Технология геоинформационной обработки данных

Технологический процесс геоинфомационной обработки данных на базе

ГИС заключается в сборе исходных данных путем цифрования

картографических материалов, формировании и/или получении из

территориального банка данных геоинформационных моделей местности,

пространственного анализа, подготовки пространственных решений и

выходных документов в текстовом, табличном, графическом или

картографическом виде, в том числе геоинформационных моделей,

цифровых и электронных карт (рисунок 20).

Сущность понятий «цифровая карта», «электронная карта».

Цифровые карты — цифровые модели объектов, представленные в виде закодированных в числовой форме плановых координат х и у и аппликат г. Цифровые данные (цифровые модели) получают либо путем цифрования содержания исходных топографических и тематических карт, либо путем непосредственных измерений по стереофотограмметрическим моделям. Цифровые карты существуют на машинных носителях и по сути — это лишь логико-математические описания (представления) картографируемых объектов и отношений между ними, сформированные в при-пятых для обычных карт координатах, проекциях, системах условных знаков с учетом правил генерализации и требований к точности. Подобно обычным картам они различаются по масштабу, тематике, пространственному охвату и т. п. Главное назначение цифровых карт — служить основой для формирования баз данных и автоматического составления, анализа, преобразования карт.

Электронная карта (ЭК) — цифровые карты, визуализированные в компьютерной среде с использованием программных и технических средств в принятых проекциях, системах условных знаков при соблюдении установленной точности и правил оформления. Иногда изображения, выведенные на дисплей, называют экранными картами, а карты, выведенные с экрана с помощью печатающих устройств, — копиями электронных карт (неудачный термин — «твердые копии»). Наряду с электронными картами существуют и электронные атласы — компьютерные аналоги обычных атласов. С развитием телекоммуникации появилась возможность составлять и размещать огромные массивы электронных карт и атласов в сети Интернет: Их называют Интернет-картами и Интернет-атласами.

 

Интеллектуализация выработки пространственных решений на

Базе ГИС. Понятия данных, информации, знаний. Экспертные

Системы

К основным задачам геоинформатики относятся сбор

пространственных данных, получение и представление геоинформации,

формирование новых знаний об окружающем нас пространстве.

Базовые понятия «данные», «информация» и «знания» имеют много общего,

связаны между собой, но однако различаются по своей сути и требуют

соответствующего определения.

«Данные»

Слово «данные» произошло от латинского слова «datum», дословно

переводимое как «факт».

В геоинформатике под данными понимается совокупность фактов,

представленных в каком-либо формализованном виде в количественном или

качественном выражении – результаты наблюдений, измерений, описаний

объектов окружающего пространства.

«Информация»

От латинского «informatio» - разъяснение, изложение.

В информатике под информацией понимаются сведения об окружающем

мире, протекающем в нем процессах и др., которые воспринимают живые

организмы, управляющие машины и информационные системы в процессе

жизнедеятельности и работы.

В физике информация – одно из свойств предметов, явлений и процессов

действительности, информационных систем, заключающееся в способности

воспринимать внутреннее состояние и воздействия окружающей среды,

передавать данные и сообщения другим объектам, предметам и явлениям.

«Знания»

От латинского «scientia» - знание, познание.

В геоинформатике под знанием понимается отражение семантических

аспектов географической реальности в мозгу человека или в технической

системе

В геоинформатике используются как знания предметные (общедоступные),

так и индивидуальные (эмпирические), отражающие наше представление об

окружающем пространстве.

Связь понятий «данные», «информация» и «знания»:

• данные представляются как «сырье», которое путем обработки можно

превратить в информацию – т.е. данные можно рассматривать как

основу для получения информации.

• данные соответствуют дискретным зарегистрированным фактам

относительно объектов окружающего мира и на этой основе мы

получаем информацию о реальном мире.

• информация – это смысл, который человек вкладывает в данные на

основе установленных соглашений (т.е. знаний).

• данные можно рассматривать как атрибут информации, обозначающий

факты и понятия, которые представлены в условной форме, удобной

для передачи, интерпретации и обработки человеком или техническим

средством.

• информация – это воспринятые и понятые данные!

• знания могут быть получены в результате интерпретации информации

Человек на основе полученных данных формирует информацию о реальном

мире и на ее основе вырабатывает новые знания об этом мире.

В геоинформатике используются подвиды рассмотренных понятий:

• геопространственные данные – особый вид данных, полученных в

результате наблюдений и измерений пространственных свойств

объектов, явлений, процессов и событий окружающего

геопространства;

• геоинформация – особый вид информации, направленный на описание

пространственных аспектов окружающего геопространства;

• геопространственные знания – особые знания об окружающем нас

геопространстве в части его пространственных свойств.

