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

які вже майже не мають вищеназваних недоліків. Це такі, як AutoCAD MAP i Autodesk World (компанії Autodesk Limited, США). Крім цієї фірми на розробці програмного забезпечення для САПР спеціалізуються такі відомі фірми, як Seli, Intergraph, DesignCAD, MicroStation, Bentley та інші.

Основною відмінністю САПР від ГІС є те, що в ГІС дані в межах одного шару однорідні, а в САПР – ні. Крім того, САПР, зазвичай, не надають розвинених засобів підключення баз даних, що ускладнює організацію спеціалізованих систем, що мають складну модель даних, яка реалізується на базі зовнішньої системи керування базами даних (СКБД).

Проте треба відзначити, що в останніх версіях CAD-систем (аналогічно ГІС) з’явились бази даних, що пов’язано зі зростаючою популярністю ГІС і втратою виробниками продуктів САПР частини користувачів.

1.11.2. Автоматизовані картографічні системи та системи настільного картографування

Автоматизована картографічна система (АКС) – комплекс технічних, програмних, інформаційних, лінгвістичних й організаційних засобів, які забезпечують створення карт у цифровій і (або) графічнійформі.

Ця технологія дозволяє здійснити комп’ютерне збереження точок і ліній в одному або декількох тематичних шарів даних. Ці шари можна відображати окремо або в сукупності, однак АКС не здатні об’єднувати об’єкти, що належать до різних шарів.

Професійні АКС дозволяють отримувати продукт, якість якого не поступається типографському, однак вони не мають на меті управління даними протягом тривалого часу і практично позбавлені засобів аналізу.

АКС добре справляються з виробництвом стандартних карт, де всі елементи змісту заздалегідь визначені, а об’єкти зберігаються в спеціальних бібліотеках, які мають свій символ і код.

В АКС регламентується все, аж до заливок, штрихування, видів і розмірів шрифтів. Зображення на карту наноситься в чіткій відповідності з прийнятими умовними знаками. Такий підхід дозволяє швидко створювати стандартні карти дуже високої якості, але оскільки АКС позбавлені можливостей моделювання й аналізу, вони не можуть впоратися, наприклад, із тематичним картографуванням, завданнями територіального управління, моніторингом тощо.

Цифрові геодезія та картографія (Automated Mapping, AM) стали одним із природних джерел виникнення ГІС, оскільки вони описують, структурують, зберігають і опрацьовують просторову геодезичну та картографічну інформацію, вирішують задачі картографічної алгебри.

Системи настільного картографування використовують картографічне подання для організації взаємодії користувача з даними. У таких систе-

61

мах карта є базою даних. Більшість систем настільного картографування має обмежені можливості управління даними, просторового аналізу й настроювання. Відповідні пакети працюють на настільних комп’ютерах – PC, Macintosh і моделях UNIX робочих станцій.

1.11.3. Системи керування мережами

AM / FM (Automated Mapping / Facilities Management – Автоматизо-

ване картографування / Керування експлуатацією обладнання) – системи

керування просторово розподіленими об’єктами інженерних мереж, із кожним з яких пов’язана істотна змістовна інформація.

Просторова інформація FM-систем включає інформацію з проектів інженерних мереж, побудованих у САПР. Для більшості завдань управління мережами зазвичай не потрібна метрична точність і реальне положення об’єктів у просторі. Це зближує АМ / FМ із САПР. До програмних систем, які побудовані на платформі САПР і які забезпечують розв’язок проектних задач, відносяться CADdy фірми Ziegler (Німеччина), група продуктів CREDO фірми "Кредо-Діалог" (Мінськ, Білорусь), система ReCAD (розробка ТОВ ІДЦ "Індор", Томськ), сімейство програмних продуктів Civil Engineering корпорації Intergraph, США та багато інших.

Програмні продукти родини Civil Engineering призначені для розробки проектів автомобільних доріг і залізниць, ландшафтів і інженерних мереж. До складу більшості продуктів включені засоби DraftWorks.

Більшість цих продуктів є додатками до інтегрованого графічного середовища MicroStation (Bentley Systems Inc.), що використовують усі потужні можливості даного графічного редактора. Найбільш відомими системами в рамках сімейства Civil Engineering можна віднести ISOGEN (фірма Alias Ltd), CADPipe ISO (фірма Orange Technologies), Auto-PLANT Isometrics (фірма Rebis), L / ISO (фірма Logos).

У 1998 р. з’явилась родина програмних продуктів SelectCAD, які можуть функціонувати як на базі AutoCAD 2000 і більш пізніх версій, так і на базі MicroStation 95 / SE / J. Останнім часом відбувається розширення можливостей цих систем не тільки функціями керування об’єктами мереж, а й завданнями проектування й експлуатації. Це призвело до необхідності точної координатної прив’язки мереж і спільного використання цієї інформації з іншою просторовою інформацією, яка визначає взаємне розташування і вплив об’єктів реального світу.

З розвитком систем АМ / FМ і розширенням їх функцій, а також у зв’язку з паралельним розвитком ГІС і перетином сфер їхнього використання типові завдання АМ / FМ стали все більше виконуватися ГІС. До

62

програмних комплексів, що мають убудовані функції керування інженерними мережами і функції ГІС, відносяться програмні продукти, розроблені фірмами ІОЦ "Потік" (Росія) і ІОК "Модель" (Україна). Ними створені пакети комплексів програмно-технічних засобів різних тематик "Водопостачання і водовідведення" (ІГС "WS-Inventory"), "Теплозабезпечення" (ІГС "HeatGraph"), "Газозабезпечення" (ІГС "GasGraph"). Також треба відзначити розробки компанії "Політерм": ГІС Зулу і системи теплового розрахунку на її базі.

Для моделювання дорожніх мереж використовуються більш вишукані надбудови, які моделюють дороги у вигляді орієнтованих графів, які враховують транспортні розв’язки. Інформаційні системи по дорожніх мережах представлені розробками Державного підприємства РосДорНИИ, ВАТ "Терра" (Воронеж, Росія), МАДІ (ДТТУ, Росія). Цікавою є розробка систем гідравлічних розрахунків фірми Haestad Methods, Inc. – "WaterCAD"

і "Cybernet". Система ODULA 2.0 (фірма HYDROINFORM Prague)

призначена для будівництва мережевої моделі водопровідної мережі. Для аналізу інформації, що описує телефонну мережу, можна відзначити розробку АТЗТ "Резидент"(Росія) – COPPER MAP 1.0.

Системи родини SmallWorld фірми GE Network Solutions призна-

чені для електричних, водопровідних, теплових і газових мереж. Система FRAMME (фірма Intergraph) призначена для побудови моделей будь-яких інженерних мереж і створення інформаційних систем на їх основі.

Система AutoPLANT (фірма Rebis спільно з Bentley Systems, Inc.)

призначена для просторового й інформаційного моделювання складних трубопровідних, електричних мереж і одночасно є спеціалізованою системою проектування.

До основних функцій додаткових модулів, призначених для моделювання інженерних мереж, можна віднести:

–побудову тривимірних моделей інженерних мереж;

–роботу з телеметричною інформацією;

–роботу зі схемами, планами, розміткою споруд і обладнання;

–ведення архіву пошкоджень і зміни параметрів;

–виконання технологічних розрахунків;

–видачу рекомендацій з локалізації аварій;

–моделювання переключень.

На ринку також представлені спеціалізовані комплекси управління інженерними мережами, що володіють широкими можливостями з підтримки детально проробленої та несуперечливої мережі. Однак такі програмні комплекси, зазвичай, мають дуже високу ціну і вимагають великих обчислювальних ресурсів. На відміну від них, сучасні настільні системи ГІС і САПР мають усі необхідні засоби для інтеграції в інформаційні

63

комплекси. Все це дозволяє зробити висновок про доцільність і ефективність побудови систем інформаційного моделювання з використанням універсальної ГІС, яка має засоби інтеграції і яка призначена для виконання таких підзадач, як відображення даних і просторовий аналіз.

1.11.4. Системи керування базами даних

Системи керування базами даних (СКБД) – сукупність мовних і програмних засобів, призначених для створення, ведення та спільного використання баз даних.

СКБД забезпечують можливість збереження великої кількості різноманітної інформації, її поновлення і реальний час доступу (on-line режим) до даних, навіть за умови їх розподіленого збереження, а іноді саме завдячуючи йому.

Оскільки в ГІС використовуються як просторові, так і атрибутивні (непросторові) дані, то останнім часом з’явились СКБД, здатні зберігати атрибутивні й просторові дані одночасно, наприклад, ORACLE 8.0 (фірми Oracle, США).

