Основні функції та складові частини гіс.

Умовно функції ГІС можна поділити на п'ять груп, при цьому перші три належать до традиційних функцій геоінформаційних технологій, останні дві - до нових, що розвинулися останнім десятиліттям.

1. Інформаційно-довідкова функція - створення і ведення банків просторово-координованої інформації, у тому числі:

- створення цифрових (електронних) атласів. Перший комерційний проект розробки цифрових атласів - Цифровий атлас світу — був випущений у 1986 р. фірмою Delorme Mapping Systems (США).

- створення і ведення банків даних систем моніторингу.

- створення й експлуатація кадастрових систем, у першу чергу автоматизованих земельних інформаційних систем (АЗІС), або І Land Information Systems (LIS), і муніципальних (або міських) j- автоматизованих інформаційних систем (МАЇС), а також просторово-розподілених автоматизованих інформаційних систем водного і лісового кадастрів, кадастрів нерухомості та ін. Програмне забезпечення роботи з просторовими даними в кадастрових системах складають програмні ГІС-пакети ARC/INFO, Arc View GIS, МОЕ Intergraph, Maplnfo (США), SICAD (Німеччина), ILWIS (Нідерланди) та ін.

2. Функція автоматизованого картографування - створення високоякісних загальногеографічних і тематичних карт, що задовольняють сучасні вимоги до картографічної продукції. Прикладом реалізації цієї функції є діяльність в Україні Інституту передових технологій (м. Київ) з підготовки і друкування навчальних географічних і історичних атласів території України, а також Молдови і Росії на основі можливостей ГІС-пакетів фірми ESRI, США.

3. Функція просторового аналізу і моделювання природних, природно-господарських та соціально-економічних територіальних систем, що ґрунтується на унікальних можливостях, наданих картографічною алгеброю, геостатистикою і мережним аналізом, які складають основу аналітичних блоків сучасних інструментальних ГІС з розвинутими аналітичними можливостями. Вона реалізується в наукових дослідженнях, а також вирішенні широкого кола прикладних завдань при територіальному плануванні, проектуванні і управлінні.

4. Функція моделювання процесів у природних, природно-господарських і соціально-економічних територіальних системах. Прикладами є сучасні просторово-розподілені моделі поверхневого стоку, змиву ґрунту та транспорту схилових і руслових наносів, різного роду забруднювачів, зокрема, LISEM, Csredis (Нідерланди), WEPP (СІЛА). Реалізується при оцінці і прогнозі поведінки природних і природно-господарських територіальних систем та їх компонентів при вирішенні різних наукових і прикладних завдань, у тому числі пов'язаних з охороною і раціональним використанням природних ресурсів.

5. Функція підтримки прийняття рішень у плануванні, проектуванні та управлінні. Найбільш активно цей напрямок в Україні розвивається в містобудівному плануванні і проектуванні. Певні успіхи є в галузі геоінформаційного забезпечення надзвичайних ситуацій. Діапазон прикладів тут може бути досить широким, якщо гнучко підходити до визначення змісту поняття «система підтримки прийняття рішень» (СППР), яка повинна передбачати:

- програмно-організовані банки просторової й атрибутивної інформації;

- базу знань, що складається з блока аналізу і моделювання, який містить набір моделей просторового аналізу і просторово-часового моделювання, а також довідково-інформаційного блока, який містить формалізовану довідково-нормативну базу з розглянутої проблеми;

- блок технологій штучного інтелекту, який забезпечує механізм формально-логічного висновку й ухвалення рішення на основі інформації, наявної в базі даних, довідково-інформаційному блоці і результатах просторово-часового аналізу та моделювання;

- інтерфейс користувача.

У багатьох випадках на практиці як СППР розглядаються інтегровані комп'ютерні системи, що містять систему програмно-реалізованих моделей, банк довідкової інформації і банк даних. Аналіз і оцінка результатів імітаційного або оптимізаційного моделювання виконуються поза системою кваліфікованим експертом чи групою експертів.

