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

Інформаційне забезпечення (ІЗ) – сукупність методів і засобів для розміщення й організації інформації, які включають системи класифікації, кодування, уніфіковані системи документації, методи створення внутрішньомашинної інформаційної бази ІС.

Саме ІЗ поєднує компоненти (програмне забезпечення, апаратне забезпечення, персонал тощо) в єдину систему і надає їй можливість функціонувати в умовах змінного зовнішнього середовища. Забезпечення раціональної загальносистемної технології в складних ІС потребує аналізу великої кількості варіантів.

Програмне забезпечення (ПЗ) – сукупність програмних засобів для створення й експлуатації ІС засобами обчислювальної техніки.

Це один із основних і найбільш коштовних компонентів ІС, який характеризується складністю та трудомісткістю розробки, необхідністю висококваліфікованих кадрів для його створення. Від якості ПЗ залежить функціонування всієї системи.

ПЗ включає в себе:

–системне ПЗ – для забезпечення взаємодії людини з комп’ю- тером, здійснення базових операцій введення-виведення інформації та її резервування;

–комунікаційне ПЗ – для забезпечення користувачів ІС засобами обміну інформацією, колективного використання всіх ресурсів (апаратних, програмних, інформаційних);

–прикладне ПЗ – для розв’язку різноманітних завдань у конкретній предметній сфері. Існує вузькоспеціалізоване програмне забезпечення (бухгалтерське, економічного аналізу, технологічне тощо) і призначене для широкого застосування в різних галузях (текстові процесори, електронні таблиці, бази даних тощо).

Апаратне забезпечення – комплекс технічних засобів, що застосовуються для функціонування інформаційної системи. Включає

всебе весь перелік технічних засобів: для збору інформації; введення й обробки інформації в електронно-обчислювальній машині (ЕОМ); внутрішні та периферійні засоби телекомунікації; засоби візуалізації, які комплектуються з урахуванням специфіки предметної галузі, змісту та способів використання відомостей, що отримуються і зберігаються в системі тощо.

Правове забезпечення – сукупність правових норм, що регламентують створення та функціонування ІС.

Лінгвістичне забезпечення – сукупність мовних засобів, які використовуються на різних стадіях створення й експлуатації ІС для підвищення ефективності розробки та забезпечення спілкування людини і ЕОМ.

31

1.4. Поняття про геоінформатику та географічні інформаційні системи

Геоінформатика – галузь науки і техніки, яка відображає та вивчає природні й соціально-економічні геосистеми, їх взаємодію та розвиток за допомогою комп’ютерного моделювання на основі інформаційних систем і технологій, баз даних і баз знань.

Термін "геоінформатика" складається з трьох слів: географія, інформація й автоматика, що вказує на три основних джерела і три складові частини наукової дисципліни. Хоча сьогодні є всі підстави вважати, що геоінформатика ближче до інформатики, ніж, наприклад, до географії. Геоінформатика оперує сучасними концепціями інформатики і переносить їх у прикладні сфери.

Геоінформатика вивчає принципи, техніку й технологію одержання, накопичення, передачі, обробки та подання даних і є засобом отримання на їх основі нової інформації і знань про просторово-часові явища, процеси, об’єкти. Іншими словами, геоінформатика – наукова дисципліна, підрозділ інформатики, предметом якої є інформація, що має просторову прив’язку (географічно координовані дані).

Предметом геоінформатики є безліч просторово-часових інформаційних потоків, що охоплює інформацію про географічне, геологічне і космічне середовища (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Предмет і методи геоінформатики:

БД – бази даних; ММ – математичні моделі; ІМ – імітаційні моделі; БЗ – бази знань; КМ – картографічні моделі; ФМ – фотометричні моделі; МШІ – моделі штучного інтелекту

32

Геоінформатика інтегрувала в собі теорію, методи й традиції класичної картографії та географії з можливостями й апаратом прикладної математики, інформатики і комп’ютерної техніки. Поєднання цих наук отримало назву "геоматика"2 [1]. Геоматика займається розв’язком необхідних прикладних задач з можливостями людини, обчислювальної техніки й програмних засобів, які опрацьовують географічну (просторову) інформацію й передають її споживачам на екран монітора, друкувальний пристрій або на канали зв’язку.

Своїм виникненням геоінформатика зобов’язана розвитку фундаментальних наук ХХ століття – кібернетики, теорії інформації, загальній теорії систем, прикладній інформатиці, глобальному моделюванню, енергетиці, оптимології та низки інших, що стали основою нового напрямку.

Саме геоінформатика надає можливість, з одного боку, об’єднати різні науки про Землю, а з іншого – забезпечити їх взаємозв’язок з іншими науками як природного, так і гуманітарного напрямів.

