поверхности Земли различного спектрального и пространственногоразрешения;
§ отсканированные карты ипланы местности;
§ изображения, синтезированныеиз векторных тематических данных.
Векторные данные задаютсякоординатами объектов в какой-либо кординатной системе.
В решении прикладныхгеографических задач возникает необходимость в исходных данных и в программномобеспечении. Крупные фирмы, как правило, предоставляют и то, и другое. Так,например, фирма MapInfo, Inc. (http://www.mapinfo.com/) предоставляеткак готовые ГИС Mapinfo со своим языком управления MapBasic и дополнительнымиприложениями, так и векторные данные в собственном формате (который, кстати,совместим с приложениями Microsoft Office – Excell и Word).
Из русскоязычных сайтовследует выделить http://www.dataplus.ru/ московской фирмы ДАТА+.
ДАТА+ предлагаетна Российском рынке лицензионные программные продукты, разработанные ипроизведенные фирмами:
ESRI, Редландс, Калифорния, США — http://www.esri.com/ — предоставляет полныйинструментарий ГИС от обработки первичных изображений до создания конечногопродукта, в том числе Arc/INFO, ArcView.
ERDAS, Атланта, Штат Джорджия, США — http://www.erdas.com/ — предоставляет инструменты ГИС для пространственного анализа, совместимые спродукцией ESRI.
ДАТА+ предлагаетданные дистанционного зондирования Земли (аэро- и космической съёмки в видимоми ИК диапазоне), являясь официальным дистрибьютором фирм:
SPOT IMAGE, Франция — www.spotimage.fr
SPACE IMAGING, США — www.spaceimaging.com
EURIMAGE, Италия — www.eurimage.it
СканЭкс, Россия — scanex.ss.msu.ru
СОВИНФОРМСПУТНИК, Россия — www.sovinformsputnik.com
В совокупностиэти поставщики предоставляют космические снимки, способные значительнооблегчить решение многих хозяйственных задач.
На странице ДАТА+ такжепредставлены ссылки на сайт информационно-образовательного издания ДАТА+ “ArcReview” (обозрение современых геоинформационныхтехнологий) -
http://www.dataplus.ru/WIN/ARCREV/index.htm
Среди тем этогожурнала — “ГИС и транспорт“, “ГИС и бизнес.”, “ГИС и дистанционноезондирование. ”, “ГИС и экология”, “ГИС в нефтяной и газовой промышленности”,“ГИС и телекоммуникации”, “ГИС и инженерные коммуникации”.
В разделе «Всё оГИС» (http://www.dataplus.ru/win/All_Gis/index.htm) – множествостатей по тематике сайта, информация о конференциях, проводимых в рамках ДАТА+.Так, недавнофирма ДАТА+ проводила 2-й конкурс по Программе Поддержки ВУЗов:
http://www.dataplus.ru/WIN/NEWS/concursV.htm
Победителям делаются большие скидки при приобетениипрограммных продуктов у этой фирмы, вплоть до бесплатного предоставления. Так,в числе победителей этого конкурса – Белгосуниверситет.
Во многом интересна страница Межрегиональной общественной организациисодействия развитию рынка геоинформационных технологий и услуг — http://gisa.saog.ac.ru/. Среди направлений работы ассоциациииздание и поддержка издания специальных публикаций, проведениеспециальных выставок, конференций, семинаров, организация совместного участияразработчиков систем в крупнейших российских и международных выставках,конференциях, семинарах; консалтинг и анализу развитияпрограммно-аппаратных средств, разработка рекомендаций постандартизации обмена географическими данными, содействие вподготовке и трудоустройству специалистов:
<img src="/cache/referats/11320/image002.jpg" v:shapes="_x0000_s1044">
У ассоциации есть свои издания (http://gisa.saog.ac.ru/gis_serv/our_publ/Index_Our_publ.htm):
§ Журналинформационный бюллетень ГИС-ассоциации (http://gisa.saog.ac.ru/gis_serv/our_publ/inf_bull/Index_Inf_Bul.htm)
§ Информационныйбюллетень ГИС-Ассоциации
§ Изданиематериалов семинаров, конференций, форумов
§ ГИС-ежегодник(http://gisa.saog.ac.ru/gis_serv/our_publ/Egegod_obzor/obzor98.htm)
§ Толковый словарь погеоинформатике страница Ю.Б. Баранова, А.М. Берлянта и др. — http://www.ihst.ru/project_link/glossary/titul.htm
Здесь также можно найти географические данные,вот, к примеру, карта центрального района России (http://gisa.saog.ac.ru/gis_serv/region/Centr/index_Centr.htm):
<img src="/cache/referats/11320/image004.jpg" v:shapes="_x0000_s1046">
Лабораторная работа
Тема:Географическиекарты в MS Excel
Средимногих инструментальных средств Microsoft Excel есть возможность подключатьгеографические карты.
Отображение данных на картеможет помочь увидеть новые стороны явлений и произвести анализ данных «наглазок», который часто оказывается весьма точным и существенно улучшаетпонимание вещей и явлений.
При представлении данных ввиде больших массивов строк и столбцов чисел понять взаимосвязь данныхчрезвычайно трудно. Подобно диаграммам, отображение данных на географическойкарте может существенно облегчить понимание смысла числовых данных.
Взаимосвязь данных с картографическими объектамиделает доступной для анализа новую информацию, которой не было в данных доэтого. А значит, отображение данных на карте существенно расширяет возможностианализа данных. Например, отображение на карте демографических данных можетсущественно помочь в проведении анализа плана продаж и действий по рекламетоваров (Рис. 1).
<img src="/cache/referats/11320/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
Этот пример был создан на основе файла Mapstats.xls,включённого в стандартный набор примеров по картографии для MS Excel. В неговключены демографические данные по России, по странам мира и Европы –половозрастная структура, количество рабочих и т.п. К сожалению, из-занеполноты сведений в файле Mapstats.xls многие страны выглядят на карте белымипятнами.
Шаги выполнения:1 Выбраем диапазон. При этом один из столбцовдиапазона должен содержать имеющиеся в базе данных названия географическихобъектов (например, названия стран).
2 В меню Вставка выбираем команду Карта илинажимаем кнопку <img src="/cache/referats/11320/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">
3 С помощью мыши указываем область, в которуюследует поместить карту на листе Excel.
4 <img src="/cache/referats/11320/image010.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">
<img src="/cache/referats/11320/image012.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">
Рис. 2. Настройка параметровкарты
Перетаскиваяв выделенную пунктиром область одну из иконок в левой части, мы выбираемвариант отражения данных – круговая или столбчатая диаграмма, плотность точекили цвет заливки.
5.После закрытия этого окна, щелкнув дважды по легенде интересующей нас теме, мыможем настроить её отражение, например, число градаций цвета для степениурбанизации на рис. 1.