Какая из подсистем ГИС включает такое аппаратное обеспечение, как сканер и геодезические инструменты
Обновлено: 21.11.2024
Введение и краткая история
Появление дешевых и мощных компьютеров за последние несколько десятилетий позволило разработать инновационные программные приложения для хранения, анализа и отображения географических данных. Многие из этих приложений относятся к группе программного обеспечения, известной как географические информационные системы (ГИС). Было предложено множество определений того, что представляет собой ГИС. Каждое из этих определений соответствует конкретной выполняемой задаче. Вместо того, чтобы повторять каждое из этих определений, я хотел бы дать общее определение ГИС в соответствии с тем, что она делает. Таким образом, действия, обычно выполняемые в ГИС, включают:
Измерение природных и антропогенных явлений и процессов с пространственной точки зрения. Эти измерения подчеркивают три типа свойств, обычно связанных с этими типами систем: элементы, атрибуты и отношения.
Хранение измерений в цифровом виде в компьютерной базе данных. Эти измерения часто связаны с объектами на цифровой карте. Объекты могут быть трех типов: точки, линии или области (многоугольники).
Анализ собранных измерений для получения дополнительных данных и обнаружения новых взаимосвязей путем числовой обработки и моделирования различных фрагментов данных.
Отображение измеренных или проанализированных данных в каком-либо виде — картах, графиках, списках или сводной статистике.
Первая компьютеризированная ГИС начала свою жизнь в 1964 году как проект Агентства по восстановлению и развитию при правительстве Канады. Канадская географическая информационная система (CGIS) была разработана для анализа данных национальной инвентаризации земель Канады, чтобы помочь в освоении земель для сельского хозяйства. Проект CGIS был завершен в 1971 году, и программное обеспечение используется до сих пор. Проект CGIS также включал в себя ряд ключевых нововведений, которые нашли свое отражение в наборе функций многих последующих разработок программного обеспечения.
С середины 1960-х по 1970-е годы разработки в области ГИС в основном происходили в государственных учреждениях и в университетах. В 1964 году Говард Фишер основал Гарвардскую лабораторию компьютерной графики, где учились многие первые лидеры отрасли. Гарвардская лаборатория выпустила ряд ГИС-приложений для мэйнфреймов, в том числе: SYMAP (Synagraphic Mapping System), CALFORM, SYMVU, GRID, POLYVRT и ODYSSEY. ODYSSEY была первой современной векторной ГИС, и многие ее функции легли в основу будущих коммерческих приложений. Автоматическая картографическая система была разработана Центральным разведывательным управлением США (ЦРУ) в конце 1960-х годов. Затем этот проект породил Всемирный банк данных ЦРУ, набор береговых линий, рек и политических границ, а также программный пакет CAM, который создавал карты в различных масштабах на основе этих данных. Эта разработка была одной из первых систематических картографических баз данных. В 1969 году Джек Дэнджермонд, который учился в Гарвардской лаборатории компьютерной графики, вместе со своей женой Лаурой стал соучредителем Института исследования экологических систем (ESRI). Через несколько лет ESRI станет доминирующей силой на рынке ГИС и создаст программное обеспечение ArcInfo и ArcView. Первая конференция, посвященная ГИС, состоялась в 1970 году и была организована Роджером Томлинсоном (ключевой фигурой в разработке CGIS) и Дуэйном Марблом (профессором Северо-Западного университета и одним из первых новаторов в области ГИС). Сегодня каждый год проводится множество конференций, посвященных ГИС, которые привлекают тысячи участников.
В 1980-х и 1990-х годах многие приложения ГИС претерпели существенные изменения с точки зрения функций и возможностей анализа. Многие из этих пакетов дорабатывались частными компаниями, которые могли видеть будущий коммерческий потенциал этого программного обеспечения. Некоторые из популярных коммерческих приложений, запущенных в этот период, включают: ArcInfo, ArcView, MapInfo, SPANS GIS, PAMAP GIS, INTERGRAPH и SMALLWORLD. Также в этот период многие ГИС-приложения переместились с дорогих рабочих станций на мини-компьютерах на персональные компьютеры.
Компоненты ГИС
В сфере геоинформационных технологий есть три основных компонента: географические информационные системы (ГИС), системы глобального позиционирования (GPS) и дистанционное зондирование (ДЗ).
