- •Оглавление
- •Введение
- •1.1. Определения и задачи геоинформатики
- •1.2.1. Определение и толкование базовых понятий геоинформатики
- •1.3. Общее представление о ГИС
- •1.4. Основные этапы развития ГИС
- •1.5. География и ГИС
- •2.1. Типы и источники пространственных данных
- •2.2. Проектирование географических баз данных
- •2.2.1. Требования к базе данных
- •2.2.2. Этапы проектирования базы данных
- •2.3. Представление пространственных объектов в БД
- •2.3.1. Выбор модели пространственной информации
- •2.3.2. Особенности представления пространственных объектов в БД
- •2.3.3. Позиционная и семантическая составляющие данных
- •2.4. Системы управления базами данных в ГИС
- •2.4.1. Функции СУБД
- •2.4.2. Задачи и функции СУБД в ГИС
- •2.4.3. Базовые понятия реляционных баз данных
- •2.4.4. Язык реляционных баз данных SQL — функции и основные возможности
- •2.4.5. Объектно-ориентированные и реляционные структуры БД
- •2.4.6. СУБД в архитектуре «клиент-сервер»
- •2.5. Организация и форматы данных
- •2.6. Качество данных и контроль ошибок
- •2.6.1. Типы ошибок в данных и их источники
- •2.6.2. Позиционная точность данных
- •3.1. Требования к техническому и программному обеспечению ГИС
- •3.3. Характеристика технических средств ГИС
- •3.4. Технологии ввода графической информации
- •3.5. Преобразования форматов данных
- •3.7. Общая характеристика программных коммерческих ГИС-пакетов
- •4.1.1. Пространственная привязка данных и преобразование проекций
- •4.1.2. Алгоритмы трансформирования геоизображений
- •4.1.3. Определение координат контрольных точек
- •4.1.4. Оценка ошибок трансформирования
- •4.2. Дискретная географическая привязка данных
- •4.3. Операции с данными в векторном формате
- •4.3.1. Представление пространственных объектов и взаимосвязей
- •4.3.2. Алгоритмы определения пересечения линий
- •4.3.3. Способы вычисления длин линий, периметров и площадей полигонов
- •4.3.4. Алгоритм «точка в полигоне»
- •4.3.5. ГИС-технологии пространственного анализа
- •4.3.6. Операции оверлея полигонов
- •4.4. Хранение и преобразование растровых данных
- •4.4.1. Кодирование и сжатие информации
- •4.4.2. Иерархические структуры данных. Дерево квадрантов
- •4.4.3. Операции с растровыми слоями БД
- •4.4.4. Технологии анализа данных, основанные на ячейках растра
- •4.5. ГИС-технологии совмещения и оценки пригодности данных
- •5.1. Методы пространственного анализа
- •5.1.1. Классификация объектов путем группировки значений их признака
- •5.1.2. Методы интеграции признаков для исследования взаимосвязей и классификации объектов
- •5.1.3. Исследование взаимосвязей объектов с использованием операций оверлея слоев
- •5.1.4. Выбор объектов по пространственным критериям. Построение запросов
- •5.1.5. Анализ сетей
- •5.1.6. Тематическое согласование слоев
- •5.2. Методы пространственного моделирования
- •5.2.2. Подготовка исходных данных для создания модели
- •5.2.3. Интерполяция по дискретно расположенным точкам
- •5.2.4. Построение статистических поверхностей
- •5.2.5. Определение местоположения и оптимального размещения объектов
- •5.2.6. Моделирование пространственных распределений
- •5.2.7. Интерполяция по ареалам
- •5.3. Применение пространственных моделей
- •5.4. Обеспечение принятия пространственных решений
- •5.4.1. Методы обеспечения поддержки принятия решений
- •5.4.2. Понятия нечетких географических объектов и нечетких множеств
- •5.4.3. Экспертные подсистемы ГИС
- •6.1. Разработка ГИС-проекта
- •6.2. Общие вопросы проектирования базы данных ГИС
- •6.3. Учет особенностей моделей данных и функциональных средств ГИС
- •Глава 7. Задачи и методы геоинформационного картографирования
- •7.1. Определения, особенности и задачи геоинформационного картографирования
- •7.2. Основные этапы развития методов и средств автоматизации в картографии
- •7.3. Географические основы ГК
- •7.4. Структура системы геоинформационного картографирования
- •7.5.1. Задачи проектирования картографических БД
- •7.5.2. Качество цифровых карт
- •7.6.1. Электронные и компьютерные карты
- •7.6.2. Графические стандарты
- •7.6.3. Спецификация цвета и цветовые палитры
- •7.6.4. Компоновка электронных и компьютерных карт
