Стоит только начать работать с геоинформационными системами (ГИС), как приходит понимание их незаменимости в работе любого руководителя или сотрудника организации, имеющего дело с географически распределенными данными.

Год назад передо мною возникла задача нанести на карту для совместной работы несколько сот объектов, раскиданных по муниципальному району. Поэтому изначально искал веб-сервис, позволяющий отобразить мои данные на карте в Интернет, но позже изменил подход – оказалось, что полезные возможности от визуализации данных на карте возрастают на порядок, если использовать веб-сервисы совместно с десктопными решениями.

Тогда я наше время для некоторого углубления в предмет и изучения рынка, проанализировал различные платные и бесплатные ГИС, и выяснил, что знакомые геодезисты и специалисты, работающие в сфере градостроительной деятельности, предпочитают ГИС «ИнГЕО» (тот же AutoCAD, только заточенный под создание информационной системы обеспечения градостроительной деятельности). Другая часть ГИС-пользователей устанавливает на свои компьютеры MapInfo.

Но тут оказалось, что менее искушенные товарищи радуются бесплатному (Open Source) решению QGIS, которое с их слов закрывает нужды широкого круга специалистов, от руководителей экономической безопасности и директоров строительных компаний до геодезистов. Причем, закрывает не хуже по отношении к названным выше коммерческим ГИС, чем LibreOffice нужды пользователей Microsoft Word - вопрос исключительно в привычке.

Так QGIS стал для меня персональным открытием года. И если сначала с недоверием отнесся к утверждению своего знакомого, что QGIS быстро вытесняет дорогостоящие профессиональные ГИС, то теперь полагаю, что такое утверждение имеет право на жизнь.

На скриншоте ниже показан пример данных, обработанных нами в QGIS и выложенных на бесплатный облачный веб-сервис NextGIS.com для совместной работы. С NextGIS.com мы познакомимся ниже.

Со временем информация в ГИС накапливается, появляется возможность одним нажатием кнопки отображать комбинации слоев карт с казавшейся когда-то несвязанной тематикой и делать открытия, которые ранее не были очевидными.

Геоинформационная система QGIS

→ Ссылка на проект

QGIS – это свободная бесплатная десктопная географическая информационная система с открытым кодом. С ее помощью можно создавать, редактировать, визуализировать, анализировать и публиковать геопространственную информацию в Windows, Mac, Linux, BSD (а вскоре и на Android). Система хорошо документирована на русском языке, плюс у нее обширное русскоязычное сообщество пользователей и разработчиков.

Функциональность QGIS определяется большим количеством устанавливаемых расширений, загружаемых через меню «Управление модулями». Можно найти модули под самые разнообразные задачи, от геокодинга, до упрощения геометрии, интеграции с картографическими веб-сервисами и 3D-моделирования ландшафта.

Задача настоящей статьи – дать общее представление о возможностях QGIS. Как то или иное исполнить на практике – предлагаю гуглить и сразу пробовать по ходу статьи. Интерфейс приложения дружественен и понятен новичку, особенно если иметь представление об общих принципах работы ГИС которым во многом посвящена эта статья.

Файл проекта и файлы слоев QGIS

Основные объекты, с которыми пользователь работает в ГИС – это слои. Обычный слой представляет собой таблицу, каждой строке которой соответствуют по одному объекту на карте. В отличие от привычных каждому таблиц в стиле Microsoft Excel кроме атрибутивных данных, таких как, например, наименование объекта недвижимости, арендатора, адреса, площади и т.д., в таблице QGIS есть столбец, по умолчанию скрытый, с так называемой «геометрией» объекта – пространственными данными, позволяющими отобразить на карте объект, описанный в соответствующей строке этой таблицы.

В зависимости от типа слоя объектами, которые могут быть разнесены по карте, являются растровые объекты (изображения, например, куски спутниковых снимков) или векторные данные, которые описываются координатам вершин. Существуют три основных типа векторных объектов:

• точки;
• линии, в том числе ломаные;
• полигоны (замкнутые линии площадных объектов).

Пользователю QGIS важно понимать где именно хранятся таблицы, строки которых содержат пространственные данные. В приложении мы формируем проект, в котором создаем новые, или в который затаскиваем ранее созданные или публично доступные таблицы. Это могут быть табличные файлы в разнообразных форматах, таблицы баз данных, созданных QGIS или другими приложениями, публичные и частные веб-сервисы.

В простейшем варианте пользователь создает свои слои в табличных файлах с расширением «.shp» (от англ. Shape – форма, облик) – родном формате QGIS. Один слой (таблица) содержится в одном файле.shp. Если необходимо передать кому-то картографическую информацию для дальнейшей работы, то можно отправить один файл «.shp», хотя во многих случаях целесообразнее запаковать в архив и передать всю папку проекта.

Как уже было сказано, для хранения геометрии отводится отдельное поле в таблице слоя. Если его нет в источнике (файле, базе данных, внешнем приложении), то QGIS поможет его создать. Это значит, что можно, например, присоединить в проект выгруженный из Microsoft Excel файл с адресами контрагентов в формате CSV, создать в нем поля геометрии или конвертировать в полноценный слой «.shp» для отображения этих адресов на карте.

QGIS позволяет присоединять в проект файлы таблиц слоев во множестве форматов, например MapInfo, ArcGIS или даже CSV, но как правило, после присоединения я их сразу конвертирую в формат QGIS (.shp), так как при этом появляются дополнительные возможности, особенно в части стилизации. Иногда присоединенные файлы слоев имеют неверную кодировку текста. В этом случае правильную можно выбрать в свойствах слоя.

Поскольку файлы не импортируются, а присоединяются в проект, то изменения, которые вносятся в строки таблицы будут сохраняться в эти же самые файлы. То есть, они станут видны во всех приложениях, использующих эту таблицу, и наоборот.

Что немного сбивает с толку новичка? Загруженные в проект слои по умолчанию защищены от записи и не редактируются, на них нельзя наносить новые объекты, передвигать их, изменять атрибуты и добавлять поля в таблице. Для всего этого необходимо выделить нужный слой и нажать кнопку редактирования. После этого станут доступны соответствующие другие кнопки и опции.

Не забывайте, что ваши правки распространяются на выделенный слой и если вы переключились на другой - прежний хотя и останется в режиме редактирования, но нанести на карту новый объект у вас не получится до тех пор, пока вы не выберите редактируемый слой вновь. Излишне напоминать, что надо периодически сохранять изменения редактируемого слоя (или целиком проекта), чтобы их не потерять.

Стили

Таблицы с данными и правила их отображения на карте (стили) хранятся и обрабатываются QGIS раздельно. Что такое таблицы мы поняли, теперь необходимо разобраться с тем, что такое стили.

Стиль устанавливается для каждой таблицы. Самое простое, что описывает стиль – это цвета, маркеры и изображения, используемые для отображения объектов таблицы на карте, форматирование и расположение подписей и поля таблицы из которых эти подписи формируются, масштаб при котором отображается слой или подписи. В том числе, с помощью стиля можно легко поставить оформление слоя на карте в зависимость от каких-нибудь полей этой или связанных таблиц. Например, отображать должников и кредиторов на карте разными символами.

Кроме того, можно настроить действия, которые производятся, например, при нажатии на маркер объекта на карте. Если вы желаете щелчком мыши по карте переходить на страницу объекта в закрытой корпоративной сети или запустить некое приложение для обработки объекта – нет проблем.

Использование слоев из публичных источников

Существуют специальные веб-сервисы WMS и WFS которые предназначены для передачи картографической информации. Пользователь использует специальную HTTP ссылку, по которой клиент пользователя (QGIS) запрашивает данные. Сервер отдает данные и они отображаются на мониторе пользователя. В некоторых случаях эти данные можно редактировать и возвращать на сервер.

Принципиальная разница между протоколами WMS и WFS заключается в следующем:

• WMS - передает картографическую информацию в виде готовых изображений (растров), привязанных к координатам.
• WFS - позволяет запрашивать и при наличии полномочий редактировать на карте векторные пространственные данные, такие как дороги, береговые линии, земельные участки и т.д.

Существует много полезных публичных сервисов для предоставления картографической информации в виде слоев (обычно WMS), доступных по веб-ссылке и напрашивающихся в наши проекты QGIS. Множество из этих сервисов доступны из модуля QGIS «Quick Map Services».

После установки модуля откройте в его настройках вкладку «Загрузить сервисы» и нажмите кнопку «Получить источники данных». Вам станут доступны публичная кадастровая карта, фотопланы от Google и Yandex, лицензионно чистая и, на мой взгляд, наиболее подробная из доступных карт OpenStreetMap (она же OSM), а также еще десятки полезных слоев, которые можно разместить в своем проекте.

Кроме того, некоторые сервисы предоставляют полезную информацию для автоматического анализа. Например, из OSM можно получить все региональные и федеральные дороги на карте с номерами, типами дорог, покрытием и т.д.

Геокодинг

Геокодинг – замечательное изобретение. Если под рукой есть таблица в Excel с адресами 10000 объектов (например, перечень контрагентов), почему бы их тоже не анализировать на карте.
Для этого в QGIS конвертируем таблицу из CSV-файла в слой.shp (модуль «RuGeocoder»). При этом таблица слоя получит скрытый столбец с геометрией (координатами точек), но он пока будет пуст.

Теперь с помощью того же модуля используем процедуру геокодинга, указываем таблицу слоя и ее поле с адресами, выбираем поставщика услуги. Мой выбор Yandex, поскольку он справляется с адресами на русском языке лучше всех.

