Класифікація та призначення програмних засобів географічних інформаційних систем.

Перед тим як докладно розглянути класифікацію та призначення програмних засобів геоінформаційних систем необхідно відмітити наступне.

Сьогодні на практиці використовують три види графічних систем: CAD, Mapping, ГІС. Тому необхідно спочатку розглянути їх сутність та основні відмінності.

CAD – це системи, що призначені для автоматизованого проектування з використанням засобів машинної графіки. Вони орієнтовані, як на персональні комп’ютери так і на робочі станції. Такого роду системи працюють тільки з технічними кресленнями. В процесі традиційного проектування передача інформації здійснюється, як правило, за допомогою креслень, графіків, діаграм. Застосування CAD – систем має великі переваги перед звичайним кресленням: більша швидкість виконання робіт (у 2,5 – 3 рази більше); можливість докладного перегляду будь-якого елементу креслення в необхідному масштабі, підвищення якості креслень (внесення будь-якої кількості змін); багатократне копіювання. Спочатку CAD – системи використовувалися, як двовимірні системи. Подальша їх еволюція пов’язана з використанням тривимірних моделей об’єктів і операцій над ними (перенесення, поворот, масштабування, візуалізація моделі тривимірного об’єкту тощо). Ці системи підтримують великий перелік засобів введення/виводу інформації, дозволяють працювати з окремими шарами інформації, але не мають можливості працювати з картою, оскільки маніпулюють тільки з геометричними об’єктами: коло, еліпс, куб, паралелограм, тощо.

Карта на відміну від геометричних фігур містить ще і лінійні та площинні елементи, а головне, має – тематичне навантаження, яке пов’язане з її просторовими об’єктами, що не можливо забезпечити засобами CAD. В зв’язку з цим CAD – системи не можуть використовуватися для побудови карт. Для вирішення цього завдання призначені інші автоматизовані графічні системи – Mapping.

Mapping (картографічні) системи - це програмні продукти, що спеціально призначені для професійного створення карт. Вони базуються на використанні робочих станцій, хоча є і окремі настільні системи для персональних комп’ютерів, за допомогою яких складаються прості за змістом карти. Mapping - системи дозволяють створити високоякісну карту, але вони не націлені на управління даними протягом тривалого часу, практично відсутні засоби аналізу і моделювання ситуацій. Ці функції виконує користувач. Такими засобами аналізу і моделювання та роботи з базами даних володіють тільки географічні інформаційні системи.

Тепер доцільно розглянути основні відміни геоінформаційних систем від Mapping – систем та Mapping і CAD – систем. По-перше, ГІС володіють розвинутими засобами аналізу даних, на їх основі може бути побудована нова карта, створений новий звіт, створені бази географічних даних. По-друге, інформація в ГІС призначена для тривалого за терміном зберігання інформації, припускається її подальша обробка та передача в інші інформаційні системи.

В той же час Mapping – системи дозволяють створювати якісні карти, де всі елементи змісту наперед відомі. Ці дані зберігаються у спеціальних бібліотеках, і робота картографа полягає у контролі за їх правильним нанесенням на аркуш карти, що створюється.

ГІС у порівнянні з CAD – системами мають розвинуті засоби аналізу даних, в них використовуються різні математичні моделі, за допомогою яких можливо створювати карти з новим змістом, що не можливо зробити засобами CAD – систем.

Сьогодні існує тенденція постійного зближення між Mapping – системами і ГІС. Системи картографування почали оснащуватися засобами аналізу просторових даних і можливістю передачі цих даних. В подальшому, можливе поєднання цих двох видів систем.

Після того, як ми розглянули розподіл графічних систем, тепер спробуємо дати можливу класифікацію географічних інформаційних систем. Класифікувати ГІС можливо за різними ознаками. Перший підхід передбачає їх класифікацію за архітектурними принципами побудови. Існує три типи архітектури побудови геоінформаційних систем: “закриті”, “спеціалізовані”, “відкриті”.

“Закриті” геоінформаційні системи. Такі ГІС не мають можливостей розширення функцій, у них відсутні вбудовані мови програмування, не передбачено написання спеціалізованих додатків, вони будуть виконувати тільки заздалегідь запроектовані функції. В випадку зміни завдань, які потрібно виконувати користувачу, така система буде нездатною їх вирішити.

“Спеціалізовані” геоінформаційні системи. Системи цього типу пропонуються разом з бібліотекою додатків і будуються з визначеного набору цих додатків, які потрібні користувачу. Недоліком є те, що у випадку виникнення потреби у нових функціях, вартість поповнення такої системи новим програмним забезпеченням буде непередбачено великою.

“Відкриті” геоінформаційні системи. Системи цієї категорії звичайно мають від 70% до 90% вбудованих функцій, які потрібні користувачу, і на 10% - 30% можуть бути добудовані самим користувачем за допомогою спеціального апарату створення додатків. Термін “відкриті” системи означає відкритість до користувача, легкість у пристосуванні, розширенні, у змінах, можливість адаптації до нових форматів, даних, що змінюються, зв’язок між існуючими додатками. Користувачу звичайно відомі власні потреби та за допомогою апарату побудови додатків, він може створити найкращі системи для виконання завдань, що поставлені перед ним. “Відкриті” системи звичайно коштують більше ніж системи розглянутих двох попередніх класів, але їх життєвий цикл дуже великий.

Іншій підхід до класифікації ГІС передбачає їх розподіл в залежності від апаратного забезпечення та функцій геоінформаційних систем. Розглядаючи сучасні ГІС необхідно врахувати, що можливості різних класів цих систем неоднакові. Тому можливо визначити три групи геоінформаційних систем.

Перша група – це потужні, орієнтовані на робочі станції та мережеву експлуатацію географічні інформаційні системи. Вони обробляють колосальні обсяги інформації, мають різні засоби вводу (від дигітайзерів і сканерів до станцій обробки космічних знімків) і виводу, що забезпечують типографську якість карт, що отримуються. Ці системи мають універсальний характер, що дозволяє їх використовувати в різних галузях з однаковим успіхом. До цієї групи відносяться ГІС наступних фірм-розробників: INTERGRAPH, ESRI, GDS, SYSSCAN.

Друга група – це спеціалізовані ГІС, орієнтовані на робочі станції менш потужні ніж для першої групи та створені для вирішення певних завдань, наприклад, обробка даних дистанційного зондування Землі, ведення земельного кадастру. При вирішенні цих завдань вони досягають результатів, які іноді перевищують аналогічні результати універсальних геоінформаційних систем та мають необхідний набір функцій, який забезпечує їм стандартні можливості ГІС. До них відносяться системи: PROCART, FINGIS, SYSTEM 9.

Третю групу геоінформаційних систем складають настільні ГІС, що працюють на персональних комп’ютерах і призначені для навчальних і довідково-інформаційних завдань, і які внаслідок обмеженості наявних машинних ресурсів не мають розвинутих засобів аналізу даних. Це геоінформаційні системи: MapInfo, Arc View, ATLAS GIS.

Окремо потрібно розглянути обмежені версії потужних ГІС (INTERGRAPH, ARC/INFO), що призначені для персональних комп’ютерів. Оскільки спочатку ці системи створювалися для потужних робочих станцій, то при перенесенні на малопотужні персональні комп’ютери не враховувалися обмеження на розмір пам’яті та швидкодію, які характерні для персональних комп’ютерів. Тому такі програмні продукти мають досить скромні можливості у порівнянні з версіями цих самих систем для робочих станцій і значно поступаються швидкодії ГІС, що розроблені спеціально для персональних комп’ютерів. Однак у них є суттєвий плюс – це сумісність з версіями для робочих станцій та підтримка фірмами – виробниками. Спочатку можливо використовувати версію для персонального комп’ютеру, на ній створювати бази даних, які потрібно негайно організовувати і зберігати, а потім закупати версію для робочої станції. Дані з персонального комп’ютера на робочу станцію можливо перенести без зайвих труднощів та ускладнень.

Розглянувши існуючі загальні підходи до класифікації географічних інформаційних систем тепер безпосередньо перейдемо до розгляду класифікації та призначення програмних засобів ГІС.

Програмні засоби ГІС являють собою сукупність інтегрованих в різній мірі програм, що забезпечують реалізацію основних функцій геоінформаційної системи. В загальному випадку можливо визначити шість його складових (базових модулів):

- вводу та верифікації даних;

- збереження та маніпулювання даними;

- перетворення систем координат та трансформування картографічних проекцій;

- аналізу та моделювання; виводу та подання даних;

- взаємодії з користувачами.

Крім того програмне забезпечення будь-якої ГІС розподіляється на: загальносистемне, базове та прикладне.

Загальносистемне програмне забезпечення призначено для організації функціонування технічних засобів системи. В персональних комп’ютерах та робочих станціях – це операційні системи МS DOS та UNIX, WINDOWS NT, операційні оболонки Нортон Komander, WINDOWS, PC TOOLS.

До базового програмного забезпечення відносяться програми, що забезпечують правильне функціонування прикладних програм. Основним базовим програмним забезпеченням для ГІС є програмне забезпечення машинної графіки. До нього відносяться: програмне забезпечення сканерної обробки картографічних матеріалів, програми - векторізатори, графічні редактори PAINT BRASH, CORELDRAW та інші, а також спеціалізовані графічні модулі.

За допомогою прикладного програмного забезпечення реалізується математичне забезпечення процесу безпосереднього виконання всіх функцій географічною інформаційною системою. До його складу відносяться пакети прикладних програм обробки аерофотознімків, обчислення параметрів з однієї картографічної проекції в іншу, розрахунків тривимірних об’єктів, прокладки маршрутів тощо.

Склад та особливості програмного забезпечення ГІС визначаються замовником та можуть доповнюватися в процесі її експлуатації.

Враховуючи широкий спектр і специфічні особливості реалізуємих функцій, програмне забезпечення геоінформаційних систем сьогодні складає значну частину світового ринку програмного забезпечення. Кількість таких ГІС-програм вимірюється декількома десятками. Однак, якщо говорити про найбільш відомі ГІС-пакети і які широко використовуються, то їх кількість обмежується 10-15.

За підсумками досліджень щодо аналізу світового ринку геоінформаційних систем, які були проведені у США, перше місце займає ГІС-пакет MapInfo, розроблений Mapping Information Systems Corporation (США). Друге місце – ГІС ARC/INFO, що розроблена Каліфорнійським інститутом досліджень природного середовища (ESRI) США. Широко відомі ГІС: IDRISI (Університет Кларк (США)); ATLAS GIS (фірма Strategic Mapping Incorporation (США)); MGE фірми INTERGRAPH (США); SPANS MAP/SPANS GIS (США) фірма Tydac Technologies Corporation; ILWIS (Міжнародний інститут аерофотозйомки і наук про Землю (Нідерланди)); SICAD фірми Simens Nixdorf (Германія); GEOGRAPH/GEODRAW (Росія, (Інститут географії РАН)); WINGIS (Австрія фірма PROGIS); SMALLWORLD GIS (Великобританія фірма Smallwolrd Mapping Inc.); SYSTEM9 (CША фірма Prime Computer-Wild). Характеристика платформ та операційних систем, на яких і під якими, відповідно запускається більшість з розглянутих ГІС-пакетів, а також найбільш характерні області їх застосування надані у табл. 1.6.

Розглядаючи склад програмного забезпечення геоінформаційних систем потрібно окремо відмітити те, що більшість сучасних ГІС має вмонтовані мови. Мови, що використовуються в геоінформаційних системах, розподіляються на мови програмування та мови проектування.

В свою чергу мови проектування складаються з п’яти основних груп: вхідні; вихідні; внутрішні; супроводження; проміжні. В якості вхідних мов проектування в системі повинна застосовуватися спеціально сформована та адаптована для вводу мовна система, що складається з правил створення та бібліотеки машинно-орієнтованих картографічних умовних знаків (МОКУЗ). Внутрішня машинна мова цифрової карти може бути подана в одній з форм, що зручна для роботи ЕОМ. Такими формами є формальні граматики, структури, ієрархічні дерева, графи, мережі та ін. В якості вихідної мови повинна використовуватися розроблена бібліотека машинно-орієнтованих картографічних умовних знаків в растровій та векторній формах.

Необхідно враховувати ще і наступну умову. Цифрова картографічна інформація є складовою частиною цифрової інформації, яка приймається, обробляється, зберігається та передається по телекомунікаційним мережам користувачам в процесі функціонування ГІС. Тому питання встановлення стандартів на цифрову інформацію, в тому числі і встановлення стандарту на цифрову картографічну інформацію є дуже важливим і досить складним питанням, що пов’язане з побудовою та процесом функціонування будь-якої геоінформаційної системи.

В процесі функціонування геоінформаційних систем застосовуються два типи стандартів подання даних. Це – внутрішні та зовнішні. Внутрішні стандарти покращують інтеграцію системи з іншими інформаційними системами, програмне та апаратне забезпечення. Зовнішні стандарти спрощують інтеграцію ГІС з іншими ГІС-технологіями через сумісність в управлінні базами даних, адмініструванні даними, апаратному забезпеченні, тощо. Стандарти впливають на програмне забезпечення для інтерфейсу користувача, занесення просторових та алфавітно-цифрових даних, управління, аналізу і пошуку, підтримки операційної системи, та мережевих комунікацій.

 

 

Таблиця 1.6.