Зацерковний В.І. та ін. ГІС та бази даних

•недостатню гнучкість табличної організації семантичних даних;

•неспроможність розпізнавати ієрархічні відношення класів об’єктів. Крім того, СКБД просторових і атрибутивних даних цілком поєдна-

на, а це ускладнює маніпулювання атрибутивними даними, оскільки їх структура є нереляційною.

Зазначені недоліки можна усунути шляхом застосування об’єктноорієнтованого підходу при проектуванні підсистеми збереження, оновлення й керування базами даних.

Крім збереження графічної і текстової (атрибутивної) інформації, сучасні інструментальні ГІС надають можливість пов’язування графічних об’єктів на цифрових картографічних зображеннях із візуальною (фото-, відео-) та звуковою інформацією. Прикладом використання цієї можливості може слугувати звуковий супровід про об’єкт, записаний на жорсткий диск.

3.2.3. Підсистема обробки інформації, моделювання й аналізу даних

Підсистема обробки, моделювання й аналізу даних призначена для організації обробки даних,забезпечення процедур їх перетворення, математичного моделювання та поєднаного аналізу шляхом генералізації13, агрегації14, встановлення параметрів і обмежень за допомогою моделюючих функцій.

Задачі підсистеми обробки, моделювання й аналізу даних представлені на рис. 3.7.

Задачі підсистеми обробки, моделювання й аналізу даних

Рис. 3.7. Задачі підсистеми обробки, моделювання й аналізу даних

13Генералізаціякартографічна (від лат. generalis – загальний) – процеси відбору й узагальнення географічних об’єктів (населених пунктів, річок тощо) для складання географічних карт. 14Агрегація(від лат. aggregatio – приєднання) – злипання, з’єднання, утворення агрегату.

131

Оскільки характерною особливістю ГІТ є обробка просторово-часо- вих, географічно координованих даних, то картографічні матеріали та цифрові зображення є як джерелами даних при створенні геоінформаційних фондів (бібліотек) ГІС, так і підсистемами подання, генерації й обробки картографічних даних.

Аналітичний апарат ГІС прямо пов’язаний з різними галузями прикладної математики (обчислювальної геометрії), з машинною графікою, розпізнаванням образів, аналізом сценаріїв, цифровою фільтрацією й автоматичною класифікацією в блоці обробки цифрових зображень растрових ГІС, геодезією та картографією.

Аналіз даних є прерогативою користувача, однак підсистема аналізу дозволяє значно спростити і полегшити аналіз просторово пов’язаних даних, практично виключити ручну працю і значною мірою спростити розрахунки, виконувані користувачем. Цей блок є головним модулем ГІС, який, в основному, й визначає цільову спрямованість обробки даних для конкретної просторової задачі. Він складається з пакетів прикладних програм і процедур, які утворюють предметний геоінформаційних додаток. Основними функціями цього блоку є функції просторового аналізу.

Ядром цієї підсистеми є система цифрового картографування (СЦК), яка виконує функції введення, редагування оперативного перегляду та інтерактивних вимірів цифрових карт і зображень. СЦК повинна забезпечувати комфортне середовище як для розробників основних компонент ГІС, так і для користувачів.

Дуже важливою у даному випадку є технологія поєднання растрового і векторного форматів подання даних. Призначення СЦК – комплексне створення та редагування цифрових карт, елементів їх інформаційного забезпечення (системи умовних знаків і класифікатора інформації) з метою отримання й оновлення картографічних даних і створення моделей гeоінформаційних процесів.

3.2.4. Підсистема контролю, візуалізації та виведення інформації

Після виконання будь-якого аналізу, потрібно подати результати цього аналізу. Програмні засоби ГІС повинні забезпечити візуалізацію просторових та інших графічних і відеоданих, а також результати виконання різних запитів. Крім того, ці засоби повинні мати можливості створення "твердих копій" для різних широкоформатних пристроїв, таких, як струменеві плотери, принтери або машини для фотодруку.

Підсистема контролю, візуалізації та виведення інформації призначена для відображення всієї бази даних або її частини в табличній, діаграмній або картографічній формі.