У прикладних задачах ГІС виступають здебільшого як засіб прийняття рішень, а в наукових дослідженнях ГІС виступають як системи, потенційно спрямовані на одержання нових знань і наукових даних.

ГІС – це підклас інформаційних систем. Зв’язок базових знань інформатики та геоінформатики представлений у табл. 1.1.

Таблиця 1.1

Зв’язок базових знань інформатики з основними поняттями геоінформатики

Інформація є об’єктом наукової дисципліни інформатики, яка з’явилася з надр іншої, більш загальної дисципліни – кібернетики

(рис. 1.7).

2Геомáтика (англ. geomatics). Термін був започаткований у Канаді для опису видів діяльності з інтеграції всіх засобів збору та управління просторовими даними для наукових, адміністративних і технічних операцій, пов’язаних із виробництвом та управлінням просторовою інформацією. Використовується як синонім геоінформатики, або геоінформаційного картографування.

33

Рис. 1.7. Формування геоінформаційної системи

Кібернетика3 (від грец. Kybernetike – мистецтво управління, від грец. Kybernao – правлю рулем, керую, від грец. Χοβερυω – керманич) –

наука про загальні закономірності процесів управління й передачі інформації в машинах, живих організмах та суспільстві.

Інформатика – це галузь науки, яка вивчає структуру і загальні властивості інформації, а також питання, пов’язані з її збором, збереженням, пошуком, переробкою, перетворенням, поширенням і використанням у різноманітних сферах діяльності.

Об’єктом інформатики є інформація.

ГІС є підкласом ІС, які мають свої особливості. Вони будуються з урахуванням закономірностей геоінформатики і методів, що застосовуються в цій науці. Частина "гео" в назві ГІС визначає об’єкт досліджень, а не предметну галузь дослідження цих систем, тому ГІС – це не ІС для географії, це – ІС з географічною (просторовою) організацією інформації.

У Національному стандарті України ДСТУ ISO 19101:2002 дається таке визначення: "Географічна інформація (Geographic Information) –

інформація про об’єкти та явища, які безпосередньо або опосередковано пов’язані з певним місцеположенням відносно Землі" [55].

Іншими словами, географічна інформація – це інформація про об’єкти, системи об’єктів, явища й процеси реального світу, що мають або можуть мати просторову прив’язку в реальному просторі Землі.

3Термін "кібернетика" в сучасному розумінні – наука про загальні закономірності процесів управління та передачі інформації в машинах, живих організмах і суспільстві вперше був запропонований Норбертом Вінером у 1948 р.

34

35

Компоненти геоданих

Рис. 1.9. Компоненти (складові) географічних даних

Географічні дані (геодані) містять чотири інтегрованих компоненти

(рис. 1.9):

–географічне положення (розміщення) просторових об’єктів подається 2-х, 3-х або 4-мірними координатами в географічно співвіднесеній системі координат (широта / довгота);

–атрибути (семантичні дані) − властивість, якісна або кількісна ознака, яка характеризує просторовий об’єкт, але не пов’язана з його місцем розташування;

–просторові відношення − внутрішні взаємовідношення між просторовими об’єктами (наприклад, напрямок об’єкта А щодо об’єкта В, відстань між об’єктами А і В, вкладеність об’єкта А в об’єкт В тощо);

–часові характеристики подаються в вигляді строків одержання даних, визначають їх життєвий цикл (строків придатності або достовірності), зміну місця розташування або властивостей просторових об’єктів у часі.

Геодані – це дані про локальні просторові властивості: місце розташування, форму, розміри та просторові відношення географічних об’єктів, явищ, процесів у реальному земному просторі.

До них відносяться:

•географічна широта та довгота;

•прямокутні координати;

•поштові адреси; поштові індекси й інші коди, які ідентифікують попередньо поділені ділянки території;

•місцеположення, зафіксоване на карті або в просторі.

За змістовністю геодані поділяються на базисні (координатні) та

спеціальні (тематичні, атрибутивні).

Просторові характеристики визначають положення об’єкта в заздалегідь визначеній системі координат. Координатна компонента характеризує місце розташування, форму, розміри, просторові відношення об’єктів дослідження в ГІС.

36

Традиційно пов’язують просторовий опис із координатними системами. Такий тип даних отримав назву позиційного, оскільки він відображає ту частину інформації про об’єкти, яка визначає їх місце розташування (позицію) на земній поверхні або в певній системі координат. Основною вимогою до просторового опису є точність відображення.

Положення або розміщення просторових об’єктів визначається

відносно (топологічно) або абсолютно.

Відносне положення може задаватися в локальній системі координат або за допомогою коду, який визначає належність об’єкта до тієї або іншої групи (підмножини) об’єктів. Така група об’єктів може співвідноситися з певним територіальним утворенням, наприклад, суб’єктом держави або адміністративним районом.