1.12. Інтеграція ГІС з іншими науками про Землю

Технології ГІС первісно мали інтеграційний аспект, оскільки інтегрують просторову й описову (атрибутивну) інформації і дозволяють отримати важливу вихідну основу – інтегровану модель території, – яка є передумовою прийняття обґрунтованих управлінських рішень. Індустрія ГІС активно залучує нові тенденції, змінюється, еволюціонує і розвивається, це є індикатором того, що галузь має величезний потенціал. Отже, є всі підстави вважати, що і в подальшому ГІС будуть продовжувати свій динамічний розвиток, забезпечуючи своїх користувачів усе новими і новими можливостями.

За щільністю взаємовідносин, рівнем взаємодії й технологічної близькості та можливостями інтеграції найближче оточення геоінформатики утворюють картографія і дистанційне зондування.

Картографія та геоінформатика взаємодіють за багатьма напрямами. Вони об’єднані організаційно, оскільки державні картографічні служби займаються одночасно і геоінформаційною діяльністю. Сформувався навіть специфічний напрям вищої освіти: геоінформаційно-картографічний.

Геоінформаційне картографування – це автоматизоване створення і використання карт на основі ГІС і баз картографічних даних і знань.

64

Суттю геоінформаційного картографування є інформаційно-карто- графічне моделювання геосистем.

Геоінформаційне картографування може бути галузевим і комплексним, аналітичним і синтетичним. У відповідності з прийнятими класифікаціями виділяють види і типи картографування, наприклад, со- ціально-економічне, екологічне, інвентаризаційне, оціночне тощо.

Наступним кроком став розвиток системного картографування, при якому увага зосереджується на цілісному відображенні геосистем і їх елементів (під геосистем), ієрархії, взаємозв’язків, динаміки функціонування.

Найбільш характерними рисами геоінформаційного картографування є такі:

–високий ступінь автоматизації, опора на бази цифрових картографічних даних і бази географічних (геологічних, екологічних та інших) знань;

–системний підхід до відображення й аналізу геосистем;

–інтерактивність картографування, тісне сполучення методів створення і використання карт;

–оперативність, яка наближається до режиму реального часу, в тому числі з широким застосуванням ДЗЗ;

–багатоваріантність, яка припускає різносторонню оцінку ситуацій і спектр альтернативних рішень;

–мультимедійність, яка дозволяє поєднувати іконічні, текстові, звукові відображення;

–застосування комп’ютерного дизайну і новітніх зображувальних

засобів;

–створення зображень нових видів і типів (електронні карти, три вимірні комп’ютерні моделі й анімації тощо;

–проблемно-картографічна орієнтація картографування, спрямована на забезпечення прийняття рішень.

Завдяки цьому геоінформаційне картографування стало одним із магістральних напрямів розвитку картографічної науки та виробництва.

Єдність двох галузей науки і техніки визначається такими факторами:

–загальногеографічні та тематичні карти – головне джерело просторової інформації про навколишнє середовище, економічну та соціальну сфери, екологічну ситуацію;

–системи координат і розграфка, прийняті в картографії, слугують основою для географічної локалізації всіх даних у ГІС;

–карти – основний засіб інтерпретації й організації ДЗЗ і будь-якої іншої інформації, що надходить, обробляється і зберігається в ГІС;

–ГІТ, що використовуються для вивчення просторово-часової структури, зв’язків і динаміки геосистем, головним чином ґрунтуються на методах картографічного аналізу й математико-картографічного моделювання;

65

– картографічні зображення – найдоцільніша форма подання геоінформації споживачам, а складання карт – одна з основних функцій ГІС.

На сьогодні існують різні точки зору щодо взаємовідношення картографії, геоінформатики і тісно сполученого з ними ДЗЗ.

Характер зв’язку цих трьох наук і технологій можна представити у вигляді чотирьох моделей.

Лінійна модель (рис. 1.19) ґрунтується на уявленні про те, що початком усього є ДЗЗ, на нього опираються геоінформатика і ГІС з подальшим виходом на картографію.

Рис. 1.19. Лінійна модель співвідношення картографії (К), дистанційного зондування (ДЗ) і геоінформаційних систем (ГІС)

Інша схема називається моделлю домінування картографії (рис. 1.20). Відповідно до цієї схеми, ДЗЗ і ГІС виглядають як підсистеми, що входять до системи картографії.

Рис. 1.20. Домінування картографії

Модель домінування ГІС (рис. 1.21), навпаки, репрезентує картографію і ДЗЗ як підсистеми, що входять до геоінформатики та ГІС.

66

Рис. 1.21. Домінування ГІС

Найбільш реалістичною визнається модель потрійної взаємодії (рис. 1.22), у якій жодна зі сфер не є домінуючою. Вони перекриваються і тісно взаємодіють між собою в процесі отримання, обробки й аналізу просторової інформації.

Рис. 1.22. Модель потрійної взаємодії

67

ІІ. ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ГІС

Історія підтвердить мою правоту, особливо якщо я напишу її сам. Уїнстон Черчіль

Довжелезний ланцюг подій призвів до створення сучасних ГІС. Описати історію ГІС – доволі складне завдання, хоча б тому, що факти, очевидці та результати досліджень часто суперечать один одному. Крім того, перші роки створення ГІС або мало документовані, або не документовані взагалі, та потрібні істотні зусилля, щоб зрозуміти, як все відбувалося насправді. Однак історію деяких відкриттів прослідкувати можна.

2.1. Передумови розвитку ГІС

Історія людства завжди розгортається не тільки у часі, а й у просторі. Всі помітні події, явища й об’єкти історичного процесу людина завжди прагнула закарбувати не тільки спочатку в усних, а потім у письмових джерелах, а й на схематичних картографічних зображеннях. Усі цікаві відомості про природу, характер тієї чи іншої місцевості, її флору та фауну людини прагнули відобразити, залишаючи про них письмові та картографічні свідоцтва.

Достеменний час народження ГІС навряд чи буде колись достовірно відомим. Але перше, найстародавніше і найпростіше використання ГІТ було знане ще первісній людині. Доказом цього слугують малюнки, знайдені на стінах кроманьйонців у печері Ласко6 (Франція) (рис. 2.1), вік яких перевищує 15000 років.

Рис. 2.1. Малюнки кроманьйонців – найстародавніше використання ГІТ

6Печера Ласко, або Ляско (фр. Grotte de Lascaux) – одна з найважливіших палеолітичних пам’яток за кількістю, якістю й схоронністю наскальних зображень. Іноді Ласко називають "Сікстинською капелою первісної живопису". Мальовничі і гравіровані малюнки, які перебувають там,не мають точного датування: вониз’явилися приблизно в XVIII–XVтисячоліттідо н. е.

68

На малюнках цієї печери зображені тварини, на яких полювали кроманьйонці, площі мисливських угідь, сліди тварин та шляхи їх міграції.

Наведений приклад використання ГІТ, безумовно, є доволі простим – малюнок свідчить тільки про пов’язування зображення з атрибутом інформації, але враховуючи вік зображення, це вражає.

Другий відомий факт вдалого прикладу застосування ГІТ належить Луї-Олександру Бертьє7 (Louis-Alexandre Berthier) (рис. 2.2), який засто-

сував технологію комплексування (суміщення та накладання) просторових даних за допомогою узгодженого набору карт. Штабний офіцер ЛуїОлександр Бертьє використав прозорі пласти (шари), які накладались на базову карту для наочної демонстрації переміщення військ у битві під Йорктауном8 (Yorktown) у 1781 р. (рис. 2.3).

Відомо ще декілька спроб вдалого використання просторового аналізу. Так, в "Атласі до другої доповіді представників ірландських залізничних доріг" на одну базову карту були накладені карти населення, транспортних потоків, геологічної будови та рельєфу (рис. 2.4).

7Син ученого-географа, який з дитинства любив і працював із картою. Бертьє до зближення з Бонапартом (1796 р.) служив штабним офіцером у війнах двох революцій – американській і французькій. Коли американські колоністи підняли повстання проти британського короля Георга ІІІ, Франція стала на бік американських колоністів, а Бертьє добровольцем відправився до Америки їм на допомогу. Вже там він зарекомендував себе досить перспективним штабним офіцером.

8Йорктаун – місто в США, біля якого в жовтні 1781 р. американські та французькі війська під командуванням Дж. Вашингтона і Рошамбо змусили капітулювати семитисячну британську армію Ч. Корнуолліса. Ця подія фактично стала закінченням війни за незалежність.

69

Рис. 2.4. Накладання карт населення, транспортних потоків, геологічної будови та рельєфу на мережу ірландських залізничних доріг

У 1826 р. П’єр Шарль Франсуа Дюпен (рис. 2.5) опублікував першу тематичну карту (рис. 2.6), яка показувала розподіл неписьменності у Франції. Дюпен використав відтінки (від чорного до білого) для штрихування статистичної змінної, перший відомий приклад того, що називається сьогодні картограмою.