132

У картографії (традиційній паперовій, її цифровому еквіваленті або комп’ютерній картографії), вихідним продуктом залишається карта, проте, оскільки у карт бувають різні користувачі, то виведення даних може відбуватись у різних тематичних формах і форматах. У реальному житті типи можливого виведення даних диктуються сферою застосування ГІС або ПЗ, що використовується.

Пристрої візуалізації даних представлені на рис. 3.8.

Інтерфейс користувача ГІС повинен відповідати вимогам фізичного та психологічного комфорту користувача, бути ефективним, швидкодіючим, володіти можливостями адаптації під конкретного користувача, поєднувати можливості інтерактивного введення, текстових і графічних меню, повинен забезпечувати багатовіконне відображення графічних даних з можливістю відкриття необмеженої кількості вікон, пов’язувати з вікнами як різноманітні зображення, так і фрагменти одного і того ж зображення, поданих у різних масштабах.

Ефективність і швидка дія інтерфейсу користувача повинні забезпечуватись за рахунок максимального використання можливостей, наданих апаратним забезпеченням (просторове та кольорове розрізнення графічних адаптерів, графічні співпроцесори) і системним програмним забезпеченням (багатовіконні графічні середовища, інтегровані оболонки програмування). Інтерфейс користувача повинен мати доступ до вбудованої та розвиненої системи допомоги (HELP-системи).

133

3.3. Функції ГІС

Функція (від лат. function – виконання, здійснення, завершення) – спе-

цифічна діяльність системи, спрямована на виконання певних цілей.

Під функцією ГІС зазвичай розуміють:

•дію, її реакцію на навколишнє середовище;

•множину станів виходів;

•при описовому або дескрипторному підході вона виступає як властивість системи, яка розгортається в динаміці;

•процес досягнення мети;

•узгоджені між елементами дії в аспекті реалізації системи як цілісного утворення.

Виконання ГІС своїх функцій називається функціонуванням системи.

Поняття функції використовується в різних значеннях. Воно може означати й здатність до виконання певних завдань і виконання певних завдань.

Стратегію створення будь-якої ГІС визначають функції, які вона буде виконувати. Крім традиційних функцій, притаманних будь-якій ІС, – збору, збереженню, обробці й передачі інформації, – ГІС повинні володіти додатковими функціями розв’язку задач моделювання та прогнозування даних, підтримки прийняття рішень тощо.

Умовно функції ГІС можна поділити на вісім груп (рис. 3.9) [22].

Рис. 3.9. Функції ГІС

134

1.Інформаційно-довідкові функції – створення та ведення банків просторово-координованої інформації, у тому числі:

• створення цифрових (електронних) атласів. Перший комерційний проект розробки цифрових атласів – "Цифровий атлас світу" – був ство-

рений у 1986 р. фірмою Delorme Mapping Systems (США). Можна також відзначити "Цифровий атлас Великої Британії" на оптичних дисках (розробка британського Domesday Project (1987)), "Цифрову карту світу" (Digital Chart of the Word) масштабу 1:1 000 000, розроблену Картографіч-

ним агентством Міністерства оборони США в 1992 р. тощо і, нарешті, – електронну версію Національного атласу України, розроблену Інститутом географії НАН України і фірмою "Інтелектуальні Системи, Гео" (Київ, 2000);

• створення та ведення банків даних систем моніторингу. Наприклад, "Глобальний ресурсний інформаційний банк даних" (Global Resources Information Database, GRID), створений під егідою UNESCO в 1987– 1990 pp., і "Геоінформаційна система країн Європейського Співтовариства" CORINE, розроблена в 1985–1990 pp.;

• створення й експлуатація кадастрових систем, насамперед автоматизованих земельних інформаційних систем (АЗІС) або Land Information Systems (LIS), і муніципальних (або міських) автоматизованих інформаційних систем (МАІС), а також простороворозподілених автоматизованих інформаційних систем водного та лісового кадастрів, кадастрів нерухомості тощо.