Итак, запускаем процедуру геокодинга, ждем в среднем по секунде на каждый из обрабатываемых объектов и получаем всех их, раскиданными по карте.

Системы координат

Полезно понимать, что существуют различные системы координат. Их сотни.

В школе мы изучали только географические (WGS-84), представляющие точку на карте в виде градусов, минут, секунд широты и долготы. Однако в геоинформационных системах географические координаты хранятся в градусах и их десятичных долях, а минуты и секунды не используются (например, описание точки с координатами 45°34′55″ северной широты и 15°30′0″ западной долготы будут выглядеть так: 45.581944°, -15.5°).

Нередки случаи, когда из сторонних источников вы получаете слои, поля геометрии которых используют одну из прямоугольных систем координат. Прямоугольные системы активно используют геодезисты и проектировщики - это, так называемые, местные системы координат (МСК). Прямоугольные системы координат предполагают, что земля плоская и все измерения по осям абсцисс и ординат проводятся от конкретной нулевой точки в километрах от нее.

Зачем их так много? Дело в том, что допущение о плоской планете не позволяет использовать одну местную систему координат по всей Земле, так как уже через несколько сотен километров погрешность становится ощутимой. Зато они незаменимы в случае, когда требуется высокая точность на территории, ограниченной несколькими градусами широты и долготы. Так в Московской области геодезистами используются системы МСК-50 зоны 1 или 2.

QGIS позволяет выбрать систему координат для каждого слоя. То есть в одном проекте могут быть слои с разными системами координат, и они легко конвертируются из одной системы в другую – достаточно сохранить слой в shp-файл или базу данных, выбрав в качестве параметра новую систему. Кроме того в QGIS можно настроить систему координат в которую будут переводиться все слои проекта при их отображении на экране, а также системы которые будет устанавливаться по умолчанию для новых проектов и слоев в текущем проекте.

Информация о системе координат хранится вместе с таблицей в shp-файле QGIS, и передавая кому-либо файл слоя вместе с ним вы передаете соответствующие настройки. В других источниках слоев, включаемых в проект, информация о системе координат может отсутствовать. Поэтому, если вы получили от кого-либо слой с информацией, которая почему-то не отображается на карте, сделайте следующее – откройте таблицу объектов этого слоя, выделите любую строку и нажмите кнопку перехода к объекту. Если на экране отобразилась Африка или мировой океан, значит, QGIS систему координат распознал неправильно. Уточните у тех, от кого получен источник (файл), в какой системе координат хранятся данные, и установите ее для слоя в QGIS.

Если нужной системы координат нет в QGIS, то ее можно ввести самому (Пользовательская система координат). Для этого надо знать строку настроек. Google вам в помощь - попытайтесь использовать запрос с наименованием искомой системы плюс, например, «пользовательская система координат QGIS».

Для чего еще это может понадобиться? Пользователи публичной кадастровой карты хорошо знают о проблеме сдвига слоев кадастра относительно спутниковой подложки. Она сбивает с толку, мешает визуально оценивать границы земельных участков. Аналогичную картину мы видим при добавлении слоя публичной кадастровой карты в QGIS вместе со снимками Yandex или Google.

Чтобы исправить ситуацию я создал в QGIS собственную пользовательскую систему координат со следующими параметрами, подобранными эмпирическим путем, и установил ее для слоев кадастровой карты:

Proj=merc +a=6378137 +b=6378137 +lat_ts=0.0 +lon_0=0.0 +x_0=-11.0 +y_0=-6 +k=1.0 +units=m +nadgrids=@null +wktext +no_defs
В результате проблема снята.

Немножко высшего пилотажа

Первое. Интересен вариант хранения пространственной информации в базе данных. Если есть база данных Microsoft SQL, Oracle или Postgres в которых, например, находится таблица с перечнем контрагентов с их адресами или таблица со списком оборудования, раскиданным по территории, то эту таблицу (запрос) полезно зацепить в QGIS.

Надо только добавить поле геометрии, и в этом QGIS поможет. Не забудьте установить в базе данных права на редактирование таблицы пользователю, получающему к ней доступ из QGIS. Информация, внесенная в QGIS, будет храниться в базе данных, а при изменении в базе данных сторонними управленческими приложениями, сразу же отображаться в QGIS.

Второе. Если нет желания давать прямой доступ к изменениям в базе или другом источнике данных (например файле CSV), но хочется оперативно получать информацию на карте, то есть эффективный способ и для этого.

Например, у нас есть информация об арендаторах нашего имущества в базе данных 1С, мы желаем показывать арендаторов на карте, выделять разными цветами должников по арендной плате и выводить рядом их сумму долга или какой-нибудь график с тенденцией погашения.

Нужно, в точности как это делаем с обычными слоями, присоединить таблицы базы данных с интересующей нас информацией (например, о динамике задолженности, должнике, объектах недвижимости и т.д.) в проект QGIS с правами на чтение. Поскольку присоединенные таблицы изначально не имеют геометрии, и мы не даем QGIS возможности ее создавать и изменять, то, понятно, надо как-то по-другому дать ГИС отсутствующую информацию о месторасположении имущества.

Для этого создаем слой.shp, располагаем на нем объекты, занося в один из атрибутов уникальные номера, соответствующие идентификаторам этих объектов в 1С. То-есть в обеих таблицах должны быть поля с одинаковыми идентифицирующими данными по которым их можно связать между собой. Настраиваем в свойствах слоя.shp соответствующие связи. В результате мы не меняем из QGIS данные 1С, но их изменение со стороны 1С сразу влияет на отображение объектов и сопутствующей информации на карте в QGIS. Осталось настроить свойства слоя карты для красивого отображения информации и наслаждаться результатом в реальном времени.

Третье. Отображать данные на карте в QGIS можно не только точками, линиями и полигонами с надписями, но и диаграммами, формируемыми автоматически на основе представленных данных.

Четвертое. Можно получать из QGIS аналитику в виде таблиц и итоговых данных, рассчитанных с учетом геопространственной информации. Например, имея таблицу населенных пунктов с количеством жителей в каждом и таблицу дорог из OSM, быстро подсчитать население, проживающее на расстоянии более 3 километров от региональных и федеральных автодорог.

NextGIS.com

Еще одним открытием года для меня стал облачный продукт NextGIS.com. Молодая российская команда NextGIS активно участвует в развитии QGIS. В этом можно убедиться по количеству доступных в QGIS модулей их производства. В 2016 году они запустили упомянутый картографический веб-сервис и неустанно расширяют его возможности.

Исходники проекта доступны на github . Так что если есть желание развернуть веб-сервис самостоятельно - нет проблем. Однако условия, которые предлагает команда NextGIS для доступа к своем облаку, без сомнения заслуживают внимания даже самых прижимистых пользователей.

Создать свою собственную веб-ГИС в облаке NextGIS можно бесплатно. Вы получите доменное имя в формате вашеимя.nextgis.com и можете почти без ограничений использовать все предоставляемые ими вкусности. Самое то, чтобы начать знакомиться с решением и использовать его на практике. Главное ограничение бесплатной подписки – невозможность ограничить доступ на чтение к информации. Любой может видеть то, что размещено вами.

Уже с бесплатной подпиской вы можете создавать сколько угодно веб-карт с произвольными настройками, компоновкой и стилями загруженных вами слоев, а также рассматривать, анализировать карты на рабочем компьютере и, в комплекте с NextGIS Mobile, собирать данные в поле, размещая их сразу в облако. Можно встраивать карты в веб-сайты или смотреть на сервисе.

Платная подписка снижает ограничения, в том числе по количеству пользователей, редактирующих слои (изначально один пользователь), разграничению их прав. Какие-то слои можно показать всем, а права доступа к другим ограничить. Плюс предоставляется возможность использовать собственное доменное имя, например gis.моякомпания.ru и получить разнообразие преднастроенных подложек (в бесплатной подписке есть только карта OpenStreetMap).

Со слов представителя компании сейчас условия подписки меняются. Ориентироваться нужно на информацию, размещенную на сайте сервиса по адресу nextgis.ru/pricing . Ранее платный тариф был единым и составлял 3000 руб.в месяц. Теперь платная подписка стоит от 600 рублей. Обещают, что за те же 3000 руб. в месяц клиент будет получать полный и актуальный комплекс программного обеспечения и сервисов, как и раньше.

Интеграция QGIS и NextGIS.com

Остановлюсь на нескольких не очевидных принципах интеграции QGIS и NextGIS.com. Работая в QGIS, вы создаете в своих проектах слои и их стили, как это уже рассматривалось выше. Теперь для того, чтобы разместить созданный слой на веб-карте у нас есть несколько способов. Рассмотрим сначала длинный путь, чтобы разобраться с идеологией NextGIS Web. Для размещения слоя необходимо:

• зайти в QGIS в свойства слоя и из них сохранить стиль в файл;
• сохранить файл слоя в системе координат WGS 84 (EPSG:3857).

Затем, имея два файла (стиля слоя с расширением.qml и таблицы слоя с расширением.shp), надо:

• войти в свой аккаунт на своем сайте в облаке NextGIS.com,
• создать новый слой через опцию «Создать ресурс - Векторный слой» и во вкладке «Векторный слой» загрузить файл с расширением.shp.

После сохранения ресурса в его настройках появится возможность загружать файлы стилей слоев. К каждому слою с данными можно сохранить несколько разных файлов стилей, которые по-разному будут отображать данные на веб-карте.

