4. 2. Программное обеспечение

Компьютерные программы представляют собой очередность команд, выполняемых процессором, для реализации какой-либо цели, например построения картографического изображения. Все программы принято разделять на системные и прикладные. Для управления работой компьютера используется особый тип системных программ, называемых операционными системами. Среди них в России в 70-х – начале 80-х годов доминировала MS-DOS, последние версии которой (MS-DOS 6.0; 6.2 – 1993 г.) получили самое широкое распространение, но к настоящему времени вытеснены системой Windows (прежде всего Windows 98, 2000 и NT). В рабочих станциях и больших ЭВМ применяется система UNIX и ее разновидности (AIX, XENIX), а также собственные операционные системы.

Другая разновидность программных средств относится к группе сервисных – это трансляторы и интерпретаторы. Они позволяют переводить программы, написанные на компьютерных языках высокого уровня, начиная с Алгола, Фортрана, Бейсика и заканчивая современными языками типа Си++, Джава и др., в машинные коды конкретного компьютера. К сервисным программам относят и так называемые утилиты – программы, обеспечивающие безопасность работы с данными, например их восстановление после случайного стирания и т. д.

Для геоинформатики, естественно, наибольший интерес представляет третья группа программных средств – прикладные программы, к которым относят текстовые редакторы (Lexicon, ChiWriter, Microsoft Word, WordPerfect, Tex и др.), электронные таблицы (Lotus, VisiCalc, Excel, Quattro Pro), пакеты статистической обработки данных (Statgraphics, Studia, SAS), графические пакетов (CorelDraw, PowerPoint, Autodesk 3D Studio, AutoCAD и др.). Электронные редакторы с развитыми издательскими возможностями трансформировались в издательские системы – Page Maker, FreeHands и др. Аналогично пакеты dBASE, Access, Paradox, имея развитые возможности работы с базами данных, лишь условно могут объединяться в класс электронных таблиц. Интегрирование всех возможностей вместе позволяет говорить о комплексных пользовательских пакетах типа – Microsoft Works. Но основным для нашего рассмотрения все же являются собственно геоинформационные пакеты, которые можно использовать для организации систем мониторинга.

Функциональные особенности программных средств (ПС) географических информационных систем определяются их проблемной ориентацией как систем сбора, ввода в машинную среду, обработки (манипулирования, анализа, моделирования) и представления пространственно-координированных данных в форме тех или иных (табличных, графических, картографических) выходных документов.

Структурно ПС ГИС включают группы операций, оформленных в виде самостоятельных взаимосвязанных друг с другом или независимых структурных единиц (модулей). Операциям соответствуют команды, группы команд, опции меню или их макропоследовательности.

Принципы структурирования ПС различны, различен и набор (полнота) реализации отдельных операций и их групп. Можно выделить, однако, некоторое инвариантное ядро, сгруппировав все основные операции технологической схемы ГИС (и соответствующие им функциональные возможности) следующим образом:

I. Средства ввода данных в машинную среду, т. е. драйверы устройств цифрования или сканирования, включая ручные планшетные цифрователи с потоковым или поточечным вводом данных. ПС этой группы включают обычно средства видеоэкранного редактирования (графические/картографические редакторы) и конвертеры для экспорта и импорта цифровых данных, представленных в форматах иных ПС ГИС, систем автоматизированного картографирования, обработки изображений, систем автоматизированного проектирования, электронных таблиц и систем управления базами данных.

II. Программные средства преобразования систем координат и трансформации картографических проекций.

III. Средства хранения и манипулирования сведениями в базах данных.

IV. Операции преобразования данных из одного формата в другой и их совмещение.

V. Измерительные операции, включая вычисление длин отрезков прямых и кривых линий, вычисление площадей, периметров, характеристик форм объектов и т. п.

VI. Операции с полигонами, в том числе наложение полигонов (топологический оверлей), определение принадлежности точки и линии полигону, уничтожение границы и слияние полигонов и др.

VI. Аналитические и моделирующие операции, включая выбор объектов, поиск ближайшего соседа, выбор оптимального маршрута, обработку данных геодезических съемок, анализ сетей, построение буферных зон на множестве точек и полигонов.

VIII. Анализ поверхностей (создание и обработка цифровых моделей рельефа), включая вычисление углов наклона и экспозиций склонов, интерполяцию высот, определение зон видимости/невидимости, генерацию горизонталей, вычисление объемов и др.

IX. Вывод данных и документирование результатов с использованием различных устройств.

X. Картографическая графика воспроизведения карт с возможностями выбора и изменения палитры цветных заливок, штриховок и крапа, редактирования и реализации способов картографического изображения, создания произвольных графических знаков, размещения и редактирования легенды карты, монтажа более крупно- или мелкомасштабных врезок и аннотирование карт текстовыми или графическими элементами.

XI. Цифровая обработка (дистанционных) изображений различного типа (фотографические и сканерные, радиолокационные и т. п.) и размера, операции предобработки, возможности геометрической коррекции (привязка к географической основе), автоматической генерализации, тематической классификации изображений, сохранения результатов обработки в банке данных ГИС, наложения картографической графики на изображения.

В качестве программного продукта, ориентированного на биоразнообразие, рассмотрим программу анализа экологических данных «Экос». Она разработана в Московском Государственном университете и Институте океанологии РАН. Разработчик Азовский А.И (кафедра гидробиологии биологического факультета МГУ), программная реализация: Незлин Н.П. и Мороз М.П (институт Океанологии РАН).

«ЭКОС» является удобным инструментом для научных исследований в области экологии. Пакет предоставляет уникальные возможности для профессионалов, и в то же время достаточно прост, чтобы оказать поддержку начинающим. Предназначен для решения широкого круга задач научного, учебного и прикладного характера; незаменим в исследованиях экосистем, при проведении мониторинга или экологической экспертизы, слежении за состоянием природной среды; использует самые современные методы анализа экологических данных; ориентирован на специалистов широкого профиля, прост, не требует специальной компьютерной и математической подготовки. В одном программном пакете реализованы:

– встроенный редактор, позволяющий создавать, транспортировать и редактировать файлы данных; преобразовывать данные количественные, порядковые, качественные); формировать базы данных и рабочие отчеты;

• анализ видовой структуры и видового разнообразия, метод сравнения кумулят «численность-биомасса»;

• анализ пространственных распределений с помощью широкой гаммы теоретических моделей и статистических показателей;

• анализ структуры сопряженности для видов и выборок;

• выбор эффективных методов преобразования данных; специальные процедуры извлечения и очистки «скрытой» информации для целей ординации и классификации;

• анализ видовой структуры вдоль градиентов пространственных, временных или средовых; выделение групп станций и видовых комплексов, связанных с этими градиентами.