Введение в геоинформационные системы

УДК 574(075.8)
ББК 20.1я73
Б68

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности в техносфере»
Инженерной школы Дальневосточного федерального университета А.И. Агошков;
доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник
Тихоокеанского института георгафии Дальневосточного
отделения РАН В.Н. Бочарников

Блиновская Я.Ю., Задоя Д.С.
Б69
Введение в геоинформационные системы : учебное пособие /
Я.Ю. Блиновская, Д.С. Задоя. — М. : ФОРУМ; ИНФРАМ, 2014. —
112 с. — (Высшее образование. Бакалавриат).

ISBN 9785911346980 (ФОРУМ)
ISBN 9785160063188 (ИНФРАМ)

В учебном пособии рассмотрены сущность геоинформационных систем,
их структура и типология, основы проектирования баз геоданных и анализа
информации в ГИС. Представлена характеристика основных моделей, использующихся в ГИС, дано представление о виртуальном моделировании.
Учебное пособие предназначено для студентов технических специальностей университетов (бакалавриат), изучающих воздействие производства на
окружающую среду. Пособие может быть использовано как вводный курс
для магистрантов и аспирантов направления «Техносферная безопасность»
и смежных специальностей, которые пользуются в своей работе географическими информационными системами.

УДК 574(075.8)
ББК 20.1я73

ISBN 9785911346980 (ФОРУМ)
ISBN 9785160063188 (ИНФРАМ)
© Блиновская Я.Ю., Задоя Д.С., 2012
© Издательство «ФОРУМ», 2013

ВВЕДЕНИЕ
В ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

В современную эпоху глобальной мобильности и информатизации качество практически любой решаемой пространственной задачи
зависит от верной интерпретации огромного массива связанных с ней
данных. В данной ситуации возможность визуализации способствует
более эффективному восприятию результата, и это обуславливает необходимость использования картографической информации. Не секрет, что карта — весьма эффективный инструмент для показа любых
объектов, процессов и явлений, характеристики которых изменяются
в пространстве. Традиционная карта позволяет ориентироваться в
поле заданного района и получать весь спектр доступной информации, позволяющей достичь поставленной цели. На рис. 1 приведен
фрагмент экономической карты Дальнего Востока, с помощью которого пользователь может, как минимум, составить представление об
индустриализации и промышленной освоенности региона.
Возможности традиционных карт достаточно широки, с их помощью решаются морфометрические, аналитические, прогнозные и
иные задачи. Качественная доступная картографическая информация необходима любому пользователю, и неважно, будет ли это поиск нужного адреса или разработка анимационной модели, позволяющей оценить степень воздействия производства на окружающую
среду. Но в процессе работы, особенно с комплексом карт, возникают затруднения в умении читать, ориентироваться и анализировать
содержащуюся в них информацию. Еще большие трудности возникают при составлении тематических карт и оценке многопараметрических ситуаций. Это привело к необходимости разработки особой
технологии, позволяющей оперативно создавать, редактировать и
обновлять карты, что представлено на рис. 2. Информационные кар

Введение в геоинформационные системы

Рис. 1. Экономическая карта Дальнего Востока (по: Атлас, 1997)

Введение в геоинформационные системы
5

Рис. 2. Электронная карта г. СанктПетербург (по: Атлас, 2003)

тографические средства, на базе которых разрабатываются подобные
карты, позволяют пользователю ориентироваться в городской среде,
осуществлять адресный поиск, планировать оптимальный маршрут с
учетом специфики объектов остановки и транспортной системы, изменяя детальность показываемых объектов в зависимости от его потребностей.
Следует отметить, что развитие компьютерных технологий с середины XX в. обусловило развитие многоцелевых графических редакторов, позволяющих успешно создавать карты. Совершенствовались
средства моделирования, системного и математикокартографического анализа геоизображений, появлялись оригинальные теоретические
концепции и фундаментальные обобщения. Однако, несмотря на перспективность многих разработок, возникали сложности в сопоставлении информации, совмещении форматов, масштабов и проекций
представляемых данных.
Таким образом, уже к 1960м гг. перед географами и информатиками встала задача разработки системы автоматизированного создания карт. Возникла идея формирования картографических баз данных и разработки управляющего ими программного обеспечения,
которое позволяло бы осуществлять поиск, анализ, сопоставление
данных о картографируемых объектах, независимо от их происхождения. Результатом стало создание географических информационных
систем (ГИС), до сих пор остающихся единственно приемлемой технологической базой, способной оперативно и квалифицированно
обеспечивать процесс создания традиционно наглядных и насыщенно информативных географических карт и в это же время рассчитывать нужные параметры на компьютере. Полученные геоизображения
стали более совершенными, поскольку ГИС позволила хранить целые
наборы цифровой информации, сопряженной с дополнительными
сведениями о картографируемых данных, их происхождении и форматах представления. Таким образом, новый информационнокартографический инструмент способствовал расширению и углублению
географических знаний. На рис. 3 приведен пример одной из первых
цифровых карт американского штата Коннектикут, выполненной в
системе многоцелевого картографирования SYMAP, разработанной в
Гарвардской лаборатории компьютерной графики и пространственного анализа Массачусетского технологического института.
Местом рождения ГИС принято считать правительственный департамент окружающей среды Канады, у которого в начале 60 гг.
ХХ в. проявилась настоятельная необходимость инвентаризации ог6
Введение в геоинформационные системы