Програмне забезпечення роботи з просторовими даними в кадастрових системах складають програмні геоінформаційні пакети ArcInfo, Arc View GIS, MGE Intergraph, MapInfo (США), SICAD (Німеччина), ILWIS (Нідерланди) тощо.

2.Консультаційно-експертні функції – розв’язок задач обробки пер-

винної інформації в межах довідково-аналітичних і експертних систем.

3.Функції автоматизованого картографування – створення високоякісних загальногеографічних і тематичних карт, які відповідають сучасним вимогам до картографічної продукції. Функції автоматизованого картографування повинні забезпечувати роботу з картографічними даними ГІС з метою їх відбору, оновлення й перетворення для виробництва високоякісних карт і рисунків.

Функції автоматизованого картографування повинні включати можливості:

– векторно-растрових перетворень (rasterization, rasterisation, gridding, vector to raster conversion – синонім растеризація) – перетворення

(конвертування) векторного подання просторових об’єктів у растрове шляхом присвоювання елементам растру значень, що показують належність або неналежність їм елементів векторних записів об’єктів);

135

–растрово-векторних перетворень (vectoring, vectorization векто-

ризація). Векторизацію можна виконувати вручну, інтерактивно проходячи по комірках растру, або в автоматичному режимі;

–перетворень координатної системи;

–перетворень картографічних проекцій і масштабів;

–"склеювання" окремих аркушів;

–здійснення картометричних вимірів(обчислення площ, відстаней);

–розміщення текстових написів і позамасштабних картографічних

знаків;

–формування макета для друку.

4.Функції просторового аналізу та моделювання природних,

природно-господарських і соціально-економічних територіальних систем, що ґрунтуються на унікальних можливостях, наданих картографічною алгеброю, геостатистикою та мережевим аналізом, які складають основу аналітичних блоків сучасних інструментальних ГІС з розвиненими аналітичними можливостями. Ці функції реалізуються в наукових дослідженнях, а також при вирішенні широкого кола прикладних завдань при територіальному плануванні, проектуванні й управлінні.

Функції просторового аналізу повинні забезпечувати спільне використання й обробку картографічних і атрибутивних даних в інтересах створення похідних картографічних даних. Функції просторового аналізу повинні включати:

– вимірювальні операції;

– аналіз географічної близькості;

– аналіз просторового розподілу об’єктів;

– аналіз мереж;

– топологічне накладення полігонів (оверлейні операції);

– вимір атрибутивних даних;

– інтерполяцію та ізолінійне картографування полів;

– обчислення та побудову буферних зон.

5.Функції моделювання та прогнозування процесів природних,

природно-господарських і соціально-економічних територіальних систем. Прикладами є сучасні просторово-розподілені моделі поверхневого стоку, змиву ґрунту та транспортування схилових і руслових наносів, різних забруднювачів, зокрема, LISEM, Csredis (Нідерланди), WEPP (США). Реалізуються при оцінці й прогнозі поведінки природних і природно-госпо- дарських територіальних систем та їх компонентів при розв’язанні різних наукових і прикладних завдань, у тому числі пов’язаних з охороною та раціональним використанням природних ресурсів.

6.Функції підтримки прийняття рішень у плануванні, проекту-

ванні та управлінні. Найбільш активно цей напрям в Україні розвивається

вмістобудівному плануванні та проектуванні. Певні успіхи є в галузі

136

геоінформаційного забезпечення надзвичайних ситуацій. Діапазон прикладів тут може бути досить широким, якщо гнучко підходити до визначення змісту поняття "система підтримки прийняття рішень" (СППР), яка повинна передбачати:

–програмно-організовані банки просторової й атрибутивної інфор-

мації;

–базу знань, що складається з блоків аналізу та моделювання, з набором моделей просторового аналізу і просторово-часового моделювання, а також довідково-інформаційного блоку, який містить формалізовану довідково-нормативну базу з розглядуваної проблеми;

–блок технологій штучного інтелекту, який забезпечує механізм формально-логічного висновку й ухвалення рішення на основі інформації, наявної в базі даних, довідково-інформаційному блоці та результатах просторово-часового аналізу та моделювання;

–інтерфейс користувача.

