Метод геоинформационных систем в географической науке

2.5.2. Основные тенденции и проблемы развития рынка                                                                  29

Глава 3. Метод геоинформационных систем. Функциональные возможности ГИС    30

3.1. Ввод, предобработка и хранение данных                                                                                              31

3.1.1. Источники данных                                                                                                                          31

3.1.2. Модели организации пространственных данных                                                                  32

3.1.3. Ввод данных в ГИС                                                                                                                          35

3.1.4. Базы данных и управление ими                                                                                                            35

3.2. Геоанализ и моделирование                                                                                                                          36

3.2.1. Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования                                                                                                                                                      36

3.2.2. Цифровое моделирование рельефа (местности). Математические алгоритмы     38

3.2.3. Математико-картографическое моделирование                                                                  40

3.3. Визуализация данных                                                                                                                                        41

3.3.1. Картографическая визуализация                                                                                              41

3.3.2. Виртуально-реальностные изображения                                                                              42

3.3.3. Картографические анимации                                                                                                            43

Глава 4. Практическое применение метода геоинформационных систем                                      45

4.1. Цифровое моделирование рельефа при помощи математических алгоритмов                        45

4.2. Математико-картографическое моделирование социальных и демографических

процессов                                                                                                                                                                    46

4.3. Картографическая визуализация статистических данных                                                                  48

4.4. Виртуально-реальностные изображения рельефа (местности)                                                    50

Заключение                                                    53

Список использованной литературы и документации                                                    55

Глоссарий                                                    58

Указатель авторов                                                    65

Указатель иллюстраций                                                    67

Указатель таблиц                                                    68

Приложения                                                    69

Введение.

Актуальность исследования. Во все времена знания о пространственной ориентации физических объектов были очень важны для людей. Современное общество живет, работает и сотрудничает, опираясь на информацию о том, что и где находится.

Развитие метода геоинформационных систем стало определяющим в современной географии, важным направлением информационных технологий, толчком к разработке нового программного обеспечения и специализированного оборудования, включая периферий­ные устройства, геодезические приборы, съемочную и иную ап­паратуру обработки пространственных данных. Сформировалась целая индустрия, которая породила рынок, связанный с производством и потреблением (использованием) геоинформа­ционных продуктов и услуг.

Степень разработанности проблемы. В мировой практике метод ГИС уже в 80-е годы стал основополагающим не только для географов, но и для специалистов других областей, уже в 90-е годы  в области теории проходило совершенствование фундаментальных поня­тий, «интеллектуализация» ГИС. Применение ГИС из стадии экспериментов перешло в сферу практического использования.

Для российской географической науки геоинформационные системы - в целом новая область. Большинство российских специалистов по ГИС не имеют фундаментальной подготовки в данной области и получили знания в процессе выполнения разнообразных прикладных ГИС-проектов. В опубликованной литературе недостаточно проработаны общетеоретические и методические вопросы ГИС. Все это обусловило выбор темы курсовой работы, формулировку ее цели.

Объект и предмет работы. Объектом курсовой работы является метод геоинформационных систем в географической науке, а предметом исследования - обзор функциональных возможностей, сфер применения ГИС.

Цель курсовой работы: анализ (исследование) элементов предметной области, а именно аналитический обзор литературы и документации с целью систематизации и обобщения сведений как о классических методах исследований в географии, так и современных. Основное внимание акцентируется на методе ГИС, освещении его основных  блоков, функциональных возможностей, состояния, тенденциях и прогнозах развития. Обзор дает представление об информационных системах, оперирующих геопространственными данными, иллюстрируется примерами, раскрывающими их возможности.

Регламент обзора. Хронологические границы: в силу информационного «голода» (соседствующего с информационным «взрывом»), связанного с трудностями обмена и доступа к уже накопленному материалу, ведомственными и даже личными барьерами, режимными ограничениями и неупорядоченности данных, препятствующими свободному доступу, литература представлена периодом с 1980 по 2009 год. Однако литература, посвященная географии и ее методам, освещена шире и подробнее, представлена за временной период в основном с 1993-2008 год.

Видовые границы: спектр использованных в обзоре видов литературных источников достаточно широк: использованы официальные материалы, монографии, статьи из периодических и непериодических изданий, учебники, словари, справочники, учебные пособия, стандарты, диссертации, материалы конференций, электронные издания, материалы сайтов.

Географические границы: информационный интерес для раскрытия темы работы представили исследования ГИС России, США, Германии, Великобритании, Франции.

Языковые границы: в обзор включены переведенные документы  с английского, немецкого, украинского, белорусского и французского языков.

Структура работы. Первая глава работы посвящена географии как науке, излагаются сведения об объекте, предмете географической науки, а также ее целях и задачах. Второй подраздел посвящен структуре географии, ее месте в системе наук. В третьем разделе подробно рассмотрены методы (классические и современные) географических исследований наряду с общими проблемами методики научного исследования.

Вторая глава вводит в сферу геоинформатики, определяются понятие о географических информационных системах, приводится классификация ГИС по различным признакам. В следующем подразделе рассматривается геоинформатика как наука, технология и производственная деятельность, определяется ее предмета и метода, место в системе наук, направления взаимодействия с другими науками и технологиями.

В третьей главе изложены функциональные возможности важнейших технологических блоков ГИС. В первом подразделе рассмотрены представления (модели) пространственных объектов и данных о них в базах данных ГИС. Во втором подразделе второй главы описаны операции, связанные с анализом пространственно-временных данных - картометрические функции. Завершает этот подраздел материал по математико-картографическому моделированию. Следующий подраздел касается вывода и документирования результатов обработки данных средствами ГИС. Завершают главу анимации карт и виртуально-реальностных изображений.

В четвертой главе рассмотрены наиболее интересные и современные примеры использования ГИС, в том числе наряду с использованием статистики и математических алгоритмов.

Источники информации. Методологической и теоретической основой данного исследования явились положения и выводы, сформулированные и обоснованные в трудах по теории и методологии экономической, социальной и политической географии, концептуальные и методические подходы в области геоинформатики и моделирования на основе ГИС-технологий, а также программно-прогнозные разработки.

В основе географических подходов исследования данной проблематики лежат труды основоположников и современных исследователей в области географии – Э.Б. Алаева, Н.Н. Баранского, Ю.Н. Гладкого, С.Б. Лаврова, Ю.Г. Саушкина, М.Д. Шарыгина и др.

Геоинформационные технологии опираются при этом на сложившиеся как традиционные картографические подходы, так и исследования в области геоинформатики, опыт которых представлен в трудах таких ученых как К.В. Бердников, А.М. Берлянт, Ю.Л.  Бугаевский, А.В.  Кошкарев, В.С. Тикунов, А.М. Трофимов и др.

Значимыми при анализе региональных параметров экономической динамики оказались также публикации на Web-сайте ГИС-Ассоциации и сайте Академии ГИС и САПР.

Методы сбора и обработки информации. Весь процесс сбора и обработки информации был разбит на несколько этапов (методов). Первоначальные сбор и обработка информации из внешних источников: в ЦГПБ им. В.В.Маяковского производился поиск по алфавитному, систематическому и электронному каталогу, главной информационной картотеке, так же использовались ресурсы сети Интернет при помощи поисковой cистемы Google. Затем - первичная обработка и приведение информации к унифицированному виду. Это упрощает последующую обработку. После сбора и обработки информации произведена систематизация и организация накопленных данных. Проведение глубокого анализа информации, систематизация, анализ и обобщение можно отнести к четвертому методу обработки информации. Завершает сбор и обработку информации последний этап, этап формирования отчета в виде представленного аналитического обзора.

1. География как наука.

1.1. Объект, предмет и содержание географической науки, ее цели и задачи.

1.1.1. Определение географической науки.

При изучении любой науки первостепенное внимание уде­ляется определению этой науки, которое включает в себя по­нятие ее объекта и предмета.

Согласно определению, данному М.М. Голубчиком: «География — наука о законах развития пространственно-временных систем (геосистем)». Также, это «наука о методах прогнозирования этих систем и управления ими»; «наука о происхождении, строе­нии, функционировании, динамике и развитии пространст­венно-временных природно-общественных геосистем; систе­ма естественных и общественных наук о природных, терри­ториально-производственных и социально-территориальных комплексах Земли и их компонентах» [50, с.5-6].

Более широкое понятие дает Wikipedia - электронная энциклопедия: «География (греч. γεωγραφία - землеописание, от γεια — Земля и γραφειν — писать, описывать):

1.              Единый комплекс наук, изучающих географическую оболочку Земли и акцентирующихся на выявлении пространственно-временных закономерностей».

2.              Свод знаний о пространственно-временных особенностях какой-либо территории, объекта, явления или процесса» [12].

Иное определение географии дано Зиминым Б.Н. и Шупером В.А.: «География (Geography) (От греч. Ge - земля + Grapho – описываю) - система физико-географических, экономико-географических и социально-географических дисциплин, изучающих географическую оболочку Земли, природно-территориальные, территориально-производственные и социально-территориальные комплексы, их взаимосвязь и составляющие их компоненты» [23, c.6].

Авторами вводится и другое определение, аналогичное данному М.М. Голубчиком: «География - наука о законах развития пространственно-временных систем, формирующихся на земной поверхности в процессе взаимодействия природы и общества и о методах регулирования этих систем и управления ими» [см. там же, с.6-7].

Более развернутое определение дает Жекулин В.С.: «География – наука о законах развития пространственно-временных систем (геосистем), формирующихся на земной поверхности в процессе взаимодействия природы и общества, о методах прогнозирования этих систем и управления ими». Автор подчеркивает, что «география является конструктивной наукой, призванной организовать пространственную жизнь общества». Более лаконично ученый определяет географию, как  «науку, комплексно изучающую в целом и по частям поверхность земного шара в отношении к человеческому обществу» [22, с.4].