ромного количества картографических и текстовых материалов самого различного назначения (географического, геологического, биологического, ресурсного и пр.).
Основная задача ГИС того времени заключалась в накоплении и
хранении пространственных данных. Первые ГИС рассматривались
как системы поиска и выдачи на экран монитора карт определенной
территории, а также их легенд, пояснительных текстов, табличных
данных, графиков, диаграмм и пр. В качестве поисковых признаков
выбирались географические координаты, или ключевые слова, или и
то и другое одновременно. Следует отметить, что справочнокартографические системы до сих пор пользуются популярностью в информационной среде. Так, одной из наиболее крупных является поисковая система «Google Map» — картографический сервис, сопряженный с данными дистанционного зондирования (рис. 4). Как
правило, интернетсервисы содержат комплекты готовых данных, организованных в виде хранилищ цифровых изображений земной поверхности, являющихся конечными единицами информации. Получение качественно новых данных, преобразование содержащейся в
системе информации определяются задачами и навыками пользователя и к самой системе отношения не имеют.
ГИС возникли на стыке технологий управления базами данных и
систем автоматизированного проектирования и машинной графики
(САПР). Использование в ГИС единого координатного пространства

Введение в геоинформационные системы
7

Рис. 3. Одна из первых карт, полученных системой SYMAP
(по: http://www.pcweek.ru/themes/)

и возможность решения пространственных задач обусловили переход
от обработки географической информации в обычных графических
редакторах (Photoshop, CorelDraw, Illustrator и др.) к использованию
специализированных программ (ArcInfo, MapInfo и др.). Но, несмотря на осознанную необходимость использования компьютерных
мощностей для обработки пространственновременной информации,
реализация программных продуктов для ГИС была доступна только
крупным заказчикам. И только расширение спектра вовлечения ГИС
в научнопроизводственную деятельность способствовало появлению
на рынке относительно дешевых и адаптированных для широкого
круга пользователей программных средств.
Многоцелевое использование ГИС обусловило представление их
не только в виде справочного инструмента, но и в виде исследовательской или проектной сред, что привело к разработке альтернативных систем, где карта рассматривается как модель, где каждый отображаемый на ней элемент соответствует определенному набору данных, меняющемуся с течением времени. Таким образом, ГИС
превращают карту в динамичный проект, в котором представлены не
только традиционные атрибуты карт (легенда, масштаб, математическая основа и т. д.), но и дополнительная информация о картографируемых объектах (в виде текстов, графиков, анимаций, фотографий

8
Введение в геоинформационные системы

Рис. 4. Интерфейс справочнокартографического сервиса Google Map

и т. д.). Принимая во внимания факт, что на карте можно представить
все от геологии до идеологии, то в ГИС возможно представление любых сущностей, имеющих географические координаты. Они визуализируются с помощью различных способов картографических изображений, либо стандартных, входящих в комплект программного продукта, либо разработанных пользователем индивидуально. Легенда
проекта (признаки, атрибуты) представляет собой некий жесткий
каркас, в котором заключены непрерывно распределенные значения
свойств картографируемых объектов. Пользовательский интерфейс
позволяет манипулировать содержащимися в проекте данными, начиная от масштабирования и заканчивая пространственным анализом. На рис. 5 представлен фрагмент геоинформационного проекта,
выполненный в среде ArcGIS.
Информационные технологии, в том числе и ГИС, следует отнести к одному из наиболее бурно развивающихся направлений, что позволяет рассмотреть геоинформационные системы с различных позиций: технической, методологической, ресурсной, производственной
и т. д.

Введение в геоинформационные системы
9

Рис. 5. Геоинформационный проект (фрагмент), выполненный в ArcGIS

Так, например, ядром ГИС являются программное обеспечение и
аппаратная платформа — главный технологический результат, без которого существование ГИС не представляется возможным и который
неустанно совершенствуется, чему способствует развитие микроэлектроники и телекоммуникаций.
Несмотря на широкое использование ГИС, общепринятого определения нет. Разработчики программных продуктов и модулей, пользователи вкладывают в понятие ГИС неодинаковый смысл. Согласно
ГОСТ Р 524382005, введенному в действие приказом Ростехрегулирования от 20.12.2005 г. № 423ст 01.07.2006 (с изменениями от
12.09.2008 г.) географическая информационная система (геоинформационная система, ГИС) — система, предназначенная для хранения,
обработки, поиска, распространения и представления пространственной информации.
Геоинформационные системы могут рассматриваться и как программное средство. В данном случае геоинформационная система понимается как программный продукт, в котором реализованы функциональные возможности ГИС.
Наиболее полно отражающим суть данного понятия является следующее определение.
ГИС — информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, отображение и распространение данных, а также получение на их основе новой информации и знаний о пространственнокоординированных явлениях (Тикунов, 2009).
Отличительная черта ГИС заключается в возможности обеспечения оперативной разработки многоуровневых, но при этом наглядных решений для широкого круга задач. При этом на основе одинакового массива данных могут быть предложены различные сценарии,
продумана уникальная компоновка карты, выбраны нужная детализация и способы отображения объектов. То есть ГИС не ограничивается получением одного варианта и благодаря соответствующей организации базы данных в проекте позволяет различным специалистам накапливать, систематизировать, анализировать огромные массивы
данных. При этом уже не имеет большого значения, получены ли они
в разных ведомствах или конкурирующих, но родственных по своей
деятельности организациях, берутся ли наблюдения за один год или
за десятилетия и даже столетия, сопоставляются в проекте параметры
живой природы либо рассчитывается немыслимая для обычных некомпьютеризированных расчетов комбинация из объектов флоры и
фауны и ресурсного потенциала недр.

10
Введение в геоинформационные системы