На практиці у багатьох випадках як СППР розглядаються інтегровані комп’ютерні системи, що містять систему програмнореалізованих моделей, банк довідкової інформації та банк даних. Аналіз і оцінка результатів імітаційного або оптимізаційного моделювання виконуються поза системою кваліфікованим експертом або групою експертів.

7.Керуючі та транспортні функції забезпечують вирішення задач оперативного доведення управлінських рішень до виконавців.

8.Контрольні функції дозволяють оцінити ефективність рішень, що приймаються, і забезпечують контроль за ходом їх виконання.

3.4.Геоінформаційні технології

Угеоінформатиці велику роль відіграє технологічний аспект, що охоплює питання організації даних, їхнього збору, інтегрування, обробки та інтерпретації [6].

Геоінформаційні технології (Geographic Information Technologies) –

це сукупність методів і прийомів для збору й обробки географічної (просторової) інформації.

Людина у своїй діяльності використовує дві технології – технології пристосування до навколишнього середовища і технології перетворення середовища в відповідності до своїх потреб. Обидва типи вищеназваних технологій сьогодні в більшому ступені реалізуються з використанням методів геоінформатики.

Геоінформаційні технології (ГІТ) дозволяють накопичувати знання про навколишній світ у сучасній цифровій формі, наочно відображати їх

увигляді динамічних електронних карт, швидко інтегрувати інформацію з будь-якого місця або регіону й поширювати її в режимі реального часу.

137

В основі ГІТ первісно був закладений принцип інтеграції. Кожний об’єкт, процес або явище має своє місце розташування, яке виступає сполучною ланкою між величезним обсягом, здавалося б, непорівнянних фактів, спостережень та інформації про об’єкти реального світу, яку ми щодня одержуємо. Просторові взаємини дозволяють одержати загальну картину реальності, допомагають упорядкувати наявні дані, звести їх до виду, зручного для осмислення й аналізу.

У праці [15] виділені три складові ГІТ:

–технології ГІС (Geographic Information Technologies) – це техно-

логії введення, інтегрування, збереження, обробки, аналізу, моделювання

йвізуалізації географічної інформації;

–технології дистанційного зондування Землі (Remote Sensing – RS) –

це технології отримання інформації про поверхню Землі та середовище за допомогою орбітальних супутників Землі. Сигнали, отримані приймачами інформації на Землі, трансформуються у цифрові зображення для вивчення, обробки та інтерпретації;

–технології позиціонування (Global Positioning System, GPS) – це технології визначення місця розташування на Землі, обробка даних інтегрованих у середовище ГІС засобами глобальних навігаційних систем, комбінованими засобами глобальних навігаційних систем і засобами електронних геодезичних вимірів.

Обробка даних дистанційного зондування Землі та даних позиціонування виконується інтегрованими в ГІС засобами, що дає підставу відносити ці технології до геоінформаційних технологій.

ГІТ призначені для підвищення ефективності процесів управління, збереження і подання інформації, обробки та прийняття рішень. ГІТ, як і всі технології взагалі, знаходяться в процесі постійного удосконалення.

На сьогодні ГІС – це багатомільйонна індустрія, в яку залучені мільйони людей у всьому світі. Цю технологію застосовують практично у всіх сферах людської діяльності (аналіз таких глобальних проблем, як перенаселення, забруднення території, голод і перевиробництво сільськогосподарської продукції, скорочення лісових угідь, природні катаклізми, вирішення таких завдань, як пошук найкращого маршруту руху між двома пунктами, підбір оптимального розташування нового офісу, пошук будинку за його адресою, прокладка трубопроводу або лінії електропередач на місцевості, різні задачі управління територіями, наприклад, реєстрації земельної власності тощо).

На ринку ГІС з’являються нові продукти, частина з яких зазнає невдач, а частина продовжує використовуватися та вдосконалюватися. Навколишній світ швидко змінюється і потреби користувачів змінюються разом з ним. Усе це породжує нескінченну розмаїтість, а отже, ситуацію нескінченного вибору, яка, щоправда, мало що дає, коли складність вибо-

138

ру перевищує здатності індивідуума вичленувати головне. Доводиться вишукувати методи зменшення складності, щоб шляхом спрощення вирішити, що є важливим, а що ні.