Наконец, настало время разместить слой на карте. Для этого откройте главную страницу своего сайта. Среди перечисленных объектов основной группы ресурсов будет как минимум одна существующая веб-карта. Войдите в ее настройки и выберите вкладку «Слои». Нажмите «Добавить слой» и отыщите в открывшейся таблице ваш слой и под ним стиль, в котором хотите, чтобы его данные отображались на Веб-карте. Нажмите «Сохранить» и «Веб-карта – Открыть». Слой перед вами на карте - включите его для отображения.

Действительно длинный путь, не так ли? Но есть маршрут, который решает все это и многое другое прямо из QGIS в несколько нажатий клавиш и которым пользуюсь я.

Модуль NextGIS Connect для QGIS

Установите через меню QGIS «Управление модулями» модуль NextGIS Connect. В интерфейсе появится виджет «Ресурсы NextGIS». В его настройках создайте подключение, указав данные вашего аккаунта, в том числе адрес своего сайта (в формате «http://мойсайт.nextgis.com»), имя пользователя «administrator» и полученный при регистрации пароль. Вместо ввода логина и пароля можете использовать учетную запись гостя, но с нею не удастся загружать данные из QGIS на веб-сайт - можно только получать информацию с сайта. После регистрации на экране отобразятся все ваши ресурсы на облачном сервисе.

Теперь для того, чтобы разместить слои QGIS на веб-карте есть два способа.

Поэтому есть второй способ более изящный, предназначенный для работы с уже созданными веб-картами. Для этого мы поднимаем из QGIS в облако NextGIS.com по одному новому или измененному слою:

• удаляем в окне NextGIS Connect слои, которые хотим поднять обновленными;
• выбираем в окне NextGIS Connect конечную папку ресурсов;
• выделяем слой в QGIS правой кнопкой мыши и в контекстном меню выбираем «NextGIS Connect – Импортировать выбранный слой». Выбранный слой копируется в облако вместе с его стилем;
• повторяем действия для всех слоев, которые хотим обновить на веб-карте;
• выделяем в окне NextGIS Connect карту на которой собираемся разместить слой и переходим на нее щелчком правой кнопки мыши через контекстное меню «Открыть в ВебГИС»;
• в открывшемся окне ресурса веб-карты на сайте нажимаем кнопку «Изменить», выбираем вкладку «Слои» и нажимаем кнопку «Добавить слой». Находим загруженные слои и добавляем на карту стили, размещенные под каждым из них. Нажимаем «Сохранить».

Обратите внимание, если вы не вошли на сайт под своей учетной записью, то хотя и прошли указанный маршрут, сохранение данных вызовет ошибку.

Растровые слои

Полезность пользовательских растровых слоев в качестве подложек карт при работе в QGIS очевидна не сразу, поскольку существует модуль расширения «Quick Map Services», который в пару кликов добавляет в проект слои публичных веб-карт, например Яндекс-Спутника или кадастровой карты.

Но со временем нужда в них появляется в следующих случаях если:

• на карте нужен более детализированный, чем доступные публично, фотографический план отдельного объекта или территории, который есть у вас в наличии
• вы работаете в дороге, при нестабильном доступе в Интернет или если вас досаждает длительная загрузка публичных снимков при каждом перемещении экрана;
• вы пользуетесь бесплатной версией NextGIS.com, а единственная подложка OpenStreetMap на ваших веб-картах вас не устраивает.

Во втором и третьем случае вам поможет открытое десктопное приложение SAS.Планета. Загрузите его себе на компьютер с сайта . Очертите территорию, которую желаете заграбить в растровый слой, выберите в меню «Операции с выделенной областью», откройте вкладку «Склеить» и установите выбранные настройки (например, как на рисунке). По кнопке «Начать» на вашем компьютере будут сформированы растровые изображений с геопривязкой, которые можно загрузить в качестве растрового слоя в QGIS или ресурса в NextGIS.com.

На что надо обратить внимание:

1. Предпочтительный формат файла для хранения растровых данных – GeoTIFF с компрессией JPEG. Он занимает мало места, единственный загружается на NextGIS.com и может содержать тайлы – маленькие разномасштабные изображения, эффективно и быстро открывающиеся на веб-карте при перемещении экрана. Все тайлы по умолчанию хранятся в одном файле, но этого монстра не надо каждый раз загружать себе на компьютер, из него будут выбираться строго необходимые куски-тайлы. Однако, если файл все равно слишком велик для вас или для загрузки на сервис веб-карты, то его можно разбить на части как это показано (2x2 куска, 4 файла) в указанных выше настройках.
2. В проект QGIS растровый слой можно поместить простым перетаскиванием. А если надо скрепить несколько частей, то можно использовать так называемый «виртуальный слой» или просто собрать все растровые слои в группу.
3. Максимальный масштаб для Yandex-Спутника равен 18. 17 достаточен для многих задач, а файл с тайлами уменьшается значительно.
4. При склейке в SAS.Planet в GeoTIFF-файле размещаются только тайлы указанного масштаба, и после прикрепления растрового слоя в проект QGIS в свойствах слоя рекомендуется выбрать опцию «Пирамиды». Растры высокого разрешения могут замедлить навигацию в QGIS. Создание копий данных низкого разрешения (пирамид) позволяет существенно повысить скорость, поскольку QGIS будет автоматически выбирать оптимальное разрешение в зависимости от текущего масштаба. Создайте пирамиды меньших размеров.

NextGIS Mobile

Если вам приходится работать в поле, есть желание оперативно получать информацию в пути с карты, одновременно собирая данные и оперативно делясь с другими, то полезно использовать бесплатное приложение NextGIS Mobile для смартфона или планшета. С его помощью можно получать и обрабатывать географически распределенную информацию из различных источников, в том числе со слоев NextGIS.com и сторонних баз данных, загружать из QGIS, изменять, рисовать объекты и создавать новые слои, возвращать их в QGIS. И все в привязке к собственному местоположению. Приятна возможность сохранять в слои собственные треки перемещений.

Для массового сбора информации достаточно просто создаются собственные формы, удобные для использования неподготовленными сотрудниками из приложения на телефоне или планшете.

Вместо заключения

Есть еще множество способов работы с упомянутыми выше решениями. Например, слои можно разместить на каком-нибудь бесплатном или собственном сервере баз данных PostgreSQL, вести с ними работу в QGIS и других приложениях, например LibreOffice, Microsoft Access или Microsoft Excel, а на сайте NextGIS.com один раз настроить слой для отображения на веб-карте. В результате все изменения данных в QGIS или в Microsoft Excel немедленно будут отображаться на веб-карте.

К размещенным в облаке объектам слоя можно прикреплять на карте документы и фотографии. Их просмотр удобен и нагляден. Правда, если этот слой вам приходится периодически заменять новым из QGIS, то с удаленной версией исчезнет и вся наполненная вами красота. Альтернатива – работать в облаке не путем замены слоев из QGIS (через модуль NextGIS Connect или вручную), а опосредованно, например, опять же, через однажды настроенный слой, получающий информацию из базы данных Postgres.

В любом случае, связка QGIS, NextGIS.com и NextGIS Mobile является гибким и полезным инструментом, доступным каждому. Переход к работе с ГИС для решения прикладных задач с географически распределенными данными – увлекательная задача и усилия по изучению предмета окупаются возможностями, которые мы тем самым открываем перед собой.

В заключение для иллюстрации материалов статьи предлагаю вот это короткое видео.

Однозначное краткое определение этому явлению дать достаточно сложно. Географическая информационная система (ГИС) - это возможность нового взгляда на окружающий нас мир. Если обойтись без обобщений и образов, то ГИС - это современная компьютерная технология для картирования и анализа объектов реального мира, также событий, происходящих на нашей планете. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.

Создание карт и географический анализ не являются чем-то абсолютно новым. Однако технология ГИС предоставляет новый, более соответствующий современности, более эффективный, удобный и быстрый подход к анализу проблем и решению задач, стоящих перед человечеством в целом, и конкретной организацией или группой людей, в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза. До начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и полноценного анализа географической информации с целью обоснованного принятия оптимальных решений, основанных на современных подходах и средствах.

В настоящее время ГИС - это многомиллионная индустрия, в которую вовлечены сотни тысяч людей во всем мире. ГИС изучают в школах, колледжах и университетах. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности - будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи.

Составные части ГИС

Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.
Аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам.

Данные. Это вероятно наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных.

Исполнители. Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

Методы. Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

Как работает ГИС?

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы.

Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам, или ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ или округ переписи населения, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги и т.п. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения или местоположений объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте где находится интересующий вас объект или явление, такие как дом, в котором проживает ваш знакомый или находится нужная вам организация, где произошло землетрясение или наводнение, по какому маршруту проще и быстрее добраться до нужного вам пункта или дома.

Векторная и растровая модели. ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных - векторными и растровыми. В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y. Местоположение точки (точечного объекта), например буровой скважины, описывается парой координат (X,Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X,Y. Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания, хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как типы почв или доступность объектов. Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами. Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями.

Задачи, которые решает ГИС. ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняет пять процедур (задач) с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо, при небольшом объеме работ, данные можно вводить с помощью дигитайзера. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.

Манипулирование. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи.

Управление. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД), то специальными компьютерными средствами для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, как ГИС, так и не ГИС приложениях.

Запрос и анализ. При наличии ГИС и географической информации Вы сможете получать ответы простые вопросы (Кто владелец данного земельного участка? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты? Где расположена данная промзона?) и более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы (Где есть места для строительства нового дома? Каков основный тип почв под еловыми лесами? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). Запросы можно задавать как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и с посредством развитых аналитических средств. С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу “что будет, если…”. Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией. Он помогает ответить на вопросы типа: Сколько домов находится в пределах 100 м от этого водоема? Сколько покупателей живет не далее 1 км от данного магазина? Какова доля добытой нефти из скважин, находящихся в пределах 10 км от здания руководства данного НГДУ? Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о почвах, уклоне, растительности и землевладении со ставками земельного налога.

Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались на столетия. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками и таблицами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

Связанные технологии. ГИС тесно связана рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не существует единой общепринятой классификации информационных систем, приведенное ниже описание должно помочь дистанциировать ГИС от настольных картографических систем (desktop mapping), систем САПР (CAD), дистанционного зондирования (remote sensing), систем управления базами данных (СУБД или DBMS) и технологии глобального позиционирования (GPS).

Системы настольного картографирования используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является базой данных. Большинство систем настольного картографирования имеет ограниченные возможности управления данными, пространственного анализа и настройки. Соответствующие пакеты работают на настольных компьютерах - PC, Macintosh и младших моделях UNIX рабочих станций.

Системы САПР способны чертежи проектов и планы зданий и инфраструктуры. Для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными параметрами. Они основываются на небольшом числе правил объединения компонентов и имеют весьма ограниченные аналитические функции. Некоторые системы САПР расширены до поддержки картографического представления данных, но, как правило, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять и анализировать большие базы пространственных данных.

Дистанционное зондирование и GPS. Методы дистанционного зондирования - это искусство и научное направление для проведения измерений земной поверхности с использованием сенсоров, таких как различные камеры на борту летательных аппаратов, приемники системы глобального позиционирования или других устройств. Эти датчики собирают данные в виде изображений и обеспечивают специализированные возможности обработки, анализа и визуализации полученных изображений. Ввиду отсутствия достаточно мощных средств управления данными и их анализа, соответствующие системы вряд ли можно отнести к настоящим ГИС.

Системы управления базами данных предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные. СУБД оптимизированы для подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка СУБД. Эти системы не имеют сходных с ГИС инструментов для анализа и визуализации.

Что ГИС могут сделать для вас?

Делать пространственные запросы и проводить анализ. Способность ГИС проводить поиск в базах данных и осуществлять пространственные запросы позволила многим компаниях сэкономить миллионы долларов. ГИС помогает сократить время получения ответов на запросы клиентов; выявлять территории подходящие для требуемых мероприятий; выявлять взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью с/х культур); выявлять места разрывов электросетей. Риэлторы используют ГИС для поиска, к примеру, всех домов на определенной территории, имеющих шиферные крыши, три комнаты и 10-метровые кухни, а затем выдать более подробное описание этих строений. Запрос может быть уточнен введением дополнительных параметров, например стоимостных. Можно получить список всех домов, находящих на определенном расстоянии от определенной магистрали, лесопаркового массива или места работы.

Улучшить интеграцию внутри организации. Многие применяющие ГИС организации обнаружили, что одно из основных ее преимуществ заключается в новых возможностях улучшения управления собственной организацией и ее ресурсами на основе географического объединения имеющихся данных и возможности их совместного использования и согласованной модификации разными подразделениями. Возможность совместного использования и постоянно наращиваемая и исправляемая разными структурными подразделениями база данных позволяет повысить эффективность работы как каждого подразделения, так и организации в целом. Так, компания, занимающаяся инженерными коммуникациями, может четко спланировать ремонтные или профилактические работы, начиная с получения полной информации и отображения на экране компьютера (или на бумажных копиях) соответствующих участков, например водопровода, и заканчивая автоматическим определением жителей, на которых эти работы повлияют, и уведомлением их о сроках предполагаемого отключения или перебоев с водоснабжением.

Принятие более обоснованных решений. ГИС, как и другие информационные технологии, подтверждает известную поговорку о том, что лучшая информированность помогает принять лучшее решение. Однако, ГИС - это не инструмент для выдачи решений, а средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений, обеспечивающее ответы на запросы и функции анализа пространственных данных, представления результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде. ГИС помогает, например, в решении таких задач, как предоставление разнообразной информации по запросам органов планирования, разрешение территориальных конфликтов, выбор оптимальных (с разных точек зрения и по разным критериям) мест для размещения объектов и т. д. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет ответственным работникам сосредоточить свои усилия на поиске решения, не тратя значительного времени на сбор и обмысливание доступных разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффектный и эффективный.

Создание карт. Картам в ГИС отведено особое место. Процесс создания карт в ГИС намного более прост и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Он начинается с создания базы данных. В качестве источника получения исходных данных можно пользоваться и оцифровкой обычных бумажных карт. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (без деления на отдельные листы и регионы) и не связанными с конкретным масштабом. На основе таких баз данных можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) на любую территорию, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее выделением и отображением требуемыми символами. В любое время база данных может пополняться новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные можно корректировать по мере необходимости. В крупных организациях созданная топографическая база данных может использоваться в качестве основы другими отделами и подразделениями, при этом возможно быстрое копирование данных и их пересылка по локальным и глобальным сетям.

Геоинформационная система - система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных(географических) данных и связанной с ними информации о необходимых объектах. Также используется в более узком смысле - как инструмента (программного продукта), позволяющего пользователям искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности, так и дополнительную информацию об объектах.

"Географическая информационная система" - это совокупность аппаратно-программных средств и алгоритмических процедур, предназначенных для сбора, ввода, хранения, математико-картографического моделирования и образного представления геопространственной информации.

Геопространственные данные" означают информацию, которая идентифицирует географическое местоположение и свойства естественных или искусственно созданных объектов, а также их границ на земле. Эта информация может быть получена с помощью (помимо иных путей), дистанционного зондирования, картографирования и различных видов съемок.

Географические данные содержат четыре интегрированных компонента: местоположение,

Свойства и характеристики, пространственные отношения, время.

ГИС: география,картография,дистанционное зондирование,топография и фотограмметрия,информатика,математика и статистика.

2.Сферы использования гис.

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

3.Классификация гис.

По функциональным возможностям: - полнофункциональные ГИС общего назначения;

Специализированные ГИС, ориентированные на решение конкретной задачи в какой либо предметной области;

Информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования. Функциональные возможности ГИС определяются также архитектурным принципом их построения:

Закрытые системы не имеют возможностей расширения, они способны выполнять только тот набор функций, который однозначно определен на момент покупки; - открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования).

По пространственному (территориальному) охвату ГИС подразделяются на глобальные (планетарные), общенациональные, региональные, локальные (в том числе муниципальные).

По проблемно-тематической ориентации – общегеографические, экологические и природопользовательские, отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, геологические, туризма и т. д.).

По способу организации географических данных – векторные, растровые, векторно-растровые ГИС.

4. Структура гис.

Непозиционные (атрибутивные): описательные.

Данные (пространственные данные):

Позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности.

Аппаратное обеспечение (ПК, сети, накопители, сканеры, плоттеры и т. д.).

Программное обеспечение (ПО).

Технологии (методы, порядок действий и т. д.).

Геоинформационные системы и технологии

Геоинформационная система (ГИС) - это многофункциональная информационная система, предназначенная для сбора, обработки, моделирования и анализа пространственных данных, их отображения и использования при решении расчетных задач, подготовке и принятии решений. Основное назначение ГИС заключается в формировании знаний о Земле, отдельных территориях, местности, а также своевременном доведении необходимых и достаточных пространственных данных до пользователей с целью достижения наибольшей эффективности их работы.

Геоинформационные технологии (ГИТ) - это информационные технологии обработки географически организованной информации.
Основной особенностью ГИС, определяющей ее преимущества в сравнении с другими АИС, является наличие геоинформационной основы, т.е. цифровых карт (ЦК), дающих необходимую информацию о земной поверхности. При этом ЦК должны обеспечивать:
точную привязку, систематизацию, отбор и интеграцию всей поступаю¬щей и хранимой информации (единое адресное пространство);
комплексность и наглядность информации для принятия решений;
возможность динамического моделирования процессов и явлений;
возможность автоматизированного решения задач, связанных с анализом особенностей территории;
возможность оперативного анализа ситуации в экстренных случаях.
История развития ГИТ восходит к работам Р. Томлисона по созданию Канадской ГИС (CGIS), проводившимся в 1963-1971 гг.
В широком смысле ГИТ - это наборы данных и аналитические средства для работы с координатно привязанной информацией. ГИТ - это не информационные технологии в географии, а информационные технологии обработки географически организованной информации.
Существо ГИТ проявляется в ее способности связывать с картографическими (графическими) объектами некоторую описательную (атрибутивную) информацию (в первую очередь алфавитно-цифровую и иную графическую, звуковую и видеоинформацию). Как правило, алфавитно-цифровая информация организуется в виде таблиц реляционной БД. В простейшем случае каждому графическому объекту (а обычно выделяют точечные, линейные и площадные объекты) ставится в соответствие строка таблицы - запись в БД. Использование такой связи, собственно, и открывает столь богатые функциональные возможности перед ГИТ. Эти возможности, естественно, различаются у разных систем, но есть базовый набор функций, обычно имеющийся в любой реализации ГИТ, например, возможность ответа на вопросы "что это?" указанием объекта на кар¬те и "где это находится?" выделением на карте объектов, отобранных по некоторому условию в БД. К базовым можно также отнести ответ на вопрос "что рядом?" и его различные модификации. Исторически первое и наиболее универсальное использование ГИТ - это информационно-поисковые, справочные системы.
Таким образом, ГИТ можно рассматривать как некое расширение технологии БД для координатно привязанной информации. Но даже в этом смысле она представляет собой новый способ интеграции и структурирования информации. Это обусловлено тем, что в реальном мире большая часть информации относится к объектам, для которых важную роль играет их пространственное положение, форма и взаиморасположение, а следовательно, ГИТ во многих приложениях значительно расширяют возможности обычных СУБД, так как ГИТ более удобны и наглядны в использовании и предоставляют ДЛ свой "картографический интерфейс" для организации запроса к базе данных вместе со средствами генерации "графического" отчета. И, наконец, ГИТ добавляет обычным СУБД совершенно новую функциональность - использование пространственных взаимоотношений между объектами.
ГИТ позволяет выполнять над множествами картографических объектов операции, подобные обычным реляционным (JOIN, UNION, INTERSECTION). Операции этой группы называются оверлейными, так как используют в разных вариантах пространственное наложение одного множества объектов на другое. Фактически оверлейные операции обладают большим аналитическим потенциалом, и для многих сфер применения ГИТ являются основными, обеспечивая решение прикладных задач (землепользования, комплексной оценки территорий и другие).
ГИТ предлагает совершенно новый путь развития картографии. Прежде всего, преодолеваются основные недостатки обычных карт: статичность данных и ограниченность емкости "бумаги" как носителя информации. В последние десятилетия не только сложные специализированные карты типа экологических, но и ряд обычных бумажных карт из-за перегруженности информацией становятся "нечитаемыми". ГИТ решает эту проблему путем управления визуализацией информации. Появляется возможность выводить на экран или на твердую копию только те объекты или их множества, которые необходимы пользователю в данный момент. То есть фактически осуществляется переход от сложных комплексных карт к серии взаимоувязанных частных карт. При этом обеспечивается лучшая структурированность информации, что позволяет ее эффективно использовать (манипулирование, анализ данных и т.п.). Очевидно, что наблюдается тенденция возрастания роли ГИТ в процессе активизации информационных ресурсов, т.к. огромные массивы картографической информации эффективно переводимы в активную машиночитаемую форму только с помощью ГИТ. Кроме того, в ГИТ карта становится действительно динамическим объектом.

