Гис-технологии в экологии
Вид материала | Документы |
- Программно-технический комплекс 14 Задачи гис 14 гип как проблемно-ориентированные, 1019.49kb.
- Лекция №10. Инструментальные средства гис лекция №10. Инструментальные средства гис, 499.17kb.
- Методическое обеспечение студентов заочной формы обучения кафедры инженерной экологии, 119.4kb.
- Экология как научная, 94.09kb.
- Программы для интерпретации гис интегрированнaя система обработки данных гис "прайм", 103.04kb.
- Лекция №16. Применение гис по сфере использования гис не имеют себе равных. Они применяются, 429.39kb.
- Программа минимум кандидатского экзамена по специальности 03. 02. 08 экология, 290.05kb.
- И. М. Губкина календарный план дисциплина: «Интегральное исчисление и ряды» учебный, 52.15kb.
- Концепция тренажера уровня установки. Требования к тренажеру (лекция 3, стр. 2-5), 34.9kb.
- Вопросы к зачету по дисциплине «Экология», 38.39kb.
К этому типу относятся известные ГИС фирм INTERGRAPH, ESRI, GDS и др. Это мощные системы, созданные для рабочих станций и для сетевого использования. Такие системы поддерживают многочисленные приложения. Они включают блоки цифрования картографического материала в различных режимах, работают с большим числом внешних устройств, имеют многооконный режим, допускают настройку меню, позволяют встраивать пользовательские программы на языках высокого уровня. Часть из них имеет ПК-версии, однако они, как правило, менее удачны и имеют весьма урезанный набор функций. Рассматривая описания систем, вы можете найти в них много общего. Фирмы, развивающие эти системы, имеют различную историю, но вынуждены с течением времени заимствовать многое из идеологии систем своих основных конкурентов.
программные продукты фирмы INTERGRAPH
Основные возможности и преимущества:
- Модульная архитектура, упрощающая конфигурирование системы для конкретного применения;
- Совместимость данных для всех платформ, накоторых работает система;
- Поддержка промышленных СУБД различных фирм – производителей (INFORMIX, INGRES, ORACLE, SYBASE, DB2/400, MS SQL SERVER);
- Наличие языка программирования высокого уровня;
- Удобные средства настройки интерфейса системы на конкретного пользователя;
- Возможность хранения очень больших объемов структурированной информации;
- Работа в многопользовательском режиме и режиме клиент-сервер;
- Работа с растровыми изображениями;
- Работа с различными картографическими проекциями, преобразование из одной в другую проекцию;
- Построение и анализ 3-х мерных моделей территорий;
- Работа с распределенными базами данных;
- Мощные аналитические средства;
- Развитая система создания карт;
Области применения:
- Ведение земельного кадастра, управление землей и недвижимостью;
- Комплексная оценка и управление урбанизированными территориями с использованием целевых программных решений - система (Integrated City);
- Управление транспортными потоками, планирование и оптимизация перевозок;
- Управление природными ресурсами (лесными, водными, недрами) с использованием целевых программных решений ERMA;
- Экологический мониторинг, оценка и прогнозирование состояния окружающей среды;
- Высококачественная картография как топографическая, так и тематическая;
- Управление инженерными коммуникациями (пакет Framme).
Программные продукты фирмы INTERGRAPH реализованы на различных платформах (UNIX, Windows NT, Windows 95, Windows 3.x, DOS), при этом обеспечивается полная совместимость данных на двоичном уровне.
Основу программных ГИС-продуктов фирмы INTERGRAPH составляет семейство модулей MGE. Эти модули:
- Обеспечивают управление проектами, организуют запросы и визуализацию данных, использование различных картографических проекций и систем координат;
- Формируют структуру данных проекта, т.е. осуществляют взаимодействие графической, тематической и индексной информации;
- Отображают графические части модели данных.
Графическое ядро системы - программа MicroStation. MGE модули являются надстройкой над этой программой. MicroStation имеет встроенные языки пользовательских команд - макроязык и С++-подобный язык программирования. Модуль RIS осуществляет взаимодействие с СУБД по схеме клиент-сервер. Это позволяет обойтись практически без изучения конкретных СУБД. В качестве СУБД могут использоваться хорошо известные системы ORACLE, INFORMIX, INGRES, SYBASE и др.
Используемые данные: Векторные графические данные в форматах программы MicroStation (dgn-файлы). Этот формат является открытым. Программное обеспечение INTERGRAPH позволяет использовать данные многих типов электронных навигационных приборов и GPS-приемников. Система позволяет читать файлы в форматах DWG и DXF фирмы Autodesk. Имеется конвертор данных между системами INTERGRAPH и MapInfo. Модуль MGE ASCII Loader обеспечивает импорт и экспорт файлов в ASCII-формате. Атрибутивные (тематические) данные. Через модуль RIS осуществляется прямой доступ к базам данных ORACLE, INGRES, SYBASE, INFORMIX, MS SQL SERVER и др. Система позволяет работать с растровыми данными всех распространенных форматов. Географический анализ: Программная среда INTERGRAPH обладает большим набором функций пространственного анализа. Имеются функции вычисления метрических характеристик (площадей, длин, расстояний и т.д.), функции создания топологически структурированных файлов, построения буферных зон, оверлея (overlay), обработки пространственных запросов к базам данных, определения метрических характеристик для результатов пространственных запросов, средства анализа и управления транспортными сетями, инженерными коммуникациями и т.п., функции моделирования и анализа рельефа. По цифровой модели рельефа рассчитываются вторичные модели - дренажной сети, водоразделов, зон видимости. Поддерживаются нерегулярные треугольные модели (TIN) и модели, построенные на регулярной сетке (grid). Модуль ERMA Data Manager ориентирован на решение геологических задач и задач моделирования процессов окружающей среды, включая тепломассоперенос в подземных водах. Картографическая визуализация. Поддерживается обычная послойная настройка визуализации с определением типов штриховки и заливки, прорисовки границ и цветов и т.д. Система имеет богатую библиотеку условных знаков и средств для ее пополнения. Сетевая работа: Ситема поддерживает коммуникационные стандарты: TCP/IP, Token Ring, DecNet и др. При работе в Windows NT и Windows 95 используются сетевые возможности операционных систем. Требования к аппаратным средствам: Система работает в среде MS Windows NT 3.51 и старше, UNIX, Windows 95. Требования к компьютеру: Процессор не ниже 486 (100 МГц), рекомендуется Р-133-233 или Р-II. Модули системы MGE предъявляют следующие требования к памяти компьютера: диск - не менее 1 Гб, RAM - не менее 24 Мб (рекомендуется 32 Мб), видеоадаптер - не ниже SVGA, 2 Мб VideoRAM.
Перспективы развития ГИС корпорации INTERGRAPH: Корпорация с 1992 года ведет разработку новой технологии "Jupiter" - это проект, среда и мировозрение. Проект - это создание технических приложений в среде Windows, функционирующих без традиционного ядра САПР (система автоматизированного проектирования). Среда - расширение возможностей Windows для поддержки сложных технических приложений. Мировоззрение - совокупность методов разработки, маркетинга и сопровождений многокомпонентного программного обеспечения. Суть этого проекта в развитии функциональности среды Windows и превращения ее в платформу, в которую интегрированы не только офисные, но и технические и геоинформационные приложения. Для решения этой задачи создается новый расширенный стандарт описания объектов реального мира в среде Windows - OLE for Disagn and Modeling (OLE4D&M). Это новый механизм интеграции технических и офисных приложений, обменивающихся не только привычными табличными, текстовыми или растровыми данными, но и 2-х и 3-х мерными пространственными моделями. INTERGRAPH расширила протокол OLE для интеграции географической информации (метрической и атрибутивной). Этот протокол получил название OLE для ГИС. Он является фундаментом для создания решений в концепции "открытой ГИС" на основе Windows. Эта работа проводится совместно с корпорацией Oracle.
ARC/INFO ver.7.1.1. для UNIX рабочих станций и АRС/INFO ver.7.1 для WINDOWS NT
Разработка Института исследований систем окружающей среды (Environmental System Research Institute, ESRI, USA). Система универсальна – поддерживает все основные платформы системы. Существует в двух видах: ARC/INFO for UNIX, WINDOWS NT и PC ARC/INFO for DOS, WINDOWS. По функциональным возможностям PC ARC/INFO является подмножеством системы ARC/INFO. Еще один программный продукт этого семейства - DAK, работающий на платформах DOS и WINDOWS - обеспечивает некоторое подмножество функций системы PC ARC/INFO и позволяет вводить и редактировать новую информацию, создавать топологию, выполнять преобразования из проекции в проекцию. ARC/INFO использует векторно-топологическую структуру данных и полностью включает возможности реляционной базы данных; макроязык AML облегчает использование базовых возможностей пакета и позволяет создавать пользовательские приложения; ARC/INFO может работать на большинстве компьютерных платформ; ARC/INFO может работать в локальной сети. В этом режиме возможно одновременное редактирование карт несколькими пользователями (с использованием модуля Arc Storm); в ARC/INFO возможно работать с тематическими внешними СУБД Oracle, Ingres, Informix, DB2, SQL/400 и т.д.; ARC/INFO обладает богатым набором функций пространственного анализа.
Области применения:
- Ведение земельного кадастра, управление землей и недвижимостью;
- Комплексная оценка и управление урбанизированными территориями;
- Управление транспортными потоками, планирование и оптимизация перевозок;
- Управление природными ресурсами (лесными, водными, недрами);
- Экологический мониторинг, оценка и прогнозирование состояния окружающей среды;
- Высококачественная картография как топографическая, так и тематическая;
- Маркетинговые исследования, планирование инвестиций.
Структура:
ARC/INFO состоит из базового комплекта программ и модулей расширения. Базовый комплект - это полнофункциональная геоинформационная система для работы с пространственной информацией. Он поддерживает все операции по созданию и использованию геоинформационной системы, т.е. ввод информации, ее редактирование, организацию пространственных запросов и анализ информации, а также создание качественной картографической продукции.
Базовый комплект объединяет подсистемы:
STARTER KIT - интерфейсный модуль, обеспечивающий управление работой системы и вызов других подсистем;
ARCTOOLS - усовершенствованный графический пользовательский интерфейс;
ARCPLOT - подсистема визуализации и графического вывода на внешние устройства;
ARCEDIT - подсистема ввода и редактирования пространственных данных;
DATA CONVERSION - подсистема, обеспечивающая преобразование пространственных данных из проекции в проекцию.
Модули расширения включают:
ARC/INFO TIN - модуль моделирования поверхностей для анализа и отображения непрерывных пространственных явлений (уровень электромагнитного или шумового загрязнения, рельеф, температурное поле и т.п.). Основа модуля - нерегулярная триангуляционная сеть (TIN). В этом модуле сосредоточены все функции моделирования топографических поверхностей. Модель поверхности может быть построена как в виде триангуляционной сети, так и в виде регулярной системы значений. В системе используется триангуляция Делоне и большой набор алгоритмов построения изолиний. Есть возможность задавать особые линии и разрывы в интерполируемой поверхности (обрывы, овраги, береговые утесы и т.д.). С использованием построенных поверхностей можно выполнять картометрические определения и построение производных карт и графиков: уклонов, экспозиций склонов, солнечной освещенности и т.п.
ARC/INFO COGO - модуль интегрирования данных геодезических измерений и вычислений. Он позволяет не только хранить всю информацию, полученную в результате геодезической и топографической съемки местности, но и выполнять необходимые вычисления (прямые и обратные задачи, прямые и обратные засечки, определение точек касания, восстановление перпендикуляров, обработка теодолитных ходов, подготовка выходных документов и т.д.).
ARC/INFO GRID - модуль анализа растровых данных. В этом модуле имеется специальный язык моделирования и манипулирования регулярными данными. Этот модуль применяется в области гидрологического и геологического анализа, многомерного анализа пространственных данных. В этом модуле сосредоточены функции растрового моделирования. Они включают выделение водосборов и дренажной сети, определение порядков водотоков и решение задач фильтрации, расчеты извилистости и кривизны склонов, анализ видимости, определение оптимальных путей в стоимостном пространстве с учетом горизонтальных и вертикальных затрат, направления улиц. Модуль содержит функции многомерного статистического анализа, дискриминантного и кластерного анализа, которые позволяют выполнять комплексную оценку территорий.
ARC/INFO NETWORK - модуль для работы с сетями топологически связанных объектов (энергетические сети, трубопроводы и т.д.). Этот модуль содержит также функции геокодирования, т.е. привязки адресных или других географически соотнесенных с их пространственным положением данных. Среди функций, реализованных в этом модуле, можно отметить функции поиска оптимальных маршрутов, районирования с использованием элементов сети в качестве границ районов, выбора частных сетей из более крупной сети в соответствии с заданными критериями, объединения нескольких сетей в одну сеть, решения задачи транспортной доступности с учетом параметров сети и т.д.
ARCSCAN - обеспечивает ввод картографических данных со сканеров. Этот модуль позволяет выполнить предварительную обработку растровых изображений.
СУБД ARCSTORM UNIX - позволяет обеспечить целостность как метрических, так и тематических баз данных в многопользовательском режиме работы.
ARC Express - повышает скорость визуализации векторных данных на рабочих станциях в среде Windows.
ARCPress - обеспечивает быструю и качественную распечатку растровых и растрово-векторных изображений на растровых устройствах вывода типа струйных и электростатических плоттеров. Этот модуль позволяет осуществлять вывод изображений на периферийные устройства в автономном режиме, т.е. является программным растеризатором (RIP).
S-PLUS - позволяет при работе использовать мощные программные средства. Это самостоятельный программный продукт, который обеспечивает пересылку статистической информации в/из ARC/INFO.
Используемые данные:
Графические: Векторные графические данные в форматах программных продуктов ESRI. Система поддерживает также стандарты обмена данными DLG, TIGER, DIME, SIF, PostScript, CGM, IGES, DXF, DIF, IGDS, DEM, DTM, VPF, DFAD, AMS, SLF, ADS и др. Система поддерживает работу с растровыми графическими данными в форматах ERDAS, TIFF. В модуле IMAGE INTEGRATOR и модуле GRID поддерживаются дополнительные растровые форматы: DTEP, ADRG, MOSS, NTIF, ERDAS8.0, BSQ.
Тематические: Прямой доступ к базам данных dBASE III и dBASE IV, ASCII с разделителями, ORACLE, INGRES, SYBASE, INFORMIX, ACCESS и др. Для работы с удаленными графическим базами данных следует использовать модуль SDE.
К объектам карты можно привязывать графики, текстовые аннотации, растровые образы.
Географический анализ: ARC/INFO - это система пространственного анализа, поэтомуона обладает большим набором функций пространственного анализа. Все функции анализа распределены между несколькими модулями ARC/INFO. В ядре системы имеются функции построения топологии и пространственного оверлея.
Картографическая визуализация: Поддерживается обычная послойная настройка визуализации с определением типов штриховки, типов прорисовки границ и цветов.
Модуль ARCEDIT позволяет осуществлять прямое редактирование регионов и полигонов, автоматическое и интерактивное построение топологии, редактирование групп объектов за одну операцию. Имются все типовые функции модификации базы данных. Весь графический интерфейс реализован на макроязыке ARC/INFO AML. Пользователь, используя предоставленную ему библиотеку исходных текстов реализации этого интерфейса, может преобразовать его в соответствии с собственными потребностями. Из языка AML можно получить доступ ко всем функциям системы. Макроязык ARC/INFO AML может быть использован для написания собственных приложений и включения их выполнения в общий интерфейс ARC/INFO.
Документирование работы: Система позволяет создавать различные отчетные документы, содержащие текст, таблицы, графики и карты. Сиситема имеет разнообразные средства для подготовки выходного картографического документа: построение линейного масштаба, рамки и зарамочного оформления, легенды. Поддерживаются различные форматы вывода, включая PostScript, CGM, драйверы Windows. Осуществляется поддержка технологических стандартов графики для графической периферии Hewlett Packard и др. Система ARC/INFO позволяет осуществить полную подготовку карт к печати, включая процедуры цветоделения.
Работа с внешними БД осуществляется непосредственно из ARC/INFO в обычном или сетевом варианте. Работа с удаленными пространственными базами данных может осуществляться через дополнительный модуль SDE.
Система работает в сети. Для обеспечения этой работы достаточно иметь хотя бы один компьютер, который работает в опер. Системе UNIX или Windоws NT.
Требования к аппаратным средствам:
Система работает в среде MS Windows NT 3.51 и старше, UNIX. Требования к РС: Процессор 486 и выше, рекомендуется Р-133 и выше. На HDD - не менее 900 Мб (рекомендуется диск 1-2 Гб), RAM - не менее 32 Мб, видеоадаптер - не ниже SVGA, рекомендуется не менее 2 Мб VideoRAM. Версия для UNIX может работать на большинстве компьютерных платформ: Data General, DEC VAX VAXstation, DEC Alpha AXP, Hewlett-Packard Apollo 9000/800, IBM RISC System/6000, NEC, Silicon Graphics, SUN SPARCstations (SUNOS-Solaris 2).
Перспективные разработки фирмы ESRI:
Фирма ESRI разработала новый программный продукт MapObjects, который позволяет пользователю создавать собственные ГИС-приложения. MapObjects основан на стандарте OLE-2.0 и включает более 30 программных OLE-объектов. Для написания приложений с использованием MapObjects можно использовать различные средства "визуального программирования", такие как Visual Basic, Delphi и т.п. В приложениях, созданных в MapObjects можно: - выполнять изменения масштаба визуализации; - использовать реляционные базы данных и организовывать SQL-запросы; - работать с растровой информацией и данными GPS съемки и т.п. Другой новый программный продукт SDE - это новая технология управления крупными базами пространственных данных, включающими информацию по миллионам объектов (например, земельных участков) для работы в стандартной среде ГИС в режиме клиент-сервер. SDE через интерфейсы API, взаимодействует с ARC/INFO, ArcView, ArcCAD, MapObjects, Java и т.п., с другой стороны SDE взаимодействует с реляционными базами данных, используя средства управления ими. Таким образом, конечный пользователь, работая с различными, в том числе и удаленными, базами данных, напрямую с ними не оперирует, а пользуется услугами посредника - SDE. Управление процедурой накопления пространственной и атрибутивной информации в реляционных базах данных также входит в компетенцию SDE и проводится при работе с ее интерфейсом. Таким образом SDE имеет две составляющие: быстрый пространственный сервер, использующий стандартную технологию реляционных баз данных, и прикладной программный интерфейс со средствами пространственного запроса. Технология SDE предоставляет возможности оперирования географическими данными, проведения их пространственного анализа, рассылки данных и результатов анализа по сети, введения функций анализа и запроса в любые приложения. Работать с базой данных одновременно могут много пользователей как ГИС, так и других приложений. Следовательно SDE - это инструмент доступа к географической информации на программном уровне.
Классические ГИС настольного типа
Ориентированы на PC. В них ограничены средства ввода и вывода информации, слабы по сравнению с профессиональными системами возможности анализа данных. Часто с их помощью организуются более массовые рабочие места в больших ГИС-проектах, где ГИС строится как многоуровенная система. Такой способ использования настольных ГИС особенно характерен для ArcView и MapInfo.
ATLAS GIS 3.03
Разработан компанией Strategic Mapping Inc.,(США). Однако в связи с финансовыми трудностями с лета 1996 г. все права на этот программный продукт перешли к фирме ESRI.
Основные возможности:
- Визуализация статистической информации и подготовка к печати тематических карт;
- Разнообразный и универсальный аналитический аппарат;
- Мощный язык построения запросов;
- Построение карт точечных данных по DBF файлам, содержащим координаты объектов;
- Поддержка дигитайзерного ввода;
- Наличие графического редактора элементов оформления тематических карт.
Структура: Atlas GIS 3.03- состоит из главного модуля и нескольких вспомогательных программ. Базовый модуль носит название Atlas GIS, дополнительные программы - Atlas Import/Export (позволяет конвертировать файлы из/в форматов DXF, E00, MIF), Atlas Apps - позволяет наносить на карты диаграммы различных видов с автоматическим построением легенды), Atlas SDK (средство разработчика для создания приложений в среде Atlas GIS 3.03);
Используются графические данные в формате Atlas GIS 3.03 или через конвертацию из форматов DXF, E00, MIF, а также растровые графические данные различных форматов с использованием модуля Atlas Apps. К каждому слою может быть привязан один DBF-файл с тематическими данными. Кроме того могут быть использованы данные в форматах XLS, WKS, CVS и текстовом. Atlas GIS 3.03 имеет следующие функции пространственного анализа: - построение буферных зон; - полигональные операции (объединение и разбиение); - генерализация (удаление части вершин в соответствии с выбранными параметрами генерализации). Картографическая визуализация: Поддерживается обычная послойная визуализация с определением типов штриховки, типов прорисовки границ и цветов. Как слоям, так и надписям можно задавать масштабы видимости. Тематическую нагрузку можно показывать методом картограмм, картодиаграмм, линейных знаков, значковым, точечным. Однако на одном слое может быть построена только одна тематическая карта по одной или двум переменным. Система имеет разнообразные средства для подготовки выходного картоматериала. Построение линейного масштаба, рамки и зарамочного оформления, легенды. При печати возможна автоматическая разбивка на страницы маленького формата. Система позволяет компоновать до 4 карт на странице, оформляя часть из них как карты-врезки. Доступ к внешним СУБД поддерживается стандартными средствами операционной системы. Взаимодействие с другими приложениями возможно только через средства разработки приложений (Visual Basic, Visual C, а также модуль Atlas SDK). Требования к аппаратным средствам довольно скромные: процессор - 386/486, RAM - от 2 Мб (желательно 16), среда - Windows 3.1 и выше.
АRCVIEW 3.0 GIS
Является программным продуктом фирмы ESRI (США).
Основные возможности:
- Графическое редактирование данных во внутреннем формате;
- Адресное геокодирование;
- Обеспечение доступа к разным типам данных из единой среды;
- Улучшенный географический анализ;
- Редактирование тематических баз данных;
- Модификация системы и встраивание пользовательских приложений с использованием языка Avenue;
- Широкие функции создания твердых копий, включая вывод в форматах PostScript и CGM;
- Взаимодействие с различными приложениями через коммуникационные протоколы (например, RPC);
- Разнообразные средства картографической визуализации;
- Поддержка архитектуры клиент-сервер (ArcView 3.0 может быть клиентом ARC/INFO 7 и SDE).
MICROSTATION GEOGRAPHICS
Разработана фирмой Bentley.
Основные возможности:
- Мощное средство, интегрируемое с MicrоStation 95 и сочетающее разнообразные графические возможности с поддержкой баз данных, манипуляцией растровыми изображениями, а также имеющее разнообразные средства пространственного анализа;
- Geographics поддерживает усовершенствованную модель пространственных данных, где один и тот же графический элемент может быть связан с несколькими «свойствами» – составными объектами, обозначающими какой-либо картографируемый объект местности (например, речку), а сами «свойства» имеют 3 характеристики, описывающие типы графических элементов (точка, линия, полигон), из которых они могут состоять. В свою очередь «свойства» группируются в «категории» – аналог цифрового слоя;
- Система поддерживает взаимодействие со всеми основными базами данных (просмотр, запросы, редактирование) и поддерживает SQL;
- Geographics включает в себя средство поддержки работы с растровыми изображениями большого размера, редактирования векторных данных, используя несколько растровых изображений в качестве фона;
- Система позволяет осуществлять взаимодействие с другими программами через стандарты OLE и DDE. DGN – проект полностью совместим с Modular GIS Environment фирмы Intergraph;
- Можно модифицировать систему и включить пользовательские блоки с помощью языков MicroStation Basic и MicroStation Development Language (MDL);
- Включен интерфейс управления библиотекой карт, позволяющий в частности работать с ключевой картой (Key Map) всей территории, моделируемой в проекте, или картой индексов, вызывая нажатием кнопки мыши карту нижнего уровня (вложенную карту).
GEOGRAPH/GEОDRAW
Разработка ЦГИ ИГ РАН (Москва).
Основные возможности:
- Создавать электронные карты или атласы как композиции кртографических слоев и связанных с ними тематических данных;
- Управлять таблицами тематических данных (создавать, редактировать, менять структуру, связывать с картографическими слоями);
- Осуществлять поиск и выбор объектов на карте или в таблице на основании различных критериев с использованием простых QBE-запросов и с помощью пространственных запросов к нескольким слоям;
- Выполнять вычисления значений полей в базах данных;
- Выводить твердые копии композиций карт на принтеры, имеющие драйверы в системе WINDOWS;
- Разнообразные средства визуализации информации с помощью тематических карт;
- Выполнять динамический оверлей слоев;
- Выполнять включение пользовательских задач путем модификации системы с использованием библиотек (геоструктур), описывающих ядро системы на языках программирования Visual Basic, Delphi, Visual C.
MAPINFO 3.0-4.0
Разработана фирмой MapInfo Corp.
Основные возможности:
- Работа с векторными данными и связанной с ними тематической информацией;
- Использование открытой и гибкой структуры обменного формата для передачи информации из других систем, наличие возможности использования формата DBF;
- Прямой доступ к данным в форматах DBF, Excel, Access, Lotus 1-2-3, текстовом;
- Возможности редактирования картографической информации, в том числе с использованием растра в качестве подложки;
- Гибкие средства работы с таблицами тематической информации, позволяющие редактировать, создавать изменять структуру, выполнять связывание баз данных, осуществлять поиск и выбор объектов на карте или в таблице на основании различных критериев, включая SQL-запросы и функции пространственного анализа, выполнять вычисления значений полей в базах данных;
- Разнообразные средства визуализации информации с помощью создания тематических карт;
- Наличие специальных функций геокодирования, т.е. привязки пространственных объектов по адресам либо другой информации;
- Возможность вывода твердых копий композиций карт, текста и графиков на принтеры, имеющие драйверы под WINDOWS;
- Возможность изменения самой системы и включения в нее прикладных пользовательских задач с помощью языка MapBasic;
- Возможность работы с удаленными базами данных (Oracle, Sybase, Informix, DB2, и др.) без выхода из среды MapInfo.
SINTEKS/TRI
Систем разработана НТФ Трисофт (Москва).
Основные возможности:
- Ввод картографической информации с помощью дигитайзера, мыши, импорта файлов из других систем, векторизации растровых изображений;
- Управление картографической и тематической базами данных (формирование архитектуры баз данных, обеспечение связи между картографическими объектами и записями тематических баз данных, обновление данных, поиск и т.д.);
- Работа с векторной и растровой графической информацией;
- Проекционные преобразования картографической информации в большое число картографических проекций;
- Коррекция векторной и растровой информации по опорным точкам;
- Оверлейные операции над графическими объектами: пересечение, объединение, исключение;
- Операции пространственного отбора по критериям соседства и близости;
- Построение и анализ поверхностей и их морфологических характеристик по регулярной сети данных;
- Генерация отчетных форм, включая создание монохромных и цветных карт, зарамочное оформление, монтаж врезок других масштабов, пояснительных текстов, графических элементов и т.п.;
- Вывод графической и текстовой информации на принтеры, плоттеры;
- Обмен информацией с другими СУБД, ГИС и САПР путем конвертирования данных из (в) форматов DXF, FIM, PC Arc/Info, ASCII, DBF;
- Наличие внутрисистемного языка SINTEKS C;
- Взаимодействие с другими программами средствами OLE, DDE и файлового обмена.
WINGIS
Разработчик – фирма PROGIS W.H.M. (Австрия).
Основные возможности:
- Создание электронных карт любой сложности;
- Обеспечивает обмен с графическим форматами других ГИС и различными СУБД;
- Наличие SQL языка запросов при работе с таблицами;
- Работа с векторной, растровой и текстовой информацией на одном слое;
- Поддержка дигитайзерного ввода и векторизации растра;
- Наличие деловой графики;
- Подключение мультимедиа к любому графическому объекту;
- Наличие современного генератора отчетов;
- Поддержка архитектуры клиент-сервер;
- Наличие DDE, OLE, что дает возможность пользователям создавать свои приложения.
Организация работы с ГИС
С ГИС работают много людей, имеющих различные специальности и квалификацию. Поэтому возникает проблема – как уберечь данные, хранящиеся в системе, и само программное обеспечение от намеренного или случайного уничтожения или порчи, шпионажа. ГИС являются уникальными программными продуктами, создаются поштучно и работают с дорогостоящей информацией, поэтому все ГИС-продукты имеют средства защиты двух видов: собственно средства ГИС и те возможности, которые они имеют при использовании сетевого программного обеспечения.
организация работы в сети
При работе в сети пользователи разделяются на группы, имеющие различные полномочия доступа к информации. Процесс разделения выполняет системный администратор. Если система имеет только одного пользователя, он сам выполняет администраторские функции, к которым относятся: конфигурирование системы, инсталлирование программного обеспечения, добавление пользователей в систему и организация уровней доступа, обеспечение и поддержка безопасности, обеспечение резервного копирования, добавление аппаратуры в систему, надзор за работой в сети.
инсталирование и конфигурирование системы
Данные функции выполняются либо системным администратором по рекомендациям, содержащимся в документации, сопровождающей ГИС, либо представителем фирмы. Сетевая конфигурация рабочей станции может включать, например: станцию цифрования, станцию редактирования и обработки данных, станцию файл-сервера, фотограмметрическую аналитическую станцию. Если организация растет, системному администратору приходится добавлять в сеть новые рабочие места и подключать аппаратуру.
организация уровней доступа и добавление пользователей в систему
Специалисты, имеющие различные специальности и квалификации и работающие с ГИС, имеют доступ к различным ресурсам системы. Например, некоторые пользователи обладают полномочиями "только для чтения", которые позволяют только просматривать информацию, но не дают возможности изменять ее. Часто такие возможности имеют независимо и самостоятельно продаваемые программные средства - так наз. Вьюеры. Вьюеры - это программные продукты, имеющие набор баз данных на определенную тему, средства их просмотра, визуализации и, может быть, некоторые возможности анализа. Эти программные продукты, как правило, имеют низкую стоимость и короткий жизненный цикл. Наибольшими возможностями обладает сам системный администратор, который имеет доступ ко всей информации; он назначает полномочия всех остальных пользователей и может переконфигурировать систему. Значительные полномочия имеют также аналитики. Аналитиками называют пользователей, которые осуществляют анализ информации, создают модели и отчеты, принимают решения. Им необходимо иметь доступ ко всем видам информации - атрибутивной и графической. Часть пользователей - операторов вводят в систему новую информацию или корректируют старую. Некоторые из них занимаются цифрованием и не имеют совсем или имеют ограниченный доступ к атрибутивной (тематической) информации. Удобнее всего цифрование осуществлять на специальных рабочих местах или станциях. Другие операторы занимаются вводом атрибутивной информации и не имеют полного доступа к ее графической части. В особую группу пользователей выделяются программисты, создающие приложения для ГИС. Они решают следующие задачи: создание приложений, добавление функций, модификацию приложений, создание интерфейса. Такие специалисты получают доступ к средствам создания приложений, им также разрешено редактировать приложения, написанные ранее, модифицировать и добавлять необходимые функции в систему.
надзор за ежедневным созданием резервных копий
Резервные копии крайне необходимы, поскольку информация на дисках может быть случайно стерта, потеряна, сами носители могут оказаться некачественными, может выйти из строя аппаратура. Во всех этих случаях резервное копирование если не полностью решит проблему с потерянной информацией, то позволит свести такие неприятности к минимуму. Для решения задачи внесения правильной, непротиворечивой информации в базы данных принимается целый комплекс мер, который включает в себя, например, использование программных средств работы с базами данных, которые имеют функции, позволяющие проверять каждое обращение к информации и запрашивать подтверждение на ее изменение или уничтожение. Другие группы функций проверяют соответствие типов информации маскам полей базы данных, следят за уничтожением дублирующейся информации и т.п. Целью этой работы является поддержание базы данных в рабочем состоянии и наполнение ее непротиворечивой, достоверной и современной информацией.
организация защиты информации
В особую группу нужно выделить средства защиты информации. По данным Computer Security Institute (США) основными причинами нарушения защиты информации являются: несанкционированный доступ извне – 2%, проникновение вирусов – 3%, технические сбои и отказ аппаратуры – 20%, целенаправленные действия служащих – 20%, ошибки персонала и пользователей, связанные с недостаточным уровнем их квалификации – 55%. Меры защиты информации можно условно разделить на три большие группы:
- Запрещение несанкционированного внешнего доступа к работающему компьютеру;
- Запрещение несанкционированного внутреннего доступа к отдельным файлам работающего компьютера, возникающего в результате случайного или намеренного просмотра недобросовестными служащими или посторонними;
- Защита активных и архивных файлов в моменты сбоя или выключения оборудования.
Максимальный уровень безопасности против всякого "подглядывания" обеспечивается запрещением несанкционированного доступа к компьютеру. В системах, работающих с удаленным пользователем, проблема состоит в том, чтобы получить доказательства, что он именно тот, за кого себя выдает. Это или вариации на тему парольной защиты, или различные биометрические приемы, используемые в системах, обладающих особо важной информацией - правительственных, военных, банковских. Для удаленных пользователей сейчас наиболее распространены системы "обратного вызова". Эти устройства при первом доступе к ним внешнего пользователя не дают контакта с вызываемым компьютером, а требуют назвать пароль или еще каким-либо образом идентифицировать себя. Если пароль назван правильно или идентификация пользователя успешна, система начинает работать с ним. Несмотря на все преимущества парольного подхода, он не лишен недостатков, связанных с особенностями человеческой психики, поэтому фирмы пытаются найти другие способы идентификации пользователя, не связанные с указанием пароля. Существуют аппаратурно-программные системы, проверяющие самые разные биометрические характеристики (подпись, папиллярные линии на пальце, манеру работы на компьютере и т.п.). Хотя такая сложная защита в ГИС не применяется, однако информация, имеющаяся в некоторых из них, все же нуждается в охране, поэтому они используют парольную защиту, особенно при работе в сети, поскольку в ней происходит совместное использование ресурсов. В зависимости от вида используемого сетевого обеспечения применяются различные наборы методов защиты. Например:
- Доступ к сети осуществляется на основе полномочий пользователя, присваемых администратором сети. Существуют четыре уровня контроля доступа: пароли и атрибуты файлов, каталогов, права. На уровне каждого каталога могут быть наложены дополнительные ограничения.
- Пароли шифруются. Шифр передается от рабочей станции к серверу, чтобы исключить рассекречивание пароля в результате несанкционированного подключения к кабелю. На сервере пароли хранятся в зашифрованном виде.
- В учетную информацию пользователя могут быть введены ограничения на время работы и использования ресурсов.
- Администратор системы может ограничить объем дисковой памяти, доступной пользователю
- Через определенное время учетная информация пользователя проверяется на предмет того, разрешено ли ему подключение в данный момент времени, не истекло ли допустимое время работы, не превышены ли права при использовании ресурсов и не исчерпаны ли стоимостные лимиты времени.
Учет использования ресурсов позволяет администратору сети устанавливать размер оплаты, взимаемой с пользователей за время соединения, количество информации, прочитанной или записанной на диск, объем использованной дисковой информации или количество запросов, сделанных рабочей станцией. Расценки могут меняться в зависимости от времени суток или дня недели. Администратор может определять размер кредитов и сделать так, чтобы система периодически проверяла остатки средств на счетах пользователя, и предоставляла возможность его отключения при превышении размера кредита. Большинство систем защиты обладает тем недостатком, что не отслеживают непрерывно во время работы неизменность характеристик пользователя и поэтому допускают в принципе временную "подмену" пользователя без какой-либо реакции со стороны системы. Конечно, определенные меры, затрудняющие подмену, принимаются: пользователь может "запереть" компьютер, отлучаясь ненадолго, для "отпирания" нужно знать специальный пароль; после определенного перерыва в работе пользователь автоматически отключается от системы и для подключения ему нужно сновапредъявить свои полномочия защиты. К сожалению, полностью от подмены не застрахованы даже системы, требующие непременного наличия в контрольном устройстве "карты безопасности", которая периодически проверяется в процессе работы. В ГИС роль такой "карты" исполняет так называемый аппаратный ключ - специальное устройство, которое обычно устанавливается на параллельный порт. Без такого ключа ГИС не начнет работу. Ключи поставляются производителем системы в количестве, оговоренном при покупке. Конечно, можно подделать и аппаратный ключ, однако затраты на это могут быть сопоставимы с ценой полной системы, кроме того, пользователь, имеющий нелегальную копию, лишается документации, без которой освоение такой сложной системы как ГИС чрезвычайно затруднено, а также технической поддержки со стороны фирмы, особенно нужной при освоении системы. Пользователь также лишается возможности распространять созданные им базы данных, так как не может объяснить, на каком программном продукте они были созданы. Сейчас начали применяться более прогрессивные средства безопасности. Современный вариант "карт безопасности" по своему исполнению напоминает кредитные карты. На них на магнитном носителе с помощью специальной аппаратуры, которая имеется только в распоряжении администраторов системы, делается запись о пользователе (его имя, пароль) и описываются все полномочия, которые он получает при входе в систему. В частности, на карте записано, сколько раз пользователь может пытаться указать пароль при входе. Таким образом, случайная потеря карты безопасности или ее кража не позволят злоумышленнику получить доступ к компьютеру: если имя хозяина еще можно узнать, не привлекая внимания, то пароль ему не известен. Только сознательная передача карты безопасности кому-то с одновременным разглашением пароля может открыть доступ к компьютеру постороннему лицу. Администратор системы создает карту безопасности для легальных пользователей. На этой карте помимо личной информации описывается профиль пользователя. В него включаются характеристики компьютера: экрана, количество и типы дисков; определяется, какие из локальных устройств (FDD, HDD, COM и LPT-порты) доступны этому пользователю, с каких локальных или сетевых устройств он может загружаться. Предусмотрена и трансляция паролей: тот пароль, который назначается пользователю, как правило, легко запоминающийся, вовсе не тот, с которым работает система (используется еще один, внутренний пароль).
защита от компьютерных вирусов
К концу 1996 г. количество компьютерных вирусов достигло 9 тыс. Появились вирусы, которые попадают через Internet и электронную почту. Современные вирусы передаются с документами Word, которые активно используