§ 18-19. Особенности геоинформационных методов и ГИС-технологий, их связи с другими науками и отраслями производства

Цель обучения: 

11.2.2.2 – объяснять особенности геоинформационных методов и геоинформационных систем (ГИС) технологий, их связи с другими науками и отраслями производства.

ГЕОИНФОРМАТИКА • АЭРОФОТОСЪЕМКА •
​ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА (ГИС) •
​ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА • КОМПОНЕНТЫ ГИС •
​​СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ (СУБД)

1. Что такое ГИС

Вспомни!

   1. Понятия «информатика» и «геоинформатика».
​   2. Применение геоинформационного метода.
​   3. Собственный опыт применения геоинформационного метода.

   Геоинформатика – наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по приложению ГИС для практических и научных целей.

   ​Существуют карты разного типа. Топографические карты являются картами общего назначения, а тематические карты создаются для решения специальных задач. Аэрофотосъемка и методы дистанционного зондирования позволяют создавать тематические карты больших участков земной поверхности с высокой точностью. Ученые создали целый набор мощных средств для сбора, хранения и анализа пространственных данных, используемых в различных областях знаний. 
   ​ГИС позволяет анализировать и обрабатывать географические данные в интерактивном режиме, а также изучать тенденции и прогнозировать результаты принимаемых решений.
   ​Информационная система – это последовательность операций, начинающихся с планирования исследований и заканчивающихся использованием полученной информации для принятия тех или иных решений (схема 4). 

Схема 4. Упрощенная схема работы   информационной системы

2. Компоненты ГИС

 Схема 5. Компоненты рабочей станции и периферийное оборудование ГИС

   Для работы ГИС необходимы следующие составляющие:

   ​1. Рабочая станция с установленной операционной системой и периферийными устройствами (схемы 5, 6).

   ​2. Специальное программное обеспечение.

   ​3. Пространственные данные.

   ​4. Система управления данными и средства их анализа.

   ​5. Квалифицированный персонал.

 Схема 6. Операционная система и периферийные устройства рабочей 
 ​станции

3. Ввод данных в ГИС

   Под вводом данных в ГИС понимают все этапы сбора пространственных и атрибутивных данных. Источниками пространственных данных являются карты, аэрофотоснимки, космические снимки, результаты полевых исследований и т. д. (схема 7).

Схема 7. Ввод данных в ГИС

   Пространственные и атрибутивные данные, представленные в аналоговой форме, сначала преобразуют в стандартный цифровой формат с помощью дигитайзера или сканера, а затем записывают в память компьютера. Для управления данными используется система управления базами данных (СУБД) ГИС, с помощью которой, проводится анализ данных, и формируются результаты этого анализа в форматах, необходимых пользователям.

4. Выходные данные ГИС

   Данные для ГИС собираются из различных источников и изначально могут быть представлены в самых разных форматах. В отношении конечной продукции ГИС важно подчеркнуть, что работающий с этой системой оператор должен хорошо знать все варианты представления выходных данных, реализованные в программном обеспечении. Краткое обсуждение различных типов выходных данных ГИС приводится ниже.
   ​Чаще всего выходные данные ГИС предоставляются пользователям в виде карт. Карты, являющиеся двумерными моделями тех или иных частей земной поверхности, различаются по своему типу.
   Широко распространены следующие типы карт: ​
​   Тематические карты служат для отображения пространственных вариаций одного из параметров (например: заселенности территорий) или соотношения между различными параметрами (например: карты «земных покровов»).

   Картограммы обычно используют для сравнения относительных значений непрерывно распределенных параметров в пределах заданных границ (например, среднегодовой доход на душу населения в зависимости от страны). Для отображения различий между областями на таких картах широко используют цвет и штриховку.
   Дазиметрические карты (карты плотности) используют для тех территорий, которые являются относительно однородными по изучаемому признаку (например: карта территории с одним классом поверхностных объектов). Различия в значении исследуемого параметра на таких картах также отображаются цветом и штриховкой.
   Карты изолиний, то есть линий одинаковых значений параметра. Они позволяют наглядно представить информацию о градиентах. Изолинии можно использовать для отображения топографии региона или для представления данных о распределении зон высокого и низкого давления (рис. 29).