Последнее обусловлено следующими новыми возможностями ГИТ:
изменяемостью масштаба;
преобразованием картографических проекций:
варьированием объектным составом карты;
"опросом" через карту в режиме реального времени многочисленных БД, содержащих изменяемую информацию;
варьированием символогией, то есть способом отображения объектов (цвет, тип линии и т.п.), в том числе определение символогии через значения атрибутивных признаков объектов, что позволяет синхронизировать визуализацию с изменениями в БД.
В настоящее время широко распространено понимание того, что ГИТ - это не класс или тип программных систем, а базовая технология {umbrella technology) для многих компьютерных приложений (методов и программ), работающих с пространственной информацией.
Поскольку ЦКМ являются наборами данных сложной структуры, то их целесообразно представлять в различных форматах. Под форматом ЦКМ понимается специально введенная система классификации и кодирования данных о местности. От принятого формата ЦКМ во многом зависит оперативность решения функциональных задач (ФЗ) в системах управления военного назначения. Так, например, в случае представления рельефа местности горизонталями вычисление профиля местности занимает в тысячи раз больше времени, чем при представлении рельефа в форме матрицы высот.
Одним из важнейших и наиболее часто встречающихся типов информационной потребности в геоинформации является построение изображения участка карты на экране АРМ {визуализация карты). Но средства отображения ЦКМ на экране АРМ, наряду с приведенными выше требованиями к средствам доступа, должны отвечать еще ряду специфических требований, обусловленных необходимостью восприятия информации человеком. По существу - это следующие эргономические требования, которые целесообразно рассматривать в комплексе с другими:
по "читабельности" обстановки (т.е. обладать достаточно высокими характеристиками скорости и достоверности восприятия человеком информации оперативной обстановки на фоне карты);
по "читабельности" карты, (т.е. обладать достаточно высокими характеристиками скорости и достоверности восприятия человеком собственно картографической информации);
по "комфортности" восприятия, (т.е. форма отображения данных не должна вызывать чрезмерных напряжения человека при восприятии ин¬формации и раздражения его органов чувств в целях обеспечения требуемой продолжительности сохранения его работоспособности).
ФЗ требует для своего решения различные данные о местности. По мнению авторов, все множество этих задач по характеру использования ЦКМ можно разделить на четыре основных класса:
задачи, требующие выдачу изображения карты на устройства ввода- вывода средств автоматизации и использующие ее в качестве фона для вывода оперативной обстановки (ОКФ);
задачи, использующие информацию о характере и профилях местности (ОХПМ);
задачи, использующие информацию о дорожной сети (РДС);
задачи, использующие информацию о местоположении объекта в пределах территории государства, зоны ответственности или нейтральной территории (ОМП).
Задачами ОКФ являются все задачи, отображающие оперативную обстановку на местности в процессе диалога с пользователем. Данные задачи могут отображать "поверх карты" информацию о группировках своих войск и войск противника, зонах радиоактивного, химического, биологического заражения, сплошных разрушений, пожаров, затоплений, о направлениях и рубежах действий, районах сосредоточения и др. Общая для задач ОКФ особенность использования ЦКМ заключается в необходимости быстрого вывода изображения карты на экран АРМ в различных масштабах.
К задачам ОХПМ относятся задачи выбора места развертывания радиорелейных станций (РРС), тропосферных станций (ТРС), радиолокационных станций (PJIC), средств радиотехнической разведки, радиоэлектронной борьбы и т.д. Задачи оценки защитных свойств местности в районах развертывания пунк¬тов управления (ПУ) и узлов связи (УС), планирования огневого воздействия и т.п. также относятся к классу ОХПМ. Особенностью задач ОХПМ является необходимость определения с высокой скоростью характеристик местности в окрестностях точки с произвольными координатами.
К задачам РДС относятся, в частности, задачи определения маршрута и планирования порядка перемещения воинских формирований, оптимального пла-нирования перевозок средств снабжения или почты и некоторые другие. Данные задачи используют данные ЦКМ о дорожной сети, которые должны быть представлены в специальной форме - в виде графа, в котором все пересекающиеся дороги имеют общую вершину в перекрестках.
Задачи ОМП используют в ЦКМ данные о государственных (сухопутных и морских) и иных границах, заданные в специальной форме - в виде замкнутых контуров.
По типу информационных потребностей многие ФЗ можно отнести сразу к нескольким различным классам. В частности, задача определения оптимального района развертывания РРС может обладать свойствами классов ОХПМ и РДС, а в процессе решения для организации диалога с пользователем - свойствами класса ОКФ.

В связи с глубоким взаимопроникновением ГИС и других информационных технологий целесообразно рассмотреть взаимосвязь ГИТ с другими техноло­гиями.

Прежде всего, это графические технологии систем автоматизированного проектирования (САПР), векторных графических редакторов, и с другой сторо­ны - технологии реляционных СУБД. Большинство реализаций современных ГИТ в своей основе и представляет собой интеграцию этих двух типов инфор­мационных технологий. Следующий тип родственных информационных техно­логий - технологии обработки изображений растровых графических редакто­ров. Некоторые реализации ГИТ базируются на растровом представлении гра­фических данных. Поэтому очень многие современные ГИС общего назначения интегрируют возможности как векторного, так и растрового представления. В свою очередь, ряд технологий обработки изображений, предназначенных для работы с данными аэро- и космических съемок, очень близко примыкают к ГИТ, а иногда частично выполняют и их функции. Но обычно они к ГИТ ком­плементарны и имеют специальные средства для взаимодействия с ними (ERDAS LiveLink to ARC/INFO)

Близкородственны к ГИТ картографические (геодезические) технологии, применяющиеся при обработке данных полевых геодезических съемок и по­строении по ним карт (при построении карт по аэроснимкам с использованием фотограмметрических методик и при работах с цифровой моделью рельефа ме­стности). Здесь также наблюдается тенденция к интеграции, т.к. подавляющее число современных ГИС включают в себя средства координатной геометрии (COGO), которые позволяют непосредственно использовать данные полевых геодезических наблюдений, в том числе прямо с приборов с цифровой регист­рацией или с приемников спутниковой глобальной системы позиционирования (GPS). Фотограмметрические пакеты обычно ориентируются на совместную работу с ГИС и в ряде случаев включаются в ГИС как модули.

Сущность ГИТ проявляется в ее способности связывать с картографически­ми (графическими) объектами некоторую описательную (атрибутивную) ин­формацию (в первую очередь алфавитно-цифровую и иную графическую, зву­ковую и видеоинформацию). Как правило, алфавитно-цифровая информация организуется в виде таблиц реляционной БД. В простейшем случае каждому графическому объекту (точечному, линейному или площадному) ставится в со­ответствие строка таблицы - запись в БД. Использование такой связи и обеспе­чивает богатые функциональные возможности ГИТ. Эти возможности, естест­венно, различаются у разных систем, но есть базовый набор функций, обычно имеющийся в любой реализации ГИТ, например, возможность ответа на вопро­сы "что это?" указанием объекта на карте и "где это находится?" выделением на карте объектов, отобранных по некоторому условию в БД. К базовым можно также отнести ответ на вопрос "что рядом?" и его различные модификации. Ис­торически первое и наиболее универсальное использование ГИТ - это инфор­мационно-поисковые, справочные системы.

Таким образом, ГИТ можно рассматривать как некое расширение техноло­гии БД для координатно привязанной информации. Но даже в этом смысле она представляет собой новый способ интеграции и структурирования информации. Это обусловлено тем, что в реальном мире большая часть информации относит­ся к объектам, для которых важную роль играет их пространственное положе­ние, форма и взаиморасположение. Следовательно, ГИТ во многих приложени­ях значительно расширяют возможности обычных СУБД.