Геодані можна пов’язувати між собою в топологічні відношення, що дає можливість при використанні ГІС та ГІТ отримувати нові відомості.

Абсолютне положення може задаватися в локальній системі координат або за допомогою системи координат, єдиній для всіх об’єктів.

Атрибутивні (семантичні) дані – це дані, якими описується змістовна, значеннєва інформація про географічні об’єкти, властивості географічних об’єктів.

Атрибути поділяються на внутрішні та зовнішні. До внутрішніх атрибутів відносять ідентифікатори (унікальні мітки) масивів даних, а також опис топології просторових об’єктів. Зовнішні атрибути – це інформація, яка зазвичай міститься в легенді карти, наприклад, для гіпсометричної карти – це шкала висот, для карти ґрунтів – виділені на ній ґрунтові різновиди, для ландшафтної карти – морфологічні або інші одиниці ландшафту тощо.

Тематичний аспект (тема) обумовлений наявністю ознак певної тематики або предметної сфери. Це можуть бути економічні, статистичні, технічні, організаційні, управлінські та інші типи даних.

Основною вимогою до тематичних даних є "повнота", яка означає, що цих даних достатньо для вирішення практичних задач і немає необхідності проводити додатковий збір даних.

Властивість – це категорія, яка обумовлює відмінність або спільність об’єкта з іншими об’єктами і виявляє себе при зіставленні різних об’єктів.

За обробкою виділяють такі геодані:

–геометричні (положення та форма об’єктів);

–топологічні (просторові зв’язки між об’єктами);

–графічні (сигнатура, колір, відображення);

–метадані (алфавітно-цифрові дані опису семантики).

37

1.6. Задачі геоінформатики

Геоінформатика – це наука, яка вивчає інформаційні процеси, що відбуваються у природі, суспільстві, свідомості з метою розкриття сутності чотирьох великих феноменів дійсності – Космосу, Землі, Життя і Людини у їх нерозривному зв’язку.

Головною задачею геоінформатики є дослідження та використання просторових відношень. Згідно з міжнародним стандартом ISO OSI/TC 211: Geographic Information / Geomatics, International Draft Standart, геоінформатика спрямована на розвиток і застосування методів та концепцій інформатики для дослідження просторових об’єктів і явищ на підставі просторових відношень.

Задачами геоінформатики є вивчення загальних властивостей геоінформації, закономірностей і методів її отримання, фіксації, накопичення, обробки й використання, а також розвиток теорії, методології і технологій створення ГІС з метою збору, систематизації, збереження, аналізу, перетворення, відображення й поширення просторово-координованих даних.

1.7. Визначення ГІС

Геоінформатика – наука з яскраво вираженим міждисциплінарним характером, яка інтегрує різні технології та предметні сфери. Це є причиною розбіжностей у термінології залежно від кола вирішуваних задач, тому її досить важко "утиснути" в оболонку дефініції. Саме тому й існує велика кількість визначень ГІС. Найбільш просте і примітивне, яке використовується зазвичай математиками і програмістами: "ГІС – це просторово-

орієнтована база даних".

На перший погляд, так воно і є: ядром будь-якої ГІС є база даних, що, на відміну від інших баз даних, має географічну (просторову) при- в’язку. Однак у цьому визначенні явно переважає "машинно-програмний" підхід до ГІС. Тут втрачається головна перевага ГІС над іншими ІС і базами даних: можливість просторового аналізу та створення за результатами аналізу принципово нових моделей навколишнього середовища. Більш точні визначення наведені нижче.

"ГІС – це комплекс апаратно-програмних засобів і діяльності людини зі збереження, маніпулювання та відображення географічних (просторово-співвіднесених) даних" [Abler R. The National Science Foundation National Center for Geographic Information and Analisis / R. Abler // Int. J. of Geographical Information Systems. – 1987. – V. 1, № 4. – Pp. 302–306].

38

"ГІС – це внутрішньо позиціонована автоматизована просторова інформаційна система, що створюється для управління даними, їх картографічного відображення й аналізу" [Berry J. Fundamental operations in computer-assisted map analisis / J. Berry // International Journal of Geographical Information Systems. – 1987. – V. 1. – Pp. 119–136].

"ГІС – це особливий випадок інформаційної системи, де база даних складається зі спостережень за просторово розподіленими явищами, процесами або подіями, які можуть бути визначені точкою,

лінією або полігоном (контуром)" [Clarce K. C. Geographic information systems: defi nitions and prospects / K. C. Clarce // Bull. Geogr. and Map Div. Spec. Libr. Assoc. – 1985. – № 142. – Pp. 12–17].