   Для решения специальных задач используют следующие карты (рис. 30).
   ​Карты точек, на которых пространственные вариации какой-либо величины, например, расселения, характеризуются разным числом одинаковых точек.
   ​Карты векторов, на которых отображаются направление и величина планируемого или существующего потока (например, транспортные карты, на которых показаны пункты отправления и доставки, а также объем грузов, перемещаемых из одной страны в другую).
   ​Объемные карты рельефа, на которых участок земной поверхности показан так, как он был бы виден при аэрофотосъемке под некоторым углом.
   ​Видеокарты – вид карт, который используется в основном для отображения какого-либо явления в динамике (например, роста численности населения и площади города во времени).
   Некоторые пользователи ГИС предпочитают, чтобы результаты​ анализа данных были представлены не на карте, а в виде графиков и диаграмм.

Наиболее широко используемые типы графиков (диаграмма 3) 

   Столбчатая диаграмма используется для иллюстрации различий в атрибутивных данных у объектов разного типа (например, эффективность использования земель в зависимости от времени для городских, пригородных и сельских территорий).
   ​Секторная диаграмма представляет собой разделенный на секторы круг и используется для наглядного представления каких-либо пропорций (например, процентной доли городского, пригородного и сельского населения в стране).
   ​Диаграмма рассеяния применяется для того, чтобы 

показать, как один атрибутивный параметр зависит от другого (например, урожай от вида удобрений).
   ​Гистограммы  характеризуют распределение значений атрибутивного параметра по различным диапазонам (например, процент учащихся в начальной и средней школе, колледжах и высших учебных заведениях).
   Иногда пользователям требуется рассчитать такие статистические оценки, как среднее, медиана, дисперсия, стандартное отклонение, максимальное и минимальное значения атрибута. Эту информацию им можно предоставить в виде таблиц и отчетов.​

   Рис.29. Распространенные типы карт
        Рис.30.Типы карт для решения специальных задач
             Диаграмма 3. Типы графиков

   Это интересно!

   Достижения Казахстана в области применения ГИС-технологий.

   С наступлением независимости в Казахстан, как и другие страны постсоветского пространства, начали все шире проникать настольные компьютеры, а с ними и новые компьютерные технологии. По мере развития рыночных отношений, налаживания более тесных связей с мировой экономикой общество постепенно эволюционировало и пыталось освоить целый поток новых для него информационных технологий. Так появились ГИС в Казахстане.

   Казахстанский центр геоинформационных систем осуществляет многочисленные проекты в области ГИС-технологий. Основная задача компании — внедрение и содействие развитию геоинформационных технологий на казахстанском пространстве. За последние годы ГИС, сначала считавшиеся в Казахстане красивой и дорогой компьютерной «игрушкой», превратились в высокоэффективный инструмент для решения различных задач, стоящих перед государством, крупными компаниями, всем обществом.
   ​В настоящее время действуют специализированные классы по обучению ГИС при компаниях, продающих решения на основе или с элементами ГИС. Многие ВУЗы ввели ГИС, как одну из учебных дисциплин в свою программу. 

5. Области применения ГИС

   ГИС используются для решения задач управления и планирования, связанных с анализом большого количества географических данных, частью которых являются так называемые позиционные данные. Позиционные данные могут характеризовать настоящее, прошлое или будущее местоположение объектов. Иными словами, эти данные необходимы для решения задач, связанных с географическим пространством.

   Некоторые примеры таких задач:
   1. Управляющий лесным хозяйством хочет оптимизировать работы по возобновлению строевого леса на основе данных о почвах и текущего резерва леса при наличии определенных технических ограничений.
   ​2. Геолог должен определить место будущего расположения дамбы по результатам анализа сейсмичности и геологических структур в регионе.
   ​3. Специалисту по геоинформатике необходимо определить места расположения ретрансляционных станций его компании с учетом особенностей топографии, цен на земельные участки и других данных.
   ​Область применения ГИС безгранична, поскольку эти системы необходимы для решения задач управления и планирования, которые встречаются в любой сфере деятельности человека, от гражданского строительства и городского планирования до мониторинга окружающей среды и различных научно-практических исследований.