ГІТ – це сукупність методів і програмно-технічних засобів, поєднаних утехнологічний ланцюжок, який забезпечує збір, обробку, збереження, поширення та відображення просторової інформації з метою зменшення працеємності процесів використання інформаційного ресурсу, а також підвищення їх надійності й оперативності.

ГІТ умовно можна розподілити на такі групи:

–створення та вдосконалення апаратно-програмних засобів;

–забезпечення взаємодії з користувачами;

–створення баз геопросторових даних і управління ними;

–збір просторової інформації;

–обробка інформації;

–розповсюдження інформації;

–цифрування інформації;

–геокодування;

–розробка та вдосконалення форматів збереження даних;

–розробка засобів конвертування;

–розробка процедури трансформації й оверлея;

–просторове та геостатистичне моделювання;

–картографічна візуалізація тощо.

Створення та вдосконалення апаратно-програмних засобів. Про-

грамне забезпечення ГІС повинне задовольняти різні вимоги і бути простим, але багатофункціональним, володіти засобами адаптації та розробки додатків, мати невисоку вартість.

Забезпечення взаємодії з користувачами. Дана група технологій призначена для забезпечення взаємодії користувачів з програмним забезпеченням ГІС. При цьому технології створення інтерфейсу поділяються на дві групи:

1)технології створення службового інтерфейсу для здійснення дій системного адміністратора ГІС і забезпечення працездатності системи;

2)функції інтерфейсу кінцевого користувача.

Конкретні технології цієї групи є загальнотехнічними та застосовуються у більшості програмних комплексів. Основними з них є:

–використання національних термінів предметної галузі;

–налагодження елементів інтерфейсу з урахуванням вимог конкретного користувача;

–розмежування доступу до операцій залежно від пріоритету (прав) користувача, доступ за паролем;

–використання спадаючих і спливаючих меню, "гарячих" клавіш;

139

–вибір команд із підказками або без підказок;

–отримання відповідей за замовчуванням;

–видача повідомлень про стан виконання операцій (виконання, тривалість операції, збій, завершення тощо);

–виведення попереджуючих повідомлень перед виконанням відповідальних операцій;

–захист від некоректного використання операцій;

–відміна виконуваної операції зі збереженням команди попереднього стану;

–повернення після виконування команди до стану виконання цієї команди;

–видача користувачеві "дружніх" повідомлень про похибки;

–відновлення роботи після програмної похибки;

–доступ до контекстної гіпертекстової довідкової системи (HELPсистеми);

–доступ до машинного посібника користувача.

Створення баз геопросторових даних і керування ними. Техноло-

гії цієї групи зазвичай є загальнотехнічними. Специфіка функцій цієї групи проявляється в організації даних позиціонування з урахуванням координатних систем, просторових моделей і масштабів картографування територій. Найбільш важливими з них є:

–завдання внутрішньої для ГІС моделі даних, яка забезпечує опис об’єктів довільного типу;

–забезпечення багаторівневого (за масштабами) подання території

зузгодженням координатних систем;

–введення даних про якість інформації, включаючи походження, точність даних, детальність і повноту (у тому числі пооб’єктного);

–введення й організацію растрових даних (фільтрація, зшивання) за аркушами або ділянками території;

–введення й організація векторних даних (зведення, звірення, зшивка – інтерактивне або автоматичне з’єднання геометрично суміжних об’єктів, розподілених або таких, що перекриваються, клішування, додавання і/або видалення точок) за аркушами або за ділянками території;

–введення та зміна атрибутивних даних (зміна ідентифікаторів, об’єднання кодів);

–забезпечення організації масивів даних за типом локалізації, темою, класами об’єктів;

–підтримка проектів баз даних (сукупності даних на певну територію для розв’язку конкретної просторової задачі);

–підтримка доступу до даних (послідовного, прямого і за ключем);

–керування зв’язками атрибутивних даних і даних позиціонування;

140