"ГІС – це динамічно організована множина даних (динамічна база даних або банк даних), поєднана з множиною моделей, реалізованих на ЕОМ для розрахункових, графічних і картографічних перетворень цих даних у просторову інформацію з метою задоволення специфічних потреб певних користувачів у межах структури точно визначених концепції і технологій" [Degani A. Methodological observation on the state of geocartographic analisis in the context of automated spatial information systems / A. Degani. – Map Data Process. – Proc. NATO Adv. Study Inst. Maratea, June 18–29, 1979, Acad. Press. 1980. – Pp. 207–220].

"ГІС – це система, що складається з людей, а також технічних і організаційних засобів, які здійснюють збір, передачу, введення й обробку даних з метою вироблення інформації, зручної для подальшого використання в географічному дослідженні і для її практичного застосування" [Konecny M. Geograflcke informacni systemy / M. Konecny // Folia prirodoved. fak. UJEP v Brne. – 1985. – T. 26, № 13. – 196 s.]

"ГІС – це апаратно-програмний людино-машинний комплекс, який забезпечує збір, обробку, відображення та поширення просторо- во-координованих даних, інтеграцію даних і знань про території для їх ефективного використання при вирішенні наукових і прикладних географічних задач, пов’язаних з інвентаризацією, аналізом, моделюванням, прогнозуванням й управлінням навколишнього середовища та територіальною організацією суспільства" [Кошкарев А. В. Картография и геоинформатика: пути взаимодействия / А. В. Кошкарев // Изв. АН

СССР. Сер. геогр. – 1990. – № 1. – С. 32].

"ГІС – це така система, до складу якої входять компоненти для збору, передачі, збереження, обробки й видачі інформації протериторії"

[Langeforce В. Theoretical Analisis of Information Systems / В. Langeforce. – Lund, 1966].

"ГІС – це система, що включає базу даних, апаратуру, спеціалізоване математичне забезпечення і пакети програм, призначених для розширення бази даних, для маніпулювання даними, їх візуалізації у

39

вигляді карт або таблиць і, врешті-решт, для прийняття рішень про той або інший варіант господарської діяльності" [Lillesand T. M. Remote sessing and image interpretation / T. M. Lillesand, R. W. Liefer. – N. Y. : John Willey and Sons, 1987. – 722 p.].

"ГІС – це система, спроектована для збору, збереження, маніпулювання, пошуку й відображення географічно визначених даних"

[MacDonald C. L. Appied computer graphics in a geographic information system: problems and successes / C. L. MacDonald, I. К. Grain // Computer graphics and application. – 1985. – Vol. 5, № 10. – Pp. 34–39].

"ГІС – це система, яка маніпулює і керує даними, що зберігаються у вигляді тематичних шарів, географічно визначених щодо картоснови" [Reisinger T. W. A map-based decision support system for operational planning of timber harvests / T. W. Reisinger, C. J. Davis // Winter Meet. Amer. Soc. Arg. Eng., Ayatt Regency (Chicago, 1985, – December 17– 20, Paper № 1604. – St. Joseph : ASAE, 1985. – 12 p.].

"ГІС – це науково-технічні комплекси автоматизованого збору, систематизації, переробки та представлення (видачі) геоінформації у новій якості за умови приросту знань про досліджувані просторові системи" [Сербенюк С. Н. Картография и геоинформатика – их взаимодействие / С. Н. Сербенюк. – М., 1990. – 159 с.].

"ГІС – це просторово визначена система для збору, збереження, пошуку та маніпулювання даними".

"ГІС – це засіб аналізу й управління просторово визначеними даними" [Star J. L. Geographic information systems: question to ask before it’s to late – Mashine Processing of Remotely ensed Data with Special emphasis on Thematic Mapper Data and Geographic Information Systems / J. L. Star, M. J. Cosentino, T. W. Foresman. – 1984. – Рр. 194–197].

"ГІС – це інтерактивні системи, які здатні реалізувати збір, систематизацію, збереження, обробку, оцінку, відображення й поширення даних і є засобом отримання на їх основі нової інформації та знань про просторово-часові явища" [Тикунов B. C. Современные средства исследования системы "общество – природная среда" / B. C. Тикунов // Известия Всесоюзн. географич. Общества. – 1989. – Т. 121. – Вып. 4. – С. 299–306].

"ГІС – це реалізоване за допомогою автоматичних засобів (ЕОМ) сховище системи знань про територіальний аспект взаємодії природи й суспільства, а також програмного забезпечення, яке моделює функції

пошуку, введення, моделювання тощо" [Трофимов A. M. Геоинформационные системы и проблемы управления окружающей средой / A. M. Трофимов, М. В. Панасюк. – Казань : Казанский ун-т, 1984. – 142 с.].

"ГІС – це інформаційна система, яка може забезпечити введення, маніпулювання й аналіз географічно визначених даних для підтримки

40