- •7.7. Методы геоинформационного картографирования
- •7.7.2. Создание тематических карт на основе методов пространственного моделирования в ГИС
- •7.8. Автоматизированная генерализация тематических карт
- •7.8.1. Семантическая и геометрическая генерализация
- •7.8.2. Элементы генерализации линий
- •7.8.3. Использование теории фракталов
- •7.9. Формализация и алгоритмизация процесса картографирования
- •7.9.1. Картометрические функции
- •7.9.2. Определение положения центральной точки полигона и скелетизация
- •7.9.3. Построение системы картографических знаков и размещение надписей
- •7.10. Новые направления и технологии геоинформационного картографирования
- •7.10.1. Оперативное картографирование и картографические анимации
- •7.10.2. Картография и Интернет
- •Глава 8. Цифровая обработка изображений для создания баз данных ГИС и тематических карт
- •8.1. Применение данных дистанционного зондирования в ГИС и тематическом картографировании
- •8.2. Методы цифровой обработки космических снимков
- •8.3. Методы дешифрирования, основанные на преобразовании спектральных яркостей
- •8.3.1. Спектральное пространство и дешифровочные признаки
- •8.3.2. Синтез изображений и анализ главных компонент
- •8.3.3. Производные дешифровочные признаки
- •8.4. Алгоритмы классификации
- •8.4.1. Правила и типы автоматизированной классификации
- •8.4.2. Алгоритмы контролируемой классификации
- •8.4.3. Алгоритмы неконтролируемой классификации
- •8.4.4. Оценка результатов классификации
- •8.5. Алгоритмы выполнения географического анализа по космическим снимкам
- •8.5.1. Изучение динамики явлений (объектов) по картам и снимкам
- •8.5.2. Изучение географических объектов с использованием методов нечеткой и экспертной классификации
- •Литература
- •Учебники и учебные пособия
- •Монографии
- •Справочники и руководства
- •Предметный указатель
6.1. Разработка ГИС-проекта
Изложенные в главе 1 общие представления о структуре ГИС и их типах не затрагивают еще один их аспект — организационный. Успех создания географической информационной системы определяется не только обоснованным выбором технического и программного обеспечения, но и обеспечением работоспособности ГИС, достижением ожидаемых результатов.
Многообразие типов ГИС и возлагаемых на них задач не позволяет установить единые правила и выработать однозначные процедуры для их проектирования. Созданная ГИС может не достичь цели из-за некорректности данных и их моделей или недостаточной функциональности выбранного ГИС-пакета. Однако и качественно спроектированная система также может оказаться неработоспособной из-за сложности и неподготовленности персонала.
ГИС-технологии становятся более доступными, надежными, распространенными и более известными, поэтому возможно быстрое расширение сферы их применения, аналогично тому, как увеличилась область использования компьютерной графики. Системы моделирования географической информации развиваются и приме-
252 Глава 6. Проектирование ГИС
няются для обоснования принятия решений в самых различных областях, и в первую очередь в управленческих структурах. Совместное использование данных позволяет снизить затраты, решить общие проблемы, полнее использовать имеющиеся технологии. Признание международного характера многих проблем, вызывающих глобальные последствия, и наличие необходимых технологий обуславливают создание множества глобальных баз данных. Однако совместное использование будет по-прежнему затруднено в связи с соображениями безопасности, политическими разногласиями и другими факторами. Важная роль отводится разработке инфраструктуры пространственных данных (см. раздел 2.7).
ГИС-проект — это уникальное предприятие по созданию и обеспечению функционирования геоинформационной системы, отвечающей поставленным требованиям, предполагающее координированное выполнение взаимосвязанных действий по техническому, программному, информационному и кадровому обеспечению системы с достижением определенных ее параметров (полнота информации, актуальность информации, производительность системы, функциональность системы, надежность ее функционирования ит. д.) в условиях временных и ресурсных ограничений [Геоинформатика. Толковый..., 1999].
Есть признаки того, что нынешние темпы роста ГИС-проектов сохранятся, и весьма возможно, что действительность превзойдет прогнозы. Поэтому такими актуальными являются проблемы проектирования ГИС.
Авторы известных на западе учебников и монографий [Burrough. 1998; ДеМерс, 1999; Jones, 1997; Marble, 1981; Томлинсон, 2004] уделили много внимания вопросам проектирования ГИС, предлагая разные схемы этого процесса. Отдельная глава посвящена этим вопросам в учебнике «Геоинформатика» (2005).
Анализ многочисленных публикаций позволяет выделить общие положения процедур разработки ГИС-проектов.
Первый этап в проектировании связан с определением цели (набора задач) организации, в которой или для которой создается ГИС. Организации могут быть научные и производственные, государственные и коммерческие, представлять органы управления или. например, природопользования и т. д.; ясно, что цели у них разные. Кроме того, и цели одной организации могут быть разными — от
4.1. Разработка ГИС-проекта |
253 |
создания информационно-справочной системы до системы, обеспечивающей поддержку принятия пространственных решений. Масштабность целей также может быть различной, и обычно по этому показателю выделяют:
•одноцелевые проекты в рамках отдела (факультета) или организации (института);
•многоцелевые проекты масштаба отдела;
•корпоративные проекты (масштаба крупной организации, отрасли, города, государства и т. п.).
Далее в проектировании системы выделяют два взаимосвя- занных направления — организационное и техническое. Организа- ционная составляющая определяет взаимодействие людей (групп), участвующих в разработке и использовании ГИС-проекта, а также обеспечение поддержки проекта организацией (руководством, спон- сорами). Техническая составляющая относится к функциям системы, структуре и содержанию БД. На этом уровне планирования должен быть назначен руководитель — менеджер проекта — и сформирован коллектив, который будет выполнять планирование. В общие задачи этих людей входит определение:
•ожидаемого результата выполнения проекта и форма его представления или, как говорят, «создаваемого информационного продукта»;
•информационного обеспечения (типа, структуры и объема данных);
•необходимого программного обеспечения (готовые ГИСпакеты или собственные разработки);
•технического обеспечения;
•необходимых процедур перехода на новый уровень работы организации с использованием ГИС;
•необходимых специалистов (назначение из коллектива организации или поиск новых).
Каждая из этих задач связана со |
своими специфическими |
|||
этапами планирования. К наиболее |
важным этапам относят |
|||
оценку |
потребностей всех |
потенциальных |
пользователей |
|
системы |
и формулирование |
требований к |
информационным |
продуктам.
254 |
Глава 6. Проектирование ГИС |
Оценка потребностей пользователей отнимает много времени при проектировании, но она необходима для определения функций, которые будут поддержаны географической информационной системой. Процедура оценки включает опрос потенциальных пользователей, просмотр и описание состава и топологии данных, определение подходящих технических и программных средств и персонала, проведение научно-технических и образовательных семинаров.
Содержание и значимость всех этапов подробно проанализировал Р.Ф. Томлинсон в книге, переведенной на русский язык как «Думая о ГИС» [Томлинсон, 2004]. В этой книге предложена десятиступенчатая методика планирования ГИС, имеющая вид указаний.
1.Обсудите стратегические цели проекта (для чего организация будет использовать ГИС).
2.Продумайте стратегию планирования (включая обоснование необходимости ГИС).
3.Проведите технический семинар с заказчиком или пользователями данных.
4.Опишите информационные продукты (в результате должен быть подписан документ с описанием всех информационных продуктов, создаваемых в процессе использования ГИС).
5.Определите охват (масштабность) системы.
6.Создайте структуру данных (БД).
7.Выберите логическую модель данных (объекты реального мира, относящиеся к деятельности организации).
8.Определите требования к системе (в том числе картам, таблицам, текстам, изображениям, 3D моделям).
9.Проведите анализ затрат/выгод, процессов перехода на новую систему и рисков.
10.Составьте план внедрения системы.
Сложность использования предлагаемых моделей планирования ГИС-проектов связана еще и с тем фактом, что в настоящее время наблюдается дробление ГИС на сферы применения. Многостороннее рассмотрение вопросов планирования ГИС как информационноуправляющих систем, включая вопросы стоимости, информационной безопасности, выгод и рисков, представлено в учебнике «Геоинформатика» (2005).