Основними галузями застосовування ГІС у наш час є:

- управління земельними ресурсами, земельні кадастри;

- інвентаризація і облік об'єктів розподіленої виробничої інфраструктури і управління ними;

- тематичне картографування практично в будь-яких сферах його використання;

- морська картографія і навігація;

- аеронавігаційне картографування і управління повітряним рухом;

- навігація і управління рухом наземного транспорту;

- дистанційне зондування;

- управління природними ресурсами (водними, лісовими і т. ін.);

- моделювання процесів у природному середовищі, управління природоохоронними заходами;

- моніторинг стану навколишнього середовища;

- реагування на надзвичайні і кризові ситуації;

- геологія, мінерально-сировинні ресурси і гірничодобувна промисловість;

- планування і оперативне управління перевезеннями;

- проектування, інженерні дослідження і планування в містобудуванні, архітектурі, промисловому і транспортному будівництві;

- планування розвитку транспортних і телекомунікаційних мереж;

- комплексне управління і планування розвитку території, міста;

- сільське господарство;

- маркетинг, аналіз ринку;

- археологія;

- безпека, військова справа і розвідка;

- загальна і спеціальна освіта.

 

АПАРАТНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ГІС.

Геоінформаційні системи базуються на певному наборі технічного обладнання, основними функціями якого є забезпечення роботи програмних ГІС-продуктів і допоміжних програм, збереження масивів цифрових даних, забезпечення збору і введення даних, представлення готової інформації. Комплекс електронних і електронно-механічних пристроїв, призначений для технічної підтримки працездатності ГІС, називається апаратним забезпеченням ГІС. Апаратне забезпечення (синоніми - апаратні засоби, апаратура, технічні засоби, hardware) - технічне устаткування геоінформаційної системи, що містить власне комп'ютер і інші механічні, магнітні, електричні, електронні й оптичні периферійні пристрої чи аналогічні прилади, що працюють у складі апаратного комплексу або автономно, а також будь-які пристрої, необхідні для функціонування геоінформаційної системи (наприклад, GPS-апаратура, електронні картографічні прилади і геодезичні прилади). Загальна організація взаємозв'язку елементів апаратного забезпечення геоінформаційної системи називається архітектурою, сукупність функціональних частин — конфігурацією системи.

Залежно від призначення і масштабу ГІС апаратне забезпечення може мати різні функціональні групи пристроїв. Для простих настільних ГІС кінцевого користувача досить звичайного офісного комп'ютера з принтером, багатофункціональні корпоративні ГІС можуть налічувати десятки робочих місць з різними периферійними пристроями, об'єднаних у єдину обчислювальну мережу з керованим доступом. Для виконання деяких технологічних операцій введення чи представлення даних у середовищі ГІС розробляються унікальні апаратні пристрої вартістю в десятки і сотні тисяч доларів США. У той самий час основна частина бюджетних ГІС-проектів орієнтована на використання стандартних комп'ютерів і периферійних пристроїв. У зв'язку з особливостями організаційної структури ГІС апаратне забезпечення прийнято поділяти на три основні групи:

1) пристрої обробки і збереження даних (власне комп'ютери);

2) пристрої збору і введення даних;

3) пристрої візуалізації і представлення даних.

Комп'ютери класифікуються за сферою застосування, конструктивним виконанням та іншими критеріями. Наприклад, дотепер використовується така класифікація: суперЕОМ, чи суперкомп'ютери, комп'ютери загального призначення, чи універсальні комп'ютери, або «мейнфрейми» (mainframe), робочі станції, персональні комп'ютери, мобільні комп'ютери. Засновник фірми Microsoft Вілл Гейтс, людина, що багато в чому визначає напрямок розвитку комп'ютерної індустрії у світі, ввів таку класифікацію персональних комп'ютерів: сервери, настільні, портативні, кишенькові, ПК-кіоски й інтерактивні телевізори.

Сервери. Сервер призначений для роботи в складі локальних чи розподілених обчислювальних систем, виконує певні функції для обслуговування інших комп'ютерів. Залежно від призначення сервери оснащуються наборами комплектуючих з різними технічними характеристиками.

