Метод геоинформационных систем в географической науке

В геоинформатике принято различать три разные «ипостаси». Е.Г. Капралов и Н.В. Коновалова формулируют их как «науку, технологию и производственную деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и исполь­зованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по приложению ГИС для практи­ческих или научных целей» [26, с. 57].

Предмет геоинформатики как науки обычно определяют как «природные, общественные и природно-общественные земные пространственные системы», ее метод — «компьютерное модели­рование и тесно сопряженное с ним геоинформационное карто­графирование» [6, с.64].

За недолгий период своего существования геоинформатика не успела приобрести необходимую любой науке атрибутику и струк­турную завершенность. Теория ГИС пока остается фрагментарной.

Геоинформатика в настоящее время рассматривается как ин­тегратор многих наук и технологий, оперирующих пространствен­но-координированными данными. На эту роль претендует еще одна дисциплина — геоматика. Под геоматикой обычно понимают область деятельности, связанную с использованием сис­темного подхода к выбору средств сбора, интеграции, обработки и распространения пространственных данных в континууме потоков цифровой информации. Иногда геоматика рассматривается как си­ноним геоинформатики, так считает, например, А.В. Кошкарев [28, с.17]; по другой, более распространенной точ­ке зрения, которой придерживаются Н.В. Коновалова и Е.Г, Капралов, геоинформатика входит составной частью в геоматику [26, с.60-61].

А.В. Кошкарев и В.С. Тикунов формулируют общепринятую технологическую схему ввода, обработки и вывода дан­ных в ГИС, которая составляет сущность технологии, поддерживаемая соответствующими программными средствами, может быть представлена в виде набора обобщенных функций (функциональных групп), среди которых принято выде­лять следующие:

1. Ввод и редактирование данных.

2. Поддержка моделей пространственных данных.

3. Хранение данных.

4. Преобразование систем координат и трансформация карто­графических проекций

5. Растрово-векторные операции.

6. Измерительные операции и операции аналитической (коорди­натной) геометрии.

7. Полигональные операции.

8. Пространственно-аналитические операции

9. Пространственное моделирование

10. Цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей.

11. Вывод данных. [29, с.32-33].

Выделенные базовые функциональные группы не исчерпывают всего разнообразия операций, образующих технологическую ос­нову ГИС. Конкретные универсальные и тем более специализиро­ванные программные средства ГИС могут содержать и поддержи­вать многие другие операции, в том числе выходящие далеко за пределы чисто геоинформационного функционалитета.

К.Н. Дьяконов для обозначения геоинформатики как производственной дея­тельности используют термин геоинформационная индустрия (ГИС-индустрия). Ядро отрасли составляют разработка, продажа и со­провождение программных средств ГИС и выполнение геоинфор­мационных проектов (ГИС-проектов) на их основе. Сюда же отно­сят разнообразный сервис, или геоинформационные услуги по внедрению (приложениям) геоинформационных технологий в це­лом или отдельных ее операций и этапов [20, c.84].

К отдельной подотрасли условно можно отнести геоинформаци­онное образование (ГИС-образование), профессиональную подго­товку специалистов в области геоинформатики и ГИС.

Геоинформационная индустрия порождает рынок, связанный с производством и потреблением (использованием) геоинформа­ционных продуктов и услуг.

К геоинформационному рынку (ГИС-рынку) К.В. Бердников относит геоинформационные технологии, программные продукты ГИС, пространственные данные, персонал, занятый выполнением геоинформационных проектов, компьютерную тех­нику и специализированное оборудование, включая периферий­ные устройства, геодезические приборы, съемочную и иную ап­паратуру. Более или менее сформировавшийся геоин­формационный рынок разделяется на сегменты, соответствующие крупным группам потребителей продуктов и услуг, предметным областям и технологиям [5, c.67].

2.3. Периодизация развития геоинформатики.

Геоинформатика как наука относительно молода, но и она имеет свою историю, которая может быть разделена на четыре нечетко выраженных периода.

В.С. Тикунов выделяет следующие периоды и этапы:

I период.

• В 60-е годы XX в. совершенствовались техника и опыт под единой, пока не оформившейся «крышей». Наиболее ярким примером этого периода было создание в 1963—1971 гг. Канад­ской ГИС (СС18) под руководством Р. Томлинсона.

• Вторая половина 60-х годов XX в. знаменательна также работа­ми Гарвардской лаборатории машинной графики и пространствен­ного анализа. Созданное здесь программное обеспечение стало клас­сическим в сфере автоматизированного картографирования.

II период.

• В начале 70-х годов XX в.  сформировалось понятие пространственных объек­тов, описываемых их позиционными и непозиционными атрибу­тами. Оформились две альтернативные линии представления — растровые и векторные структуры. Чуть позже была создана техноло­гия массового цифрования карт. Поставлены и решены задачи, образующие ядро геоинформационных технологий: наложение (оверлей) разноимен­ных слоев, генерация буферных зон, полигонов Тиссена и иные операции манипулирования пространственными данными. К этому периоду относится быстрый прогресс геоинформаци­онных и автоматизированных картографических технологий в США.

• Новый взлет наметился в конце 70-х — начале 80-х годов XX в., когда широко распространились дешевые персональные компью­теры. Открылись принципиально новые возможности для массово­го потребителя.

III период.

• 80-е годы, эпоха «зрелости», эпоха первых комплексных реше­ний, когда отдельные компьютерные программные пакеты по обработке данных трансформируются в единую увязанную систему, способную помочь человеку в принятии ответственных решений. Создаются компьютерные локальные и глобальные сети, рево­люционно изменившие доступ к базам данных. Разработка коммерческих программ­ных средств ГИС существенно меняет всю геоинформационную индустрию, появление которой связывается именно с этим перио­дом

• В 80-е годы существенно расширяется круг решаемых задач, гео­информационные технологии проникают во все новые сферы на­уки, производственной деятельности и образование.

IV период.

• В 90-е годы  интенсивно велись работы в области моделирова­ния. В области теории — совершенствование фундаментальных поня­тий, «интеллектуализация» ГИС, обращение к объектно-ориенти­рованным моделям в ГИС, развитие теории «нечетких знаний», совершенствование систем управления базами пространственных данных и знаний, разветвленных пользовательских систем и сете­вых структур, а также интегрированных ГИС. Применение ГИС из стадии экспериментов начинает переходить в сферу практического использования, причем не в отдельных пунк­тах, а по всему фронту научных, практических и управленческих областей [13, с. 31-32].

Л.М. Бугаевский и В.Я. Цветков аналогично выделяют 4 периода, но этапы выделяют иные:

Начальный период (поздние 1950е — ранние 1970е гг.).             

• Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

•  Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах.

• Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х.

• Создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров.

• Создание формальных методов пространственного анализа.

• Создание программных средств управления базами данных.

Период государственных инициатив (нач. 1970е — нач. 1980е гг.).

• Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям:

• Автоматизированные системы навигации.

• Системы вывоза городских отходов и мусора.

• Движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т. д.

Период коммерческого развития (ранние 1980е — настоящее время)

• Широкий рынок разнообразных программных средств.

• Развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных.

• Появление сетевых приложений

• Появление значительного числа непрофессиональных пользователей.

Пользовательский период (поздние 1980е — настоящее время).

• Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг

• Доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры [8, с. 51-52].

В ином аспекте рассматривает историю развития ГИС Н.В. Коновалова и Е.Г. Капралов:

Новаторский период (поздние 1950е - ранние 1970е гг.).

• исследование принципиальных возможностей информационных систем, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

Период государственного влияния (ранние 1970е - ранние 1980е гг.).

• развитие крупных геоинформационных проектов, финансируемых государством, формирование государственных институтов в области геоинформатики, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

Период коммерциализации (ранние 1980е - настоящее время).

• широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных инструментальных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами атрибутивных данных, создание сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, организация систем, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах и поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

Период потребления (поздние 1980е - настоящее время).

• повышенная конкурентная борьба среди коммерческих производителей геоинформационных технологий и услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и “открытость” программных средств позволяет пользователям самим настраивать, адаптировать, использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских “клубов”, телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в географических данных, начало формирования геоинформационной инфраструктуры планетарного масштаба [26, с. 43-44].

Естественно, что говорить о конце прошлого и начале насту­пившего века в историческом контексте пока еще рано. Однако уже сейчас обозначился новый технологический виток в спирали развития геоинформатики, который готовит ее к новым достиже­ниям в начавшемся столетии. Это, прежде всего, создание мобиль­ных ГИС, интеллектуализация систем, включение новых моду­лей, например имитационных моделей, разработки сценариев раз­вития в ГИС, а также интеграция самих информационных систем с новыми технологиями, использующими пространственные дан­ные. Усиливается интерес к адаптации достижений психологии в геоинформатике.

2.4. Области применения ГИС.

Учеными подсчитано, что 85% информации, с которой сталкивается человек в своей жизни, имеет территориальную привязку. Поэтому перечислить все области применения ГИС просто невозможно. Этим системам можно найти применение практически в любой сфере трудовой деятельности человека.

По словам В.С. Тикунова, такой широкий спектр применения ГИС обоснован следующими особенностями:

• ГИС позволяют точнейшим образом учитывать координаты объектов и площади участков. В области транспорта ГИС давно уже показали свою эффективность благодаря возможности построения оптимальных маршрутов, как для отдельных перевозок, так и для целых транспортных систем, в масштабе отдельного города или целой страны.

• ГИС позволяют вести учет численности, структуры и распределения населения и одновременно использовать эту информацию для планирования развития социальной инфраструктуры, транспортной сети, оптимального размещения объектов здравоохранения, противопожарных отрядов и сил правопорядка.

• С помощью ГИС можно проводить мониторинг экологической ситуации и учет природных ресурсов. С помощью геоинформационных систем определяются взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью сельскохозяйственных культур), выявляются места разрывов электросетей [13, с. 265].

Ю.К. Королев приводит возможные сферы профессионального применения ГИС:

1) Риэлторы используют ГИС для поиска, к примеру, всех домов на определенной территории, имеющих шиферные крыши, три комнаты и 10-метровые кухни, а затем выдачи более подробного описания этих строений. Запрос может быть уточнен введением дополнительных параметров, например, стоимостных.

2) Компания, занимающаяся инженерными коммуникациями, может четко спланировать ремонтные или профилактические работы, начиная с получения полной информации и отображения на экране компьютера (или на бумажных копиях) соответствующих участков, скажем водопровода, и,  заканчивая автоматическим определением жителей, на которых эти работы повлияют, с уведомлением их о сроках предполагаемого отключения или перебоев с водоснабжением