Тенденції розвитку програмного ГІС-забезпечення

Розглянемо основні сучасні тенденції розвитку інструментальних ГІС і геоінформаційних технологій в цілому, оскільки, як було показано в першому розділі, саме в інструментальних ГІС, або програмних ГІС-пакетах, сьогодні в якнайповнішому вигляді реалізуються геоінформаційні технології. Більше того, останніми роками простежується чітка тенденція інтеграції інструментальних ГІС з тими технологіями роботи з просторово-координованою інформацією, які ще донедавна були реалізовані тільки в рамках самостійних програмних продуктів. Відзначимо тут введення в останні версії комерційних ГІС-пакетів (IDRISI Kilimanjaro, ArcGIS й ін.) модулів, що забезпечують виконання геостатистичного аналізу просторових даних і моделювання безперервних поверхонь, які раніше проводилися з використанням незалежного програмного забезпечення — Gstat, GST, MICROMINE, Surfer та ін.
З іншого боку, спостерігається проникнення геоінформаційних технологій, що складають основу функціональних або аналітичних можливостей інструментальних ГІС, у традиційні інформаційні технології. Так, у результаті угоди між фірмами MapInfo Corporation і Microsoft створено в рамках пакета Microsoft Office продукту Microsoft Map, а також версії СКБД Oracle, що підтримує роботу з просторово розподіленими даними — Oracle 8 i Spatial. Ця тенденція дає підставу деяким аналітикам говорити про «розчинення ГІС у загальному потоці інформаційних технологій» (Блинкова, 2000), оскільки все частіше ГІС використовується не сама по собі, а як елемент системи керування великими просторово-розподіленими проектами. Наприклад, ГІС стає частиною диспетчерської системи газопроводу, як у проекті «Блакитний потік» (газопроводу по дну Чорного моря), де застосовується для координації роботи тисяч людей, зайнятих на його будівництві і фізично розділених великими відстанями. В останньому випадку доступ до географічної інформації і її редагування виконується через Інтернет.
Інтеграція ГІС і Інтернет є ще однією із сучасних тенденцій розвитку геоінформаційних технологій. Інтернет все більше використовується для поширення атрибутивних і картографічних даних. Зокрема, фірмою ESRI в Інтернеті створена Географічна мережа (Geographical Network) — глобальна мережа географічних інформаційних споживачів і постачальників. Вона забезпечує інфраструктуру, потрібну для підтримки сумісного використання географічної інформації серед постачальників даних, постачальників послуг і споживачів у всьому світі. Через Географічну мережу можливе здійснення доступу до багатьох видів географічної інформації, включаючи статичні карти, динамічні карти і масиви атрибутивних даних. Останніми роками розробники програмного забезпечення ГІС все більше уваги приділяють програмним засобам, що дають можливість створення Web-серверів, здатних забезпечувати доступ через Інтернет до інформаційних ресурсів видалених баз просторових даних і можливість надання деяких найпопулярніших можливостей ГІС, як, наприклад, картографування, пошук адрес, маршрутизація, аналіз близькості та ін., для інтеграції в широку різноманітність додатків розробників. Для реалізації цихфункцій, зокрема, до складу сімейства ГІС-пакетів ArcGIS останніх версій введено пакети ArcIMS (Internet Map Server), який забезпечує можливість публікації карт, даних і метаданих в Інтернеті, і ArcGIS Server, що дозволяє створювати розподілені багатоярусні інформаційні системи. Програмні засоби для роботи в Інтернеті створені й іншими розробниками програмного ГІС-забезпечення. На думку фахівців, вже в найближчому майбутньому серверні ГІС стануть не тільки важливим доповненням, а й у багатьох випадках альтернативою настільним геоінформаційним системам, що дозволить значно розширити доступ до просторової інформації і зменшити її вартість.
Основними виробниками програмних засобів ГІС індивідуально і під егідою авторитетної неурядової міжнародної організації Консорціум відкритих ГІС (Open GIS Consortium, OGS) проводиться активна політика щодо подолання проблеми форматів просторових даних. Можна говорити про існування вираженої тенденції до «Відкритої ГІС». Це виявляється і в переліках форматів імпорту-експорту відомих інструментальних ГІС, що постійно розширюються, і в розробленні нових інструментальних ГІС, які характеризуються якісно новими можливостями в роботі з різними форматами даних. Назвемо тут реалізацію в другій половині 90-х років XX ст. фірмою INTERGRAPH (США) програми «Юпітер» і розробку програмного ГІС-пакета нового покоління GeoMedia Professional, а також розробку у 2001 р. фірмою Hitachi Software Global Technology, Ltd (США) програмного пакета під символічною назвою «AnyGIS» (будь-яка ГІС), здатного працювати, за запевненнями розробників, «з будь-якими форматами, отриманими з будь-яких джерел». Нарешті, за даними Інтернету, 17 вересня 2003 р. «спонукувані запитами ринку» фірми Laser-Scan, Autodesk, Intergraph and MapInfo (всі є членами OpenGIS Consortium) прийняли ініціативу щодо досягнення повної сумісності ГІС-продуктів цих трьох фірм, що є провідними у світі виробниками програмного ГІС-забезпечення.
Бурхливий прогрес комп'ютерної техніки зняв обмеження на можливість використання персональних комп'ютерів як апаратної платформи для переважної більшості комерційних ГІС-пакетів. З'явився новий клас обчислювальних пристроїв — кишенькових персональних комп'ютерів (КПК) і — відповідного рівня програмного ГІС-забезпечення. Зокрема, фірмою ESRI випущений пакет ArcPad для встановлення на КПК під операційною системою Windows СЕ для мобільного картографування і забезпечення геоінформаційними технологіями мобільних систем. Пакет підтримує досить широкий спектр форматів просторових даних — шейпфайли (ESRI), MrSID (Lizard Tech), біт-формат (Windows), JPEG (ArcIMS Image Survices) через Інтернет.

Питання і завдання для самоперевірки

1. Дайте загальну характеристику сімейства пакетів ArcGIS 9.x компанії ESRI.
2. Охарактеризуйте структуру базових модулів пакетів ArcGIS Desktop версії 9.x.
3. Які компоненти складають «модулі розширення» пакетів ArcGIS Desktop версії 9.x і в чому полягає їх призначення?
4. Якими є основні програмні ГІС-продукти фірми Intergraph і в чому полягають їх основні функціональні і аналітичні можливості?
5. Охарактеризуйте основні програмні ГІС-продукти фірми Bentley Systems.
6. Охарактеризуйте основні програмні ГІС-продукти фірми Autodesk.
7. Дайте характеристику вітчизняних програмних пакетів для обробки даних інженерних досліджень і проектування.
8. Дайте характеристику ГІС-пакета MapInfo Professional, його апаратної і програмної платформ, функціональних і аналітичних можливостей, сучасного використання пакета.
9. Дайте характеристику апаратної і програмної платформ, складу, функціональних можливостей пакета IDRISI.
10. Які аналітичні можливості має пакет IDRISI?
11. Які функціональні і аналітичні можливості має пакет PCRaster?
12. Дайте характеристику сімейства програмних продуктів GeoDraw/GeoGraph.
13. У чому полягають сучасні світові тенденції розвитку програмного ГІС-забезпечення?

Розділ 11. Сучасні геоінформаційні системи

Класифікація сучасних ГІС

Останніми десятиріччями у світі розроблено велику кількість різноманітних геоінформаційних систем. Запропоновано різні класифікації, кожна з яких певною мірою ранжирує існуюче різноманіття в певну кількість однорідних класів з використанням однієї або декількох ознак.

Звичайно геоінформаційні системи класифікують за такими ознаками:
- за призначенням — залежно від цільового використання;
- за проблемно-тематичною орієнтацією — залежно від сфери застосування;
- за територіальним охопленням — залежно від розміру території і масштабного ряду цифрових картографічних даних, що складають базу даних ГІС.

Наведемо узагальнення наявних класифікацій за цими ознаками, спираючись на роботи (McLaughlin et al., 1987; Bracken et al., 1989; Отраслевой стандарт.., 1997 та ін.).

За призначенням геоінформаційні системи поділяють на багатоцільові та спеціалізовані. Багатоцільовими системами, як правило, є регіональні ГІС, призначені для розв'язання широкого спектра завдань, пов'язаних з регіональним керуванням. Спеціалізовані ГІС забезпечують виконання однієї або кількох близьких функцій. До них, як правило, відносять геоінформаційні системи:
- інформаційно-довідкові;
- моніторингові;
- інвентаризаційні;
- прийняття рішень;
- дослідницькі;
- навчальні.

Характеристика ГІС чотирьох перших цільових призначень наведена в п. 1.4.
Дослідницькі ГІС створюються для забезпечення розв'язання будь-якої наукової проблеми або сукупності наукових проблем із застосуванням методів просторово-часового аналізу й моделювання. Прикладом може бути геоінформаційна система басейну річки Бутеня (Київська область, Богуславська польова експериментальна гідрометеорологічна база УкрНДГМІ), створена для розв'язання проблеми прогнозу просторового перерозподілу радіонуклідів у басейні малої річки в рамках виконання міжнародного проекту SPARTACUS (SPARTACUS, 2000). База просторових даних геоінформаційної системи р. Бутені складається із понад тридцяти шарів даних, що характеризують рельєф (цифрова модель рельєфу і похідні від неї карти ухилів, експозицій, поздовжньої і поперечної кривизни схилів та ін.), гідрографічну мережу (карти місцевих ліній течії, водозборів, «вищерозміщених елементів», ухилів, гідравлічної жорсткості та ін.), ґрунтовий покрив (карти генетичних типів ґрунтів, ґрунтотвірних порід, еродованості, а також параметрів, що характеризують водно-фізичні і протиерозійні властивості ґрунтів та їх радіоактивне забруднення), природну і культурну рослинність (карти лісів, сільськогосподарських угідь, сівозмін і параметрів, що їх характеризують) і землекористування (карти типів землекористування, дорожньої мережі та ін.).

Навчальні ГІС розробляються для забезпечення навчального процесу, як правило, у вищих навчальних закладах. Як об'єкт у таких геоінформаційних системах частіше за все розглядаються території польових стаціонарів — баз навчальних польових практик студентів. Прикладами навчальних ГІС є ГІС «Сатіно», розроблена на географічному факультеті Московського державного університету ім. М.В. Ломоносова (Лурье, 1998) і ГІС Навчального географічного стаціонару «Кринички» (північ Одеської області), яка розробляється на геолого-географічному факультеті Одеського національного університету ім. 1.1. Мечникова. Остання складається з банку просторової (картографічної) інформації і пов'язаних з нею атрибутивних даних для території польового стаціонару загальною площею близько 100 км кв та бібліотеки прикладних модулів, що реалізують навчальні, наукові і прикладні завдання на основі Банку даних і можливостей геоінформаційних технологій.

За проблемно-тематичною орієнтацією звичайно виділяють типи геоінформаційних систем, що відповідають «основним сферам застосування ГІС» (див. п. 1.4), тобто:
- земельно-кадастрові;
- екологічні і природокористувальницькі;
- інженерних комунікацій і міського господарства;
- надзвичайних ситуацій;
- навігаційні;
- соціально-економічні;
- геологічні;
- транспортні;
- торгово-маркетингові;
- археологічні;
- військові;
- інші.

У категорії «інші» в цій класифікації може бути пойменована ще достатньо велика, причому така, що продовжує збільшуватися, кількість типів ГІС, оскільки сфера застосування ГІС не обмежена переліком зазначених вище сфер розширюється далі.

За територіальним охопленням найбільш логічним є поділ геоінформаційних систем на:
- глобальні;
- загальнонаціональні;
- регіональні;
- локальні.

Глобальні геоінформаційні системи охоплюють або всю земну кулю, наприклад, як Глобальний банк природно-ресурсної інформації (GRID), або якусь її значну частину — як геоінформаційна система Європейського співтовариства CORINE, характеристика яких наведена в наступному пункті. Загальнонаціональні ГІС, як це випливає із назви, охоплюють територію всієї країни, регіональні — якусь її частину, таку, як економічний район, адміністративна область чи група суміжних областей, басейн великої річки і т.ін. До категорії «локальні ГІС» відносять геоінформаційні системи меншого територіального охоплення, але рекомендації щодо територіальних обмежень локальних ГІС відсутні. До даної категорії, як правило, належать і муніципальні геоінформаційні системи (МГІС) — специфічна категорія геоінформаційних систем, що розробляються для території міста або його частини.

Великі ГІС-проекти

Електронний атлас України

Електронний атлас України є пілотним проектом Національного атласу України, виконавцями якого є співробітники Інституту географії НАН України і Товариства з обмеженою відповідальністю «Інтелектуальні системи ГЕО». Керівник проекту —доктор географічних наук, член-кореспондент НАНУ Л.Г. Руденко, співкерівник — кандидат фізико-математичних наук B.C. Чабанюк, менеджер — А.І. Бочковська. За створення Атласу України 24 лютого 2003 р. Президія НАНУ на своєму засіданні присудила члену-кореспонденту НАНУ Л.Г. Руденку та першому заступнику директора ТОВ «Інтелектуальні системи ГЕО» кандидату технічних наук О.Є. Литвиненку премію імені В.І. Вернадського.
Атлас розроблено з використанням новітніх результатів досліджень інститутів Національної академії наук України (географії, геофізики, геологічних наук, ботаніки, зоології), Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту та даних Державного комітету статистики, Міністерства економіки та деяких інших міністерств і відомств, серед яких автори особливо відзначають активну допомогу працівників Міністерства охорони навколишнього природного середовища і ядерної безпеки як консультантів та експертів (Атлас України.., 2000).
Роботи зі створення електронної версії пілотного проекту Національного атласу виконані за фінансової підтримки Національної академії наук України та Канадського центру досліджень міжнародного розвитку. Саме цей центр надав грант на розробку атласу, а його працівники своїми консультаціями сприяли ходу виконання робіт.
Електронний атлас України за допомогою системи карт наводить інформаційний образ держави стосовно її природних, соціальних, економічних і екологічних особливостей. Він належить до атласів загального використання, які розраховані на широке коло користувачів і призначені, перш за все, для довідкових цілей. Атлас забезпечує можливість отримати загальне і досить повне уявлення про зображені на його картах природні і соціально-економічні явища. Крім того, Атлас може стати посібником при вивченні України та її регіонів.

Головною складовою інформаційного забезпечення Атласу є набір електронних карт. Але до складу Атласу також входять текст, діаграми, таблиці і фотографії, які значно доповнюють картографічну інформацію. Він структурований за тематичними блоками:
- загальні відомості про країну;
- природні умови і природні ресурси;
- населення;
- економіка;
- екологія.

Всього в Атласі 40 розділів, 176 карт, 200 графіків і 110 фотографій. Інформаційне забезпечення подане, як правило, станом на 01.01.1998 р. Інші дати зазначені в легендах карт та додаткових матеріалах.
За допомогою Атласу можна вирішувати такі завдання:
- в екологічній сфері — аналіз стану і динаміки екологічної ситуації в Україні та її регіонах;
- у сфері економічної діяльності — забезпечення державних, регіональних та локальних управлінських структур всебічною інформацією про розвиток і функціонування господарства, економічні зв'язки, їх динаміку та можливі напрямки трансформації;
- у соціальній сфері — аналіз розміщення та рух населення, його етнічних і культурних ознак, соціальних процесів, що відбуваються в суспільстві;
- у сфері освіти — забезпечення шкільної, вузівської та інших рівнів освіти та просвіти доступною аналітичною і інтегрованою інформацією про державу та її регіони.

Інформація, що міститься в Атласі, є відкритою. її можна використовувати при підготовці доповідей, рефератів, інших документів. При використанні матеріалів обов'язковим є посилання на Атлас, а при використанні карт — додатково на авторів карт. Посилання на Атлас слід подавати у вигляді: Атлас України. Пілотний проект електронної версії Національного атласу України. Інститут географії НАН України. ТОВ «Інтелектуальні системи ГЕО». Київ, 2000.
Програмну реалізацію Електронного атласу України виконано з використанням сучасних Інтернет-технологій, а саме: HTML, JavaScript, ActiveX-об'єктів. Вибір способу реалізації зумовлений насамперед можливістю його перегляду ліцензійним програмним забезпеченням, яке є в користувача. У даному випадку це -Microsoft Internet Explorer. Використання мови HTML надає можливість структурувати Атлас за допомогою так званих фреймів - кадрів на HTML-сторінках.
Головне вікно Атласу розділене на три фрейми (рис. 11.1). Верхній фрейм, або «Навігація», виконує функції переміщення по інформаційних матеріалах системи. Лівий («Зміст») і правий («Результат») фрейми надають можливість вибирати і переглядати карти, текстові описи, фотографії та інші інформаційні матеріали, що входять до Атласу. Якщо в правому фреймі завантажується карта, то в правій частині фрейму з'являється додаткова панель управління, яка дозволяє в інтерактивному режимі переміщувати карту, змінювати її масштаб, одержувати інформацію про об'єкти на карті та здійснювати їх пошук, переглядати легенду та опис карти тощо, тобто виконувати типово ГІСівські операції маніпулювання просторовими даними.

Рис. 11.1. Структура головного вікна Атласу України (доступно при скачуванні повної версії підручника)

Для роботи з Атласом необхідний персональний комп'ютер не нижче Intel x86 Pentium-133 з операційною системою Windows 95 або вище, броузер Internet Explorer 4.0 або вище, 16 Mb RAM, чотиришвидкісний CD-ROM. Рекомендується відеокарта SVGA 1 Mb, High Color (16 bit), мінімальна роздільна здатність екрана — 800x600 точок (рекомендовано 1024x780 точок).