Робочі станції. У різні періоди розвитку комп'ютерної техніки під терміном «робоча станція» розуміли різні типи комп'ютерів. У 70-80-ті pp. XX ст. робочі станції характеризувалися порівняно з малопотужними першими персональними комп'ютерами наявністю потужних процесорів, великими обсягами дискової й операційної пам'яті, наявністю декількох зовнішніх терміналів і засобів зв'язку з ними, багатозадачними операційними системами типу UNIX, SOLARIS та ін. У наш час під робочою станцією розуміють комп'ютер, конфігурація якого оптимізована для виконання певного класу завдань, наприклад, обробки графічних даних.

Настільні персональні комп'ютери. Комп'ютери настільної конфігурації призначені для роботи користувача в умовах офісу чи будинку. Електронні компоненти комп'ютера складені в єдиному корпусі (системному блоці), кожен комп'ютер оснащений засобами керування, що підключаються (миша, клавіатура, монітор). Фірма Apple поміщає в єдиний моноблок разом з електронними компонентами так само і монітор. Настільні комп'ютери розраховані на роботу переважно одного користувача і допускають різні варіанти настроювання апаратної і програмної конфігурації, підключення периферійних пристроїв, а так само зміни зовнішнього вигляду.

Мобільні комп'ютери. Перший мобільний комп'ютер був створений ще в 1980 р. і важив 12 кг. Сучасні мобільні комп'ютери мають технічні характеристики, які нічим не поступаються характеристикам настільних моделей при істотно менших розмірах і вазі. Розміри більшості моделей переносних комп'ютерів класу Notebook (записна книжка) не перевищують розмірів великої папки при вазі менше 3 кг. Основними компонентами, що дозволили досягти таких характеристик, є плоскі рідинно-кристалічні екрани розміром 14-15" і високоємні елементи автономного електроживлення. Необхідність економії енергії зумовила випуск спеціальних мобільних версій основних типів процесорів, що при високій тактовій частоті мають знижене енергоспоживання. Для мобільних комп'ютерів розроблені спеціальні моделі портативних твердих магнітних дисків, мікросхем оперативної пам'яті. Багато моделей Notebook оснащені вмонтованими дисководами, модемами, портами для підключення периферійних пристроїв (зовнішніх моніторів, клавіатур, миші). Мобільні комп'ютери відрізняються більш високим ступенем інтегрованості комплектуючих вузлів, і їх складання виробляється тільки на спеціалізованих підприємствах. Найбільш відомі моделі мобільних ПК фірм Toshiba, Compaq, HP, IBM.

Пристрої збору і введення інформації

Стандартними пристроями введення інформації в комп'ютер є клавіатура і графічний маніпулятор «миш За допомогою клавіатури в комп'ютер вводиться цифрова і символьна інформація, для чого на клавіатурі розміщені різні клавіші (102 чи 104 клавіші). Маніпулятор «миша» використовується в програмах із графічним інтерфейсом. За допомогою курсора миші користувач указує на різні елементи керування, розміщені на екрані, чи робить оконтурювання об'єктів. Для керування і введення даних застосовують різні типи графічних маніпуляторів: механічні (рух миші передається в комп'ютер за допомогою обертання кульки і системи валиків) і оптичні (світлочутливий елемент зчитує рухи по спеціальній поверхні). Різновидом механічної миші є трекбол - кулька розміщена зверху й обертається рукою користувача. У мобільних комп'ютерах як графічний маніпулятор можуть використовуватися джойстики (рух курсора керується відхиленням спеціальної рукоятки) чи перо, яким надавлюють або пишуть на сенсорному покритті екрана чи графічного планшета».

Для збору і просторової прив'язки даних у польових умовах використовуються приймачі GPS і електронні геодезичні прилади. Сучасні моделі цих пристроїв можуть працювати як автономно, обмінюючись даними з ПК за допомогою flash-карт, так і бути прямо підключеними до мобільного ПК.