ГИТ, так же как и любая другая технология, ориентирована на решение оп­ределенного круга задач. Поскольку области применения ГИС достаточно ши­роки (военное дело, картография, география, градостроительство, организация транспортных диспетчерских служб, и т.д.), то ввиду специфики проблем, ре­шаемых в каждой из них, и особенностей, связанных с конкретным классом ре­шаемых задач и с требованиями, предъявляемыми к исходным и выходным данным, точности, техническим средствам и прочее, говорить о какой-то еди­ной ГИС-технологии достаточно проблематично.

Вместе с тем любая ГИТ включает в себя ряд операций, которые можно рас­сматривать как базовые. Они различаются в конкретных реализациях только де­талями, например, программным сервисом сканирования и постсканерной обра­ботки, возможностями геометрического преобразования исходного изображе­ния в зависимости от исходных требований и качества материала и т.д.

Поскольку приведенная модель является обобщенной, то естественно, что она либо не содержит отдельных блоков, свойственных какой-либо конкретной технологии, либо наоборот имеет в своем составе те блоки, которые в ряде слу­чаев могут отсутствовать.

По результатам анализа обобщенной модели ГИС-технологии можно выде­лить следующие базовые операции ГИТ:

• редакционно-подготовительные работы, т. е. сбор, анализ и подготовка исходной информации (картографические данные, аэрофотоснимки, дан­ные дистанционного зондирования, результаты наземных наблюдений, статистическая информация и т.д.) для автоматизированной обработки;
• проектирование геодезической и математической основ карт;
• проектирование карт;
• построение проекта цифровой тематической карты;
• преобразование исходных данных в цифровую форму;
• разработка макета тематического содержания карты;
• определение методов автоматизированного построения тематического содержания;
• формирование цифровой общегеографической основы создаваемой кар­ты;
• создание цифровой тематической карты в соответствии с разработанным проектом;
• получение выходной картографической продукции.

Для ввода исходной информации используются растровые сканирующие устройства, дигитайзеры, полутоновые сканеры аэрофотонегативов. Получен­ные цифровые массивы данных поступают в комплекс технических средств об­работки растровых и векторных данных, построенный на базе рабочих станций и персональных профессиональных ЭВМ. На этой же инструментальной базе осуществляются все этапы проектирования, преобразования исходной инфор­мации и создания цифровой тематической карты.

Сформированная цифровая картографическая модель поступает в комплекс технических средств формирования выходной картографической продукции, включающей в себя плоттеры, принтеры, специализированные устройства вы­вода на фотоноситель и т.д.

Исходные и обработанные цифровые данные хранятся в подсистеме архив­ного хранения данных, базирующейся в настоящее время на стримерах или на оптических дисках.

Области применения ГИТ в настоящее время чрезвычайно многообразны.

Прежде всего, это различные кадастры, системы управления распределен­ным хозяйством и инфраструктурой. Здесь развиты специализированные при­ложения, например, для систем: электрических сетей энергетической компании, кабельной сети телефонной или телевизионной компании, сложного трубопро­водного хозяйства большого химического завода, земельного кадастра, опери­рующие недвижимостью, а также такие приложения, как комплексные системы, обслуживающие многие составляющие инфраструктуры города или территории

и способные решать сложные задачи управления и планирования. Конкретные цели и задачи в таких системах очень разнообразны: от задач инвентаризации и учета, справочных систем общего пользования до налогообложения, градо- строительно-планировочных задач, планирования новых транспортных мар­шрутов и оптимизации перевозок, распределения сети ресурсов и услуг (скла­дов, магазинов, станций скорой помощи, пунктов проката автомобилей).

Еще одной развитой областью применения ГИТ является учет, изучение и использование природных ресурсов, включая сюда и охрану окружающей сре­ды. Здесь также встречаются как комплексные системы, так и специализиро­ванные: для лесного хозяйства, водного хозяйства, изучения и охраны дикой фауны и флоры и т.д. К этой области применения непосредственно примыкает использование ГИТ в геологии, как в научных, так и в практических ее задачах. Это не только задачи информационного обеспечения, но и, например, задача прогнозирования месторождений полезных ископаемых, контроль экологиче­ских последствий разработок и т.п. В геологических применениях, как и в эко­логических, велика роль приложений, требующих сложного программирования или комплексирования ГИТ со специфическими системами обработки и моде­лирования. Особенно в этом плане выделяются приложения в области нефти и газа. Здесь на стадии поисков и разведки широко используются данные сейсмо­разведки и весьма специфическое и развитое ПО по их обработке и анализу. Ве­лика потребность в комплексных решениях, увязывающих собственно геологи­ческие и иные проблемы, что невозможно решить без привлечения универсаль­ных ГИС.

Отдельно следует выделить сугубо транспортные задачи. Среди них: плани­рование новых маршрутов транспорта и оптимизация процесса перевозок с воз­можностью учета распределения ресурсов и меняющейся транспортной обста­новки (ремонты, пробки, таможенные барьеры). Особенно перспективными в стратегическом плане предполагаются навигационные системы, особенно бази­рующиеся на спутниковых системах навигации с использованием цифровой картографии.

Характерной чертой внедрения ГИТ в настоящее время является интеграция систем и баз данных в национальные, международные и глобальные информа­ционные структуры. К глобальным проектам относится, например, GDPP - "Проект глобальной базы данных", разрабатываемый в рамках Международной геосферно-биосферной программы. На национальном уровне существуют ГИС в США, Канаде, Франции, Швеции, Финляндии и других странах. В России в настоящее время разрабатываются региональные ГИС, в частности, для ведения земельного кадастра и муниципального управления, а также ведомственные ГИС, например, в Министерстве внутренних дел.

Анализ существующего на сегодняшний день опыта применения ГИТ пока­зывает, что основной формой применения ГИТ является различные по целям, сложности, составу и возможностям ГИС.

Современные ГИС представляют собой новый тип интегрированных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных существующих автоматизированных систем, а с другой - обладают спецификой в организации и обработке данных

Так как в ГИС осуществляется комплексная обработка информации (от ее сбора до хранения, обновления и предоставления), их можно рассматривать со следующих различных точек зрения:

• ГИС как система управления - предназначена для обеспечения поддерж­ки принятия решений на основе использования картографических дан­ных;
• ГИС как автоматизированная информационная система - объединяет ряд технологий известных информационных систем (САПР и других);
• ГИС как геосистема - включает технологии фотометрии, картографии;
• ГИС как система, использующая БД, - характеризуется широким набо­ром данных, собираемых с помощью разных методов и технологий;
• ГИС как система моделирования, система предоставления информации - является развитием систем документального оборота, систем мультиме­диа и т.д.

ГИС с развитыми аналитическими возможностями близки к системам стати­стического анализа и обработки данных, причем в ряде случаев они интегриро­ваны в единые системы, например:

имплантация в современную ГИС ARC/INFO мощного статистического пакета S-PLUS;

добавление некоторых возможностей пространственной статистики и картографической визуализации в массовые статистические пакеты (SYSTATfor Windows);

развитие собственной ГИС в рамках пакета SAS - лидера среди систем обработки числовой информации.

Наиболее развитые ГИС (обычно с сильной поддержкой и растровой моде­ли), имеющие хорошие средства программирования, широко используются для моделирования природных и техногенных процессов, в том числе распростра­нения загрязнений, лесных пожаров и др. Некоторые обычные СУБД, рабо­тающие в графических средах типа MS Windows, также включают в себя про­стейшие средства картографической визуализации.

Наличие широкого спектра тенденций развития в разных областях информа­ционных технологий, интересы которых сходятся в области ГИТ, а также появ­ление универсальных пакетов широкого применения привело к тому, что гра­ницы определения ГИТ становятся менее четкими. Поэтому в настоящее время сложилось понятие полнофункциональная ГИС (full GIS).

Современная полнофункциональная ГИС - это многофункциональная ин­формационная система, предназначенная для сбора, обработки, моделирования и анализа пространственных данных, их отображения и использования при ре­шении расчетных задач, подготовке и принятии решений. Основное назначение полнофункциональной ГИС заключается в формировании знаний о Земле, от­дельных территориях, местности, а также своевременном доведении необходимых и достаточных пространственных данных до пользователей с целью дос­тижения наибольшей эффективности их работы.

Полнофункциональная ГИС должна обеспечивать:

• двустороннюю связь между картографическими объектами и записями табличной базы данных;
• управление визуализацией объектов, обеспечивающее выбор состава и формы отображения;
• работу с точечными, линейными и площадными объектами;
• ввод карт с дигитайзера или сканера и их редактирование;
• поддержку топологических взаимоотношений между объектами и про­верку с их помощью геометрической корректности карты, в т.ч. замкну­тости площадных объектов, связности, прилегания и др.;
• поддержку различных картографических проекций;
• геометрические измерения на карте длины, периметра, площади и др.;построение буферных зон вокруг объектов и реализацию других овер­лейных операций;
• создание собственных обозначений, в том числе новых типов маркерных знаков, типов линий, типов штриховок и др.;создание дополнительных элементов оформления карты, в частности подписей, рамок, легенд;
• вывод высококачественных твердых копий карт;решение транспортных и других задач на графах, например, определение кратчайшего пути и т.п.;
• работу с топографической поверхностью.