   ​ГИС используют для изучения как природных, так и антропогенных явлений. Например: для решения задач городского планирования необходимо глубокое понимание связи между расселением и такими элементами инфраструктуры, как дорожные развязки, школы, больницы, посты милиции и т. п. В то же время предметом изучения геоморфологии, почвоведения, экологии и других наук являются природные объекты и явления (например: горные породы, распределение почв и движение тектонических плит).
   ​ГИС применяют и для совместного исследования антропогенных и природных явлений, в частности, для изучения антропогенного влияния на природную среду при строительстве больших промышленных объектов. Можно также упомянуть такие области применения ГИС, как анализ осуществимости проектных решений (например, оценка пригодности площадки для строительства) и моделирование эрозии почв.

Проверь себя!

Контрольные вопросы     

   1. Дайте определение новых понятий темы.
   ​2. Что такое ГИС? Как работает упрощенная схема информационной системы?
   ​3. Перечислите основные компоненты ГИС и дайте им характеристику.
   ​4. Как осуществляется ввод данных в ГИС?
   ​5. Какие еще компьютерные программы можно широко использовать для обработки и накопления географических баз данных?
   ​6. Перечислите выходные данные ГИС. Дайте им характеристику.
   ​7. Перечислите области применения ГИС.

Работа в группе

   Сделайте подборку широко распространенных типов карт по экономико-географической характеристике одной из стран мира (по своему выбору), используя компьютерную базу данных. Составьте презентацию слайдов по теме в программе Microsoft PowerPoint. Представьте результат работы в классе, обсудите и сделайте вывод по теме.

Работа с источниками информации

   Подготовьте сообщение по теме: «Географические объекты в ГИС», используя дополнительную литературу, интернет–источники. Обратите внимание на решение следующих вопросов:

  • ​Что называется географическими объектами в ГИС?
  • Какими видами они представлены?
  • Укажите в сообщении, почему для работы с географическими объектами важно четко понимать значение терминов «масштаб» и «разрешение».
  • Что означает понятие «атрибутная характеристика»?

Обсудите подготовленное сообщение в классе и сделайте вывод.

   Изобрази графически

   Постройте широко используемые типы графиков по развитию одной из отраслей промышленности мира (по своему выбору), используя программу Microsoft Excel. Графические материалы должны раскрывать​ уровень развития исследуемой отрасли. Не забывайте, что данные из статистических сборников необходимо брать в динамике. Представьте результат работы в классе, обсудите и сделайте вывод по теме.

Исследование, мини-проекты

   ​Составьте доклад-сообщение «Примеры использования ГИС в Казахстане» по одной из следующих тем:
   ​- ГИС в работе избирательной кампании;
   - ГИС в бизнесе;
   ​- ГИС для демографического анализа;
   ​- ГИС для связи с клиентами и партнерами;
   ​- ГИС для доставки товаров и маршрутизации;

   ​- ГИС в создании и использовании электронных карт;
   ​- ГИС для задач городского хозяйства;
​   - ГИС в государственном земельном кадастре;
   - ГИС в экологии;
   ​​- Предоставление ГИС-услуг через интернет;
   ​​- ГИС в игорном бизнесе;
   ​​Обсудите подготовленные доклады-сообщения в классе и сделайте вывод.

   Моя точка зрения!

   Внимательно прочитайте цитаты известных людей о технологиях. Согласны ли вы с этими высказываниями? Обоснуйте и аргументируйте ваш ответ (положительный/отрицательный). 

   ​1. «Конечные пределы компьютерной мощи не определяются людьми, которые собирают компоненты на китайских фабриках; возможности компьютера заключены в самой его сути» (Д.Ассанж).
   ​2. «Бумажная цифра – мертвая цифра, а цифра в электронной форме способна рожать мысли и действия» (Б.Гейтс).
   ​3. «В борьбе за свободу информации именно технология, а не политика определит исход дела»(Р.Мердок).

Өтінемін күте тұрыңыз