Геоинформационные системы (ГИС)
Географическая информационная система (ГИС) объединяет оборудование, программное обеспечение и данные для сбора, управления, анализа и отображения всех форм информации с географической привязкой. ГИС позволяет пользователям просматривать, понимать, подвергать сомнению, интерпретировать и визуализировать данные различными способами, которые выявляют отношения, закономерности и тенденции в виде карт, глобусов, отчетов и диаграмм.ГИС помогает пользователям отвечать на вопросы и решать проблемы, просматривая данные таким образом, чтобы их можно было быстро понять и легко использовать совместно, а технологию ГИС можно интегрировать в структуру любой корпоративной информационной системы.
ГИС — это организованный набор компьютерного оборудования, программного обеспечения, географических данных и персонала, предназначенный для эффективного сбора, хранения, обновления, обработки, анализа и отображения всех форм информации с географической привязкой. ГИС-технология объединяет общие операции с базами данных, такие как запросы и статистический анализ, с уникальными преимуществами визуализации и географического анализа, предоставляемыми картами.
Информация базы данных (данные атрибутов) связана с пространственными данными (слоями объектов). Примером этого могут быть школы. Фактическое местоположение школ - это пространственные данные. Дополнительные данные, такие как название школы, идентификатор школы и тип школы, будут составлять данные атрибута. Именно взаимодействие этих двух типов данных позволяет ГИС быть таким эффективным инструментом решения проблем. Запрашивая базу данных, связанную со слоями, ГИС позволяет пользователям выполнять сценарии «почему» и «что, если» и создает результирующую карту, отображающую визуальный анализ.
Работающая ГИС объединяет эти пять ключевых компонентов: аппаратное обеспечение, программное обеспечение, данные, людей и методы.
Оборудование
Оборудование — это компьютер, на котором работает ГИС. Сегодня ГИС работает на самых разных типах оборудования, от централизованных компьютерных серверов до настольных компьютеров, используемых в автономных или сетевых конфигурациях.
Программное обеспечение
Люди
Технология ГИС имеет ограниченную ценность без людей, которые управляют системой и разрабатывают планы ее применения. Пользователи ГИС варьируются от технических специалистов, которые проектируют и обслуживают систему, до тех, кто использует ее для выполнения своей повседневной работы.
Методы
Успешная ГИС работает в соответствии с хорошо разработанным планом и бизнес-правилами, которые представляют собой модели и методы работы, уникальные для каждой организации.
Возможно, самым важным компонентом ГИС являются данные. Географические данные и связанные с ними табличные данные можно собирать самостоятельно или приобретать у коммерческих поставщиков данных. Большинство ГИС используют СУБД для создания и поддержки базы данных, помогающей организовывать данные и управлять ими.
Данные, с которыми работает ГИС, состоят из любых данных, имеющих определенное отношение к пространству, включая любые данные о вещах и событиях, происходящих в природе. Когда-то это были распечатанные данные, такие как традиционные картографические карты, геодезические журналы, демографическая статистика, географические отчеты и полевые описания. Достижения в области сбора, классификации и повышения точности пространственных данных позволили сделать доступным все больше и больше стандартных цифровых базовых карт в различных масштабах.
Дистанционное зондирование (RS)
ГИС включает в себя карты, векторную информацию и изображения. Сбор изображений обычно достигается с помощью дистанционного зондирования. Дистанционное зондирование началось с аэрофотосъемки в конце 1800-х годов на борту воздушного шара. Самолеты использовались для сбора информации с высоты в начале 1900-х годов, а первое изображение, полученное из космоса, было сделано на борту космического корабля «Аполлон» в 1969 году. В начале 1970-х годов первый спутник для получения изображений (ERTS-1) сделал снимки Земли. Изображения по-прежнему собираются как из космоса, так и с самолетов, и доступны для коммерческого и личного использования в Интернете.
Термин "дистанционное зондирование", впервые использованный в США в 1950-х годах г-жой Эвелин Прюитт из Управления военно-морских исследований США, в настоящее время широко используется для описания науки и искусства выявления, наблюдения и измерение объекта без непосредственного контакта с ним. Этот процесс включает в себя обнаружение и измерение излучения различных длин волн, отраженного или испущенного от удаленных объектов или материалов, с помощью которого их можно идентифицировать и классифицировать по классу/типу, веществу и пространственному распределению.
Дистанционное зондирование, наука о получении информации об объектах или областях на расстоянии, обычно осуществляется с самолетов или спутников. Удаленные датчики собирают данные, обнаруживая энергию, отраженную от Земли. Эти удаленные датчики могут быть как пассивными, так и активными. Пассивные сенсоры реагируют на внешние раздражители. Они регистрируют излучение, которое отражается от поверхности Земли, обычно от Солнца. Из-за этого пассивные датчики можно использовать для сбора данных только в светлое время суток.
Напротив, активные датчики используют внутренние стимулы для сбора данных о Земле. Например, система дистанционного зондирования лазерным лучом проецирует лазер на поверхность Земли и измеряет время, которое требуется лазеру, чтобы отразиться обратно к датчику.
Глобальные системы позиционирования (GPS)
Глобальная система позиционирования (GPS) — это спутниковая навигационная система, состоящая из сети из 24 спутников, выведенных на орбиту Министерством обороны США. Первоначально GPS предназначался для военных целей, но в 1980-х годах правительство сделало систему доступной для гражданского использования. GPS работает в любых погодных условиях, в любой точке мира, 24 часа в сутки.
Этот GPS состоит из трех сегментов: космического сегмента, контрольного сегмента и пользовательского сегмента. ВВС США разрабатывают, обслуживают и эксплуатируют космический и контрольный сегменты.
Космический сегмент
Космический сегмент состоит из номинальной группировки из 24 действующих спутников, которые передают односторонние сигналы, сообщающие текущее положение и время спутника GPS.
Сегмент управления
Сегмент управления состоит из всемирных станций мониторинга и управления, которые удерживают спутники на их надлежащих орбитах с помощью периодических командных маневров и настраивают часы спутников. Он отслеживает спутники GPS, загружает обновленные навигационные данные и поддерживает работоспособность и статус группировки спутников.
Сегмент пользователя
Пользовательский сегмент состоит из приемного оборудования GPS, которое принимает сигналы от спутников GPS и использует переданную информацию для расчета трехмерного положения и времени пользователя.
Геопространственный анализ
Геопространственный анализ – это подход к применению статистического анализа и других информационных методов к данным, имеющим географический или геопространственный аспект. В таком анализе обычно используется программное обеспечение, способное к геопространственному представлению и обработке, и применяются аналитические методы к наземным или географическим наборам данных, включая использование географических информационных систем и геоматики.
подсистема хранения и поиска данных
подсистема обработки и анализа данных; и
подсистема вывода и отображения данных.
Ввод данных
Подсистема ввода данных позволяет пользователю захватывать, собирать и преобразовывать пространственные и тематические данные в цифровую форму. Входные данные обычно получают из комбинации печатных карт, аэрофотоснимков, изображений дистанционного зондирования, отчетов, документов обследования и т. д.
Хранение и извлечение данных
Подсистема хранения и поиска данных организует данные, пространственные и атрибутивные, в форме, которая позволяет пользователю быстро извлекать их для анализа, а также позволяет быстро и точно обновлять базу данных. Этот компонент обычно включает использование системы управления базами данных (СУБД) для поддержки данных атрибутов. Пространственные данные обычно кодируются и хранятся в собственном файловом формате.
Обработка и анализ данных
Подсистема обработки и анализа данных позволяет пользователю определять и выполнять пространственные и атрибутивные процедуры для получения производной информации. Эта подсистема обычно считается сердцем ГИС и обычно отличает ее от других информационных систем баз данных и систем автоматизированного черчения (САПР).
Вывод данных
Подсистема вывода данных позволяет пользователю создавать графические изображения, обычные карты и табличные отчеты, представляющие производные информационные продукты.
Важнейшей функцией ГИС по замыслу является анализ пространственных данных.
Важно понимать, что ГИС — это не новое изобретение. На самом деле, обработка географической информации имеет богатую историю в различных дисциплинах. В частности, специалисты по природным ресурсам и ученые-экологи активно обрабатывают географические данные и продвигают свои методы с 1960-х годов.
Сегодняшняя универсальная географическая информационная система отличается от геообработки прошлого использованием компьютерной автоматизации для интеграции инструментов обработки географических данных в удобную и комплексную среду.
Появление сложных компьютерных технологий привело к распространению междисциплинарного применения методологий геообработки и предоставило возможности интеграции данных, которые раньше были логистически невозможны.
Географическая информационная система (ГИС) – это компьютерная система для сбора, хранения, проверки и отображения данных, связанных с положением на поверхности Земли.
География, географические информационные системы (ГИС), физическая география
7 изображений, 1 видео
Здесь перечислены логотипы программ или партнеров NG Education, которые предоставили или предоставили материалы для этой страницы. Выровнено
Выберите уровень текста:
Геоинформационная система (ГИС) – это компьютерная система для сбора, хранения, проверки и отображения данных, связанных с положением на поверхности Земли. Связывая, казалось бы, несвязанные данные, ГИС может помочь отдельным лицам и организациям лучше понять пространственные закономерности и отношения.