Помимо полнофункциональных ГИС общего назначения, выделяют специа­лизированные, которые часто имеют нечеткие границы со специализированны­ми пакетами, не являющимися в этом смысле ГИС. Например, ГИС, ориентиро­ванные на задачи планирования связи, транспортные и навигационные задачи, задачи инженерных изысканий и проектирования сооружений.

Неспециализированные ГИС более низкого уровня, чем полнофункциональ­ные системы общего назначения, обычно называют "персональными системами картографической визуализации" {desktop mapping systems, desktop GIS), иногда даже отделяя этот класс систем от собственно ГИС. Отличительной их чертой являются, прежде всего, ограниченные аналитические возможности (например, отсутствуют оверлейные операции для площадных объектов) и слабые возмож­ности ввода и редактирования картографической основы. Типичным примером такой системы является ГИС Maplnfo, в которой за счет своей меньшей сложно­сти более проста в обучении и использовании и более доступна массовому пользователю.

К настоящему времени число ГИС-пакетов, предлагаемых на рынке, исчис­ляется несколькими тысячами. Однако в большинстве это специализированные системы. Реальных полнофункциональных ГИС-пакетов общего назначения на рынке несколько десятков. В основном программное обеспечение для ГИС раз­рабатывают специализированные фирмы, только в некоторых случаях это про­дукты крупных фирм, для которых ГИС - не основной продукт (IBM, Intergraph, Computervision, Westinghouse Electric Corp., McDonnel Douglas, Siemens Nixdorf). По числу известных пакетов и по числу инсталляций преобладают ПК (MS DOS, MS Windows) и UNIX- рабочие станции.

Следует отметить, что в настоящее время полнофункциональные ГИС обще­го назначения в основном ориентированы на рабочие станции с операционной системой UNIX. На ПК, как правило, функционируют системы с редуцирован­ными возможностями. Отчасти это определяется спецификой пользователей ПК, для многих из которых простая ГИС нужна только как дополнение к обыч­ному офисному ПО. Но главная причина - в требованиях, которые мощная ГИС предъявляет к аппаратным средствам компьютера.

Топологические векторные структуры данных по своей природе сложны, а процессы их использования требуют интенсивных расчетов, существенно боль­ших, чем работа с обычной векторной графикой, в том числе и в части операций с плавающей точкой. Серьезные приложения часто требуют работы с длинными целыми и действительными числами двойной точности. Для работы с ГИС ну­жны дисплеи высокого разрешения и быстрый графический адаптер или акселе­ратор, причем требования к палитре жестче, чем в САПР. Они скорее аналогич­ны требованиям к издательским системам профессиональной полиграфии. Осо­бенно высокие требования к скорости отрисовки предъявляет типичная для ГИС (и менее типичная для САПР) задача заливки штриховками большого чис­ла замкнутых многоугольников (полигонов) сложной формы.

Серьезные проекты с использованием ГИС требуют работы с большими объемами данных, от сотен мегабайт до нескольких десятков гигабайт. Особен­но высокие требования к объемам дисковой и основной памяти, а также к быст­родействию компьютера, предъявляют ГИС с обработкой изображения в виде растровых структур, например, в задачах геометрической коррекции аэросним­ков, моделирования природных процессов и при работе с рельефом земной по­верхности. Один цветной аэроснимок высокого разрешения стандартного фор­мата, если перевести его в цифровую форму без потери "точности" (24 bit, 1200 dpi) занимает около 200 Мб. Во многих задачах регионального характера требу­ется использовать совмещенную и геометрически откорректированную мозаику из мйогих таких снимков, тем более, что признано целесообразным использо­вать растровую подложку из такой мозаики аэро- или космических снимков (digital orthophoto) в качестве базового слоя для векторных карт, т.е. фотосним­ки "впечатываются" в изображение карты. То же замечание справедливо и для работы с аэрокосмическими снимками, которые, как правило, должны обраба­тываться различными способами, чтобы избирательно выделить на них различ­ную информацию (операции различного рода фильтрации, преобразования кон­траста, операции с использованием быстрого преобразования Фурье, классифи­кационные алгоритмы, дискриминантный, кластерный и факторный анализ, а также метод главных компонент). Поэтому вместо того, чтобы хранить десятки версий обработки, что потребовало бы до сотен Гбайт на 1 кадр, рациональнее

выполнять их по требованию. Современные специализированные рабочие стан­ции справляются с такой задачей, для ПК же она еще трудна. Иногда операция с одним кадром на ПК длится несколько минут. Когда необходимо моделировать сложные природные процессы, в частности распространение загрязнения, лес­ных пожаров, либо применять данные аэрокосмических съемок, использование специализированной рабочей станции неизбежно.

Следует отметить, что скорость накопления объемов аэрокосмических (осо­бенно космических) данных пока идет в том же темпе или даже опережает тем­пы роста вычислительных мощностей ПК и рабочих станций. Действительно, ежемесячно над каждым участком Земли размером с большой город собирается не менее 800-1000 Мбайт спутниковых изображений. И если даже учесть, что половина их по условиям облачности непригодна для использования в ГИТ- приложениях, все равно это составляет огромный поток. И еще одно замечание: разрешение систем сбора дистанционной информации постоянно растет, а уве­личение геометрического разрешения на местности с 20 до 10 м увеличивает объем данных в 4 раза. Так что каждые 2-4 года компьютерная система должна в несколько раз увеличивать свою производительность, чтобы не отстать от темпов развития устройств сбора информации. Отсюда ясно, что еще длитель­ное время технической основой мощных полнофункциональных ГИС с анали­тическими функциями будут оставаться специализированные рабочие станции.

Еще одним моментом, который обуславливает необходимость обращения существенного внимания к рабочим WVZY-станциям является тот факт, что се­годня основные пакеты наиболее "серьезных" ГИС еще не переведены на ПК.

Основными направлениями использования ПК при работе с ГИС в настоя­щее время являются:

• использование ПК в качестве терминалов совместно с рабочими стан­циями для работы с большими ГИС (ARC/INFO);
• использование ПК в качестве станций ввода и модификации цифровых карт местности с дигитайзера или сканера (PC ARC!INFO, ArcCAD);
• использование ПК для ГИТ-проектов с небольшим объемом единовре­менно активной информации (PC ARC/INFO, ArcCAD, ArcView);
• использование ПК в учебных целях, для знакомства с методологией ГИТ;
• использование ПК на начальных стадиях больших проектов, когда объем базы данных еще не вырос, не требуется полная функциональность на больших объемах и требуется еще доказывать полезность использования ГИТ и необходимость вложения серьезных средств.

Так как современные ГИС представляют собой, как правило, сложные про­граммно-информационные комплексы, разработанные специально для приме­нения в конкретных областях информационной деятельности или для решения специализированных задач, то в их состав входят:

• операционная система;
• ядро прикладного программного обеспечения;
• модули тематической обработки данных;
• интерактивный интерфейс пользователя.

К модулям тематической обработки данных относятся:

• программное обеспечение ввода-вывода данных;
• прикладное программное обеспечение анализа векторной и растровой информации;
• СУБД;
• программное обеспечение распознавания образов;
• программное обеспечение выбора картографической проекции;
• программное обеспечение для преобразования изображений;
• программное обеспечение картографической генерализации;
• программное обеспечение генерации условных знаков и т.д..

ГИС среди информационных технологий

Первым вопросом человека, не знакомого с географическими информационными системами (ГИС), будет, конечно: «А зачем мне это нужно?» Действительно, атласами и картами мы пользуемся в нашей жизни нечасто. И вообще, географию, как известно из произведений классиков, тоже изучать не обязательно - для этого извозчики есть. К тому же информации, причем не всегда приятной, из разных источников мы и так получаем больше, чем иногда хотелось бы. И нужно ли ее еще и систематизировать? Тут есть о чем задуматься. Но, если разобраться, ГИС - это нечто большее, чем карта, перенесенная на компьютер. Так что же это такое и с чем его «едят»?

Но, к сожалению, с кратким, понятным каждому и, как говорил профессор Преображенский из «Собачьего сердца», «фактическим» определением все не так просто. Дело, видимо, в том, что эта технология, во-первых, в значительной степени универсальная, а во-вторых, она так быстро развивается и захватывает новые сферы жизни и деятельности, что, как в анекдоте времен развитого социализма, продукты (то есть определения) подвозить не успевают. Авторы каждой новой основополагающей книги по ГИС (а такие книги постоянно издаются) и тем более многочисленных монографий, касающихся какой-то одной из бесчисленного множества областей их применения, стараются внести свой посильный вклад в создание такого определения. К этим книгам мы вас и отсылаем, если вы хотите найти наиболее приемлемое для вас определение. Каждый, окунувшийся в этот мир, волен дать свое. Мы же, ни в коей мере не претендуя на оригинальность, возьмем уже имеющиеся.

Вот, например, два определения: одно «лирическое», другое «практическое». Первое: «Это возможность нового взгляда на окружающий нас мир». Второе: «ГИС - это современная компьютерная технология для картографирования и анализа объектов реального мира, а также событий, происходящих на нашей планете, в нашей жизни и деятельности».

Если обойтись без определений, а ограничиться описанием, то эта технология объединяет традиционные операции при работе с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные перспективы для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.

Один из лучших способов узнать, что такое ГИС, - посмотреть, как другие люди используют эту технологию. Ну а затем, не откладывая в долгий ящик, начать работу с ГИС и продемонстрировать свои достижения окружающим. У любого человека с творческим отношением к делу при виде возможностей ГИС сразу начинают чесаться руки… Ведь ГИС - это также и инструментарий, с помощью которого вы сможете решить задачи, для который порой не существует готовых законченных решений.