Дигітайзери. Дигитайзер (digitizer, digitiser, tablet, table digitizer, digitizer tablet, digital tablet, graphic tablet, - синоніми - цифрувач, графічний планшет, графічний пристрій введення даних, графопов-торювач - іноді використовуються терміни «сколка», «таблетка») - пристрій для ручного цифрування картографічної і графічної документації у вигляді послідовності точок, положення яких описується прямокутними декартовими координатами площини. Дигітайзер складається з плоскої панелі (tablet) з мережею горизонтальних і вертикальних провідників і магнітно-індукційного курсора. Залежно від призначення може комплектуватися курсорами двох типів: курсором з індукційним кільцем (за розмірами і конфігурацією подібний до курсора миші) для високоточного введення або пером (stylus, pen stylus) - для низькоточного введення координат. Технічні характеристики дигітайзерів визначаються:

 

- розмірами робочої області;

- загальними габаритами, приблизно відповідними форматам А4-АО;

- просторовою точністю курсора;

- просторовою точністю поля дигітайзера, закладеною в його конструкцію, тобто величиною мінімального кроку між сусідніми провідникам.

Дигітайзер формату АО

Сканери. Сканер (scanner) — синонім «скануючий пристрій» - пристрій аналого-цифрового перетворення зображення для його автоматизованого введення в комп'ютер у растровому форматі шляхом сканування (послідовного перегляду і зчитування смуг зображення) у відбитому чи прохідному світлі з непрозорого і прозорого оригіналу (кольорового, монохромного напівтонового, штрихового).

Барабанний сканер ProfScan 5020C (Росія)

GPS-приймачі. GPS-приймачі є користувацьким компонентом системи GPS (Global Positioning System, Глобальна система місцевизначення, система супутникового місцевизначення, система супутникового визначення координат) і призначені для визначення географічних координат і висот щодо координатно-висотної системи WGS-84.

До діючих у наш час систем супутникового місцевизначення відносять системи GPS '(NAVSTAR) - США і ГЛОНАСС (GLONASS) - Російська Федерація. Основне розроблення і розгортання компонентів цих систем проводилися в 70-90-х роках XX ст. Система GPS цілком розгорнута в 1993 p.; ГЛОНАСС - у 1996 р. (на орбіту виведені всі супутники).

Електронні геодезичні прилади. Пристроями, призначеними для використання в геодезії, є: теодоліт (theodolite) - для вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів; далекомір (distancemeter) - для вимірювання відстаней; нівелір (level) - для визначення перевищень горизонтальною лінією візування; тахеометр (tacheometer) - для виміру горизонтальних і вертикальних кутів, довжин ліній і перевищень.

Сучасні геодезичні прилади вимірюють горизонтальні і вертикальні кути з точністю до 1 кутової секунди. Вмонтовані лазерні далекоміри дозволяють визначати відстані з точністю до 1 см на 1 км на максимальній відстані до 3,5 км. Багато приладів відомих фірм Leica, Sokkia, Carl Zeiss, Trimble мають властивість масштабування функціональних можливостей. На один корпус може міститися різний набір оптико-механічних і електронних компонентів. Прилади початкового рівня оснащуються автоматичними електронними калькуляторами з відображенням на екрані вертикального і горизонтального кутів, похилої відстані, горизонтального прокладення і перевищення.

Стереофотограметричні станції. Стереофотограметричні станції призначені для побудови об'ємних зображень рельєфу земної поверхні за двома аерофотознімками поверхні Землі. За конструктивним виконанням і технологією обробки знімків розрізняють аналогові (працюють з негативами чи фотовідбитками) і цифрові (працюють зі сканованими знімками) Стереофотограметричні станції. З використанням спеціальної оптичної системи виконується суміщення стереопари знімків у поле зору оператора і створюється «віртуальна» тривимірна модель. За допомогою спеціальних аналітичних алгоритмів на стереомоделі рельєфу проводяться (цифруються) горизонталі. Ця технологія використовується при масовому створенні і відновленні топографічних карт у спеціалізованих організаціях. Пристрої цього типу виробляються і в Україні - у державному науково-виробничому підприємстві «Геосистема» (м. Вінниця).