Технология ГИС — важнейшая часть инфраструктуры пространственных данных, которую Белый дом определяет как "технологию, политику, стандарты, человеческие ресурсы и связанные с ними действия, необходимые для получения, обработки, распространения, использования, поддержки и сохранения пространственных данных". .”
ГИС может использовать любую информацию, включающую местоположение. Местоположение может быть выражено разными способами, например широтой и долготой, адресом или почтовым индексом.
С помощью ГИС можно сравнивать и сопоставлять множество различных типов информации. Система может включать данные о людях, такие как численность населения, доход или уровень образования. Он может включать информацию о ландшафте, такую как расположение ручьев, различные виды растительности и различные виды почвы. Это может быть информация о заводах, фермах и школах, ливневых стоках, дорогах и линиях электропередач.
Благодаря ГИС-технологиям люди могут сравнивать местоположения разных объектов, чтобы узнать, как они связаны друг с другом. Например, при использовании ГИС на одной карте могут быть указаны участки, производящие загрязнение, такие как фабрики, и участки, чувствительные к загрязнению, такие как водно-болотные угодья и реки. Такая карта поможет людям определить, где запасы воды подвергаются наибольшему риску.
ГИС-приложения включают как аппаратные, так и программные системы. Эти приложения могут включать картографические данные, фотографические данные, цифровые данные или данные в электронных таблицах.
Картографические данные уже представлены в виде карты и могут включать такую информацию, как расположение рек, дорог, холмов и долин. Картографические данные могут также включать данные съемки и картографическую информацию, которые можно напрямую ввести в ГИС.
Фотоинтерпретация — важная часть ГИС. Интерпретация фотографий включает анализ аэрофотоснимков и оценку появляющихся особенностей.
Цифровые данные также можно вводить в ГИС. Примером такой информации являются компьютерные данные, собранные спутниками, которые показывают землепользование — расположение ферм, городов и лесов.
Дистанционное зондирование представляет собой еще один инструмент, который можно интегрировать в ГИС. К дистанционному зондированию относятся изображения и другие данные, полученные со спутников, воздушных шаров и дронов.
Наконец, ГИС также может включать данные в виде таблиц или электронных таблиц, например демографические данные о населении. Демографические данные могут варьироваться от возраста, дохода и этнической принадлежности до недавних покупок и предпочтений в Интернете.
Технология ГИС позволяет накладывать все эти различные типы информации, независимо от их источника или исходного формата, друг на друга на одной карте. ГИС использует местоположение в качестве ключевой переменной индекса, чтобы связать эти, казалось бы, несвязанные данные.
Ввод информации в ГИС называется сбором данных. Данные, которые уже находятся в цифровой форме, такие как большинство таблиц и изображений, сделанных со спутников, можно просто загрузить в ГИС. Однако карты необходимо сначала отсканировать или преобразовать в цифровой формат.
Двумя основными типами форматов файлов ГИС являются растровые и векторные. Растровые форматы представляют собой сетки ячеек или пикселей. Растровые форматы удобны для хранения различных ГИС-данных, например высот или спутниковых изображений. Векторные форматы представляют собой многоугольники, в которых используются точки (называемые узлами) и линии. Векторные форматы удобны для хранения данных ГИС с четкими границами, такими как школьные округа или улицы.
ГИС-технологии можно использовать для отображения пространственных отношений и линейных сетей. Пространственные отношения могут отображать топографию, например сельскохозяйственные поля и ручьи. Они также могут отображать модели землепользования, например расположение парков и жилых комплексов.
Линейные сети, иногда называемые геометрическими сетями, часто представляются в ГИС дорогами, реками и сетями коммунальных служб. Линия на карте может обозначать дорогу или шоссе. Однако со слоями ГИС эта дорога может указывать на границу школьного округа, общественного парка или другой демографической зоны или территории землепользования. Используя сбор разнообразных данных, линейная сеть рек может быть нанесена на карту ГИС, чтобы указать сток различных притоков.
ГИС должна согласовывать информацию со всех различных карт и источников, чтобы они соответствовали друг другу в одном масштабе. Масштаб – это соотношение между расстоянием на карте и реальным расстоянием на Земле.
Часто ГИС приходится манипулировать данными, потому что разные карты имеют разные проекции. Проекция — это метод передачи информации с изогнутой поверхности Земли на плоский лист бумаги или экран компьютера. Различные типы проекций выполняют эту задачу по-разному, но все они приводят к некоторому искажению. Для переноса изогнутой трехмерной формы на плоскую поверхность неизбежно требуется растягивание одних частей и сжатие других.