Но вернемся к началу. На первый взгляд, достаточно очевидным является только применение ГИС в подготовке и распечатке карт и, может быть, в обработке аэро- и космических снимков. Реальный же спектр применений ГИС гораздо шире, и чтобы оценить его, нам стоит взглянуть на применение компьютеров вообще: тогда место ГИС будет представляться гораздо яснее.

Компьютеры не только обеспечивают большое удобство выполнения известных операций с документами - они являются носителям нового направления человеческой деятельности. Это направление - информационные технологии, и именно на них в значительной степени основано современное общество. Что же это такое - информационные технологии?

Термин «информация» зачастую понимается слишком узко (вроде тех «информаций», что сообщают журналисты). Реально же информацией следует называть все, что может быть представлено в виде букв, цифр и изображений. Так вот, все методы, техники, приемы, средства, системы, теории, направления и т.д. и т.п., которые нацелены на сбор, переработку и использование информации, вместе называются информационными технологиями. И ГИС - одна из них.

В настоящее время ГИС - это многомиллионная индустрия, в которую вовлечены миллионы людей во всем мире. Так, по данным компании Dataquest, в 1997 году общие продажи программного обеспечения ГИС превысили 1 млрд. долл., а с учетом сопутствующих программных и аппаратных средств рынок ГИС приближается к 10 млрд. ГИС изучают в школах, колледжах и университетах. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности - будь то анализ таких глобальных проблем, как перенаселение, загрязнение территории, голод и перепроизводство сельскохозяйственной продукции, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, либо решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута движения между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода или линии электропередачи на местности, различные муниципальные задачи типа регистрации земельной собственности. Как же удается с помощью одной технологии решать столь разные задачи? Чтобы понять это, рассмотрим последовательно устройство, работу и примеры применения ГИС.

Составные части ГИС

Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.

Аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ - от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам и функциям.

Данные. Это, вероятно, наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или иной основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных.

Исполнители. Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать каждодневные дела и проблемы.

Методы. Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые устанавливаются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

Как работает ГИС?

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы.

Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам либо ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ или округ переписи населения, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги или километровый столб на магистрали и т.п. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения или местоположений объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте, где находится интересующий вас объект или явление (дом, в котором проживает ваш знакомый или находится нужная вам организация; место, где произошло землетрясение или наводнение; маршрут, по которому проще и быстрее добраться до нужного вам пункта или дома).

Векторная и растровая модели. ГИС может работать с двумя существенно различающимися типами данных - векторными и растровыми. В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y (в современных ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата). Местоположение точки (точечного объекта), например буровой скважины, описывается парой координат (X,Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X,Y. Полигональные объекты типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как плотность населения или доступность объектов. Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами. Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек); оно подобно отсканированной карте или картинке. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных.

Задачи, которые решают ГИС

ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняют пять процедур (задач) с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов. При сравнительно небольшом объеме работ данные можно вводить с помощью дигитайзера. Некоторые ГИС имеют встроенные векторизаторы, автоматизирующие процесс оцифровки растровых изображений. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.

Манипулирование. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть представлена в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в масштабе 1:100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1:50 000, а жилые объекты - в масштабе 1:10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи.

Управление. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД), специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих ГИС- и «не ГИС»-приложениях.

Запрос и анализ. При наличии ГИС и географической информации вы сможете получать ответы как на простые вопросы (кто владелец данного земельного участка? на каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты? где расположена данная промзона?), так и на более сложные, требующие дополнительного анализа (где есть место для строительства нового дома? каков основный тип почв под еловыми лесами? как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). Вопросы можно задавать простым щелчком мыши на определенном объекте, а также посредством развитых аналитических средств. С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу «что будет, если…». Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа. Среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией. Он помогает ответить на вопросы следующих типов: сколько домов находится в пределах 100 м от этого водоема? сколько покупателей живет на расстоянии не более 1 км от данного магазина? какова доля добытой нефти из скважин, находящихся в пределах 10 км от здания управления данного НГДУ? Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о почвах, уклоне, растительности и землевладении со ставками земельного налога.

Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались на столетия. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например мультимедийными.

Связанные технологии

ГИС тесно связана с рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя единой общепринятой классификации информационных систем не существует, приведенное ниже описание должно помочь дистанцировать ГИС от настольных картографических систем (desktop mapping), систем САПР (CAD), дистанционного зондирования (remote sensing), систем управления базами данных (СУБД или DBMS) и технологии глобального позиционирования (GPS).

Системы настольного картографирования используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является базой данных. Большинство систем настольного картографирования имеет ограниченные возможности управления данными, пространственного анализа и настройки. Соответствующие пакеты работают на настольных компьютерах - PC, Macintosh и младших моделях рабочих станций UNIX.

Системы САПР способны создавать чертежи проектов, планы зданий и инфраструктуры. Для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными параметрами. Они основываются на небольшом числе правил объединения компонентов и имеют весьма ограниченные аналитические функции. Некоторые системы САПР расширены до поддержки картографического представления данных, но, как правило, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять большими базами пространственных данных и анализировать их.

Дистанционное зондирование и GPS. Методы дистанционного зондирования - это и искусство, и научное направление для проведения измерений земной поверхности с использованием сенсоров, таких как различные камеры на борту летательных аппаратов, приемники системы глобального позиционирования и другие устройства. Эти датчики собирают данные в виде наборов координат или изображений (в настоящее время преимущественно цифровых) и обеспечивают специализированные возможности обработки, анализа и визуализации полученных данных. Ввиду отсутствия достаточно мощных средств управления данными и их анализа, соответствующие системы в чистом виде, то есть без дополнительных функций, вряд ли можно отнести к настоящим ГИС.

Системы управления базами данных предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные. СУБД оптимизированы для подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка СУБД. Эти системы в массе своей не имеют сходных с ГИС инструментов для анализа и визуализации.

Что ГИС могут сделать для вас?

Пожалуй, главным «козырем« ГИС является наиболее естественное (для человека) представление как собственно пространственной информации, так и любой другой информации, имеющей отношение к объектам, расположенным в пространстве (так называемой атрибутивной информации). Способы представления атрибутивной информации различны: это может быть числовое значение с датчика, таблица из базы данных (как локальной, так и удаленной) о характеристиках объекта, его фотография или реальное видеоизображение. Таким образом, ГИС могут помочь везде, где используется пространственная информация и/или информация об объектах, находящихся в определенных местах пространства. С точки зрения областей своего применения и экономического эффекта, ГИС могут следующее:

1. Делать пространственные запросы и проводить анализ. Способность ГИС проводить поиск в базах данных и осуществлять пространственные запросы позволила многим компаниям заработать миллионы долларов. ГИС помогают сократить время получения ответов на запросы клиентов; выявлять территории, подходящие для требуемых мероприятий; выявлять взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью сельскохозяйственных культур); выявлять места разрывов электросетей. Риэлтеры используют ГИС для поиска, к примеру, всех домов на определенной территории, имеющих шиферные крыши, три комнаты и 10-метровые кухни, а затем для выдачи более подробного описания этих строений. Запрос может быть уточнен введением дополнительных параметров, например стоимостных. Можно получить список всех домов, находящихся на заданном расстоянии от определенной магистрали, лесопаркового массива или места работы.
2. Улучшить интеграцию внутри организации. Многие организации, применяющие ГИС, обнаружили, что одно из основных их преимуществ заключается в новых возможностях улучшения управления собственной организацией и ее ресурсами на основе географического объединения имеющихся данных, в возможности их совместного использования и согласованной модификации разными подразделениями. Возможность коллективного использования и постоянно наращиваемая и исправляемая разными структурными подразделениями база данных позволяют повысить эффективность работы как каждого подразделения, так и организации в целом. Так, компания, занимающаяся инженерными коммуникациями, может четко спланировать ремонтные или профилактические работы, начиная с получения полной информации и отображения на экране компьютера (или на бумажных копиях) соответствующих участков, например водопровода, и заканчивая автоматическим выявлением жителей, на которых эти работы повлияют, и уведомлением их о сроках предполагаемого отключения отопления или перебоев с водоснабжением.
3. Помогать принятию более обоснованных решений. ГИС, как и другие информационные технологии, подтверждают известную поговорку о том, что лучшая информированность помогает принять лучшее решение. Но ГИС - это не инструмент для выдачи решений, а средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры их принятия. Оно обеспечивает ответы на запросы и функции анализа пространственных данных, представление результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде. ГИС помогают, например, в решении таких задач, как предоставление разнообразной информации по запросам органов планирования, разрешение территориальных конфликтов, выбор оптимальных (с разных точек зрения и по разным критериям) мест для размещения объектов и т.д. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет ответственным работникам сосредоточить свои усилия на поиске решения, не тратя значительного времени на сбор и осмысление доступных разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать из них наиболее эффективный и экономически целесообразный.
4. Создавать карты. Картам в ГИС отведено особое место. Процесс создания карт в ГИС более прост и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Он начинается с создания базы данных. В качестве источника получения исходных данных можно пользоваться и оцифровкой обычных бумажных карт. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (без деления на отдельные листы и регионы) и не связанными с конкретным масштабом или картографической проекцией. На основе таких баз данных можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) любой территории, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее выделением и отображением требуемыми символами. В любое время база данных может пополняться новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные можно корректировать и тут же отображать на экране по мере необходимости. В крупных организациях созданная топографическая база данных может использоваться в качестве основы другими отделами и подразделениями; при этом возможны быстрое копирование данных и их пересылка по локальным и глобальным сетям.

«САПР и графика» 5"2000