В соответствии с рассмотренными базовыми понятиями в области

информатики происходила и эволюция программных систем (Рисунок 21).

ЗНАНИЯ, ИНФОРМАЦИЯ, ДАННЫЕ

Информационные системы

Банки данных

Экспертные системы

Экспертная система – система искусственного интеллекта, использующая

знания из сравнительно узкой предметной области для решения

возникающих в ней задач, причем так, как это делал бы эксперт-человек, т.е.

путем диалога с заинтересованным лицом, поставляющим необходимую

информацию (т.е. воспринятые и понятые данные) по конкретному вопросу.

Экспертная система строится на знаниях экспертов и базируется на 4

компонентах:

1. данные (факты)

2. правила вывода (процедурные знания);

3. управляющие структуры;

4. метазнания (результат самообучения).

Состав экспертной системы:

• база знаний;

• машина логического вывода;

• модуль объяснения и общения с пользователями;

• модуль формирования метазнаний.

Основные понятия в области экспертных систем:

Экспер т – специалист предметной области высокого класса, который

обеспечивает определение, модификацию и дополнение знаний;

База знаний – совокупность формализованных знаний о предметной

области, представленных в форме правил логического вывода;

Машина логического вывода – программный комплекс, осуществляющий

логические «рассуждения» над данными на основе имеющихся знаний.

Модуль формирования метазнаний – программный комплекс,

оценивающий вновь поступившие знания на противоречивость относительно

имеющихся правил вывода;

Модуль объяснения и общения с пользователями – программный

комплекс, объясняющий полученный логический вывод путем перечисления

шагов и использованных правил вывода на каждом шаге;

База данных – совокупность фактов, характеризующих предметную область

Пример экспертной системы

Канадская картографическая экспертная система для отображения на

морских картах воздушных (беспроводных) линий связи, обеспечивающая

95% совпадения редакторских решений с экспертами - картографами:

1. В таблице условных знаков – 5 страниц;

2. В пояснениях к условным знакам – 56 страниц;

3. Правила вывода изложены на 900 страницах текста.

 

Области применения ГИС

ГИС включает в себя возможности систем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяетсяв картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях.

 

https://yadi.sk/d/p-kCRVwp32BRLm

Деградация среды обитания

ГИС с успехом используется для создания карт основных параметров окружающей среды. В дальнейшем, при получении новых данных, эти карты используются для выявления масштабов и темпов деградации флоры и фауны. При вводе данных дистанционных, в частности спутниковых, и обычных полевых наблюдений с их помощью можно осуществлять мониторинг местных и широкомасштабных антропогенных воздействий. Данные об антропогенных нагрузках целесообразно наложить на карты зонирования территории с выделенными областями, представляющими особый интерес с природоохранной точки зрения, например парками, заповедниками и заказниками. Оценку состояния и темпов деградации природной среды можно проводить и по выделенным на всех слоях карты тестовым участкам (Лычак, Бобра,2005).

Загрязнение

С помощью ГИС удобно моделировать влияние и распространение загрязнения от точечных и неточечных (пространственных) источников на местности, в атмосфере и по гидрологической сети. Результаты модельных расчетов можно наложить на природные карты, например карты растительности, или же на карты жилых массивов в данном районе. В результате можно оперативно оценить ближайшие и будущие последствия таких экстремальных ситуаций, как разлив нефти и других вредных веществ, а также влияние постоянно действующих точечных и площадных загрязнителей (Трифонова, Мищенко, Краснощеков, 2005).Охраняемые территории

Еще одна распространенная сфера применения ГИС – сбор и управление данными по охраняемым территориям, таким как заказники, заповедники и национальные парки. В пределах охраняемых районов можно проводить полноценный пространственный мониторинг растительных сообществ ценных и редких видов животных, определять влияние антропогенных вмешательств, таких как туризм, прокладка дорог или ЛЭП, планировать и доводить до реализации природоохранные мероприятия. Возможно выполнение и многопользовательских задач, таких как регулирование выпаса скота и прогнозирование продуктивности земельных угодий. Такие задачи ГИС решает на научной основе, то есть выбираются решения, обеспечивающие минимальный уровень воздействия на дикую природу, сохранение на требуемом уровне чистоты воздуха, водных объектов и почв, особенно в часто посещаемых туристами районах (Дьяченко, 2005г.).

Неохраняемые территории

Региональные и местные руководящие структуры широко применяют возможности ГИС для получения оптимальных решений проблем, связанных с распределением и контролируемым использованием земельных ресурсов, улаживанием конфликтных ситуаций между владельцем и арендаторами земель. Полезным и зачастую необходимым бывает сравнение текущих границ участков землепользования с зонированием земель и перспективными планами их использования. ГИС обеспечивает также возможность сопоставления границ землепользования с требованиями дикой природы. Например, в ряде случаев бывает необходимым зарезервировать коридоры миграции диких животных через освоенные территории между заповедниками или национальными парками. 9 Постоянный сбор и обновление данных о границах землепользования может оказать большую помощь при разработке природоохранных, в том числе административных и законодательных мер, отслеживать их исполнение, своевременно вносить изменения и дополнения в имеющиеся законы и постановления на основе базовых научных экологических принципов и концепций (Ципилева, 2004).

Восстановление среды обитания

ГИС является эффективным средством для изучения среды обитания в целом, отдельных видов растительного и животного мира в пространственном и временном аспектах. Если установлены конкретные параметры окружающей среды, необходимые, например, для существования какого-либо вида животных, включая наличие пастбищ и мест для размножения, соответствующие типы и запасы кормовых ресурсов, источники воды, требования к чистоте природной среды, то ГИС поможет быстро подыскать районы с подходящей комбинацией параметров, в пределах которых условия существования или восстановления численности данного вида будут близки к оптимальным. На стадии адаптации переселенного вида к новой местности ГИС эффективна для мониторинга ближайших и отдаленных последствий предпринятых мероприятий, оценки их успешности, выявления проблем и поиска путей по их преодолению (Трифонова, Мищенко, Краснощеков, 2005).

Научные исследования и техническая поддержка

Функциональные интегральные возможности ГИС в наиболее явном виде проявляются и благоприятствуют успешному проведению совместных междисциплинарных исследований. Они обеспечивают объединение и наложение друг на друга любых типов данных, лишь бы их можно было отобразить на карте. К подобным исследованиям относятся, например, такие: анализ взаимосвязей между здоровьем населения и разнообразными (природными, демографическими, экономическими) факторами; количественная оценка влияния параметров окружающей среды на состояние локальных и региональных экосистем и их составляющих; определение доходов землевладельцев в зависимости от преобладающих типов почв, климатических условий, удаленности от городов и др.; выявление численности и плотности ареалов распространения редких и исчезающих видов растений в зависимости от высоты местности, угла наклона и экспозиции склонов (Смардак, 2005).

Сборники данных и публикации

ГИС значительно упрощает процедуру публикации любых видов картографической продукции. С помощью встроенного языка программного обеспечения (например, ARC/INFO ARC Macro Language (AML)) можно написать программы автоматического создания любых типов печатных карт, графиков, диаграмм и таблиц. Кроме того, простые программные продукты (типа ArcView GIS) позволяют просматривать и напрямую оперировать с данными, содержащимися в базе данных ГИС любому, даже малоопытному, пользователю. При помощи таких простых и легкодоступных программ любой пользователь имеет возможность считывать и распечатывать карты (записанные, например, на CD-ROM в формате ГИС ARC/INFO) (Дьяченко, 2005г.).

Экологическое образование

Поскольку создание бумажных карт с помощью ГИС значительно упрощается и удешевляется, появляется возможность получения большого количества разнообразных природных карт, что расширяет возможности и широту охвата программ и курсов экологического образования. Ввиду простоты копирования и производства картографической продукции ее может использовать практически любой ученый, преподаватель или студент. Более того, стандартизация формата и компоновки базовых карт служит основой для сбора и демонстрации данных, получаемых учащимися и студентами, обмена данными между учебными заведениями и создания единой базы по регионам и в национальном масштабе. Можно подготовить специальные карты для землевладельцев с целью ознакомления их с планируемыми природоохранными мероприятиями, схемами буферных зон и экологических коридоров, которые создаются в данном районе и могут затронуть их земельные участки (Лычак, Бобра,2005).

Иерархия связи систем координат и проекций Мониторинг

По мере расширения и углубления природоохранных мероприятий одной из основных сфер применения ГИС становится слежение за последствиями предпринимаемых действий на локальном и региональном уровнях. Источниками обновляемой информации могут быть результаты наземных съемок или дистанционных наблюдений с воздушного транспорта и из космоса. Использование ГИС эффективно и для мониторинга условий жизнедеятельности местных и привнесенных видов, выявления причинно-следственных цепочек и взаимосвязей, оценки благоприятных и неблагоприятных последствий предпринимаемых природоохранных мероприятий на экосистему в целом и отдельные ее компоненты, принятия оперативных решений по их корректировке в зависимости от меняющихся внешних условий (Трифонова, Мищенко, Краснощеков, 2005).