Карта мира может отображать либо правильные размеры стран, либо их правильную форму, но не может одновременно. ГИС берет данные с карт, созданных с использованием разных проекций, и объединяет их, чтобы всю информацию можно было отобразить с использованием одной общей проекции.
ГИС-карты
После того как все нужные данные будут введены в ГИС-систему, их можно объединить для создания множества отдельных карт в зависимости от того, какие слои данных включены. Одним из наиболее распространенных применений технологии ГИС является сравнение природных объектов с деятельностью человека.
Например, карты ГИС могут отображать, какие искусственные объекты находятся рядом с определенными природными объектами, например, какие дома и предприятия находятся в районах, подверженных наводнениям.
Технология ГИС также позволяет пользователям «глубоко копать» в определенной области с разнообразной информацией. Карты одного города или района могут отображать такую информацию, как средний доход, продажи книг или схемы голосования. Любой слой данных ГИС может быть добавлен или удален из одной и той же карты.
ГИС-карты можно использовать для отображения информации о численности и плотности. Например, ГИС может показать, сколько врачей в районе по сравнению с населением района.
Благодаря ГИС-технологиям исследователи также могут отслеживать изменения с течением времени. Они могут использовать спутниковые данные для изучения таких тем, как наступление и отступление ледяного покрова в полярных регионах, а также то, как это покрытие менялось с течением времени. Полицейский участок может изучить изменения в данных о преступлениях, чтобы определить, куда направить сотрудников.
Одно из важных применений ГИС-технологии, основанной на времени, заключается в создании покадровой фотографии, показывающей процессы, происходящие на больших территориях и в течение длительных периодов времени. Например, данные о движении жидкости в океане или воздушных течениях помогают ученым лучше понять, как влага и тепловая энергия перемещаются по земному шару.
Технология ГИС иногда позволяет пользователям получить доступ к дополнительной информации об определенных областях на карте. Человек может указать точку на цифровой карте, чтобы найти другую информацию об этом месте, хранящуюся в ГИС. Например, пользователь может щелкнуть школу, чтобы узнать, сколько учеников зачислено, сколько учеников приходится на одного учителя или какие спортивные сооружения есть в школе.
Системы ГИС часто используются для создания трехмерных изображений. Это полезно, например, для геологов, изучающих разломы землетрясений.
ГИС-технология значительно упрощает обновление карт по сравнению с картами, созданными вручную. Обновленные данные можно просто добавить в существующую программу ГИС. Затем новую карту можно распечатать или отобразить на экране. Это пропускает традиционный процесс рисования карты, который может отнимать много времени и средств.
ГИС-задания
Люди, работающие в самых разных областях, используют технологии ГИС. ГИС-технологии можно использовать для научных исследований, управления ресурсами и планирования развития.
Многие предприятия розничной торговли используют ГИС для определения местоположения нового магазина. Маркетинговые компании используют ГИС, чтобы решить, кому продавать магазины и рестораны и где должен быть этот маркетинг.
Ученые используют ГИС для сравнения статистики населения с такими ресурсами, как питьевая вода. Биологи используют ГИС для отслеживания моделей миграции животных.
Городские, государственные или федеральные чиновники используют ГИС для планирования своих действий в случае стихийного бедствия, такого как землетрясение или ураган. Карты ГИС могут показать этим должностным лицам, какие районы находятся в наибольшей опасности, где находятся временные убежища и по каким маршрутам люди должны идти, чтобы добраться до безопасного места.
Инженеры используют ГИС-технологии для поддержки проектирования, реализации и управления сетями связи для телефонов, которые мы используем, а также инфраструктуры, необходимой для подключения к Интернету. Другие инженеры могут использовать ГИС для разработки дорожных сетей и транспортной инфраструктуры.
Нет ограничений на объем информации, которую можно анализировать с помощью ГИС-технологии.
Иллюстрация предоставлена Счетной палатой США
Неогеография – спорный термин, которым часто называют данные о местоположении, созданные пользователями, или платформы "граждан-географов". Неогеография может описывать такие разнообразные проекты, как масштабные совместные усилия OpenStreetMap и автоматически генерируемые теги местоположения в социальных сетях.
Трудоемкий процесс фотоцинкографии предвосхитил ГИС в 19 веке. В этом процессе использовались цинковые пластины для наброска различных слоев карты и большая рабочая камера для объединения слоев в одно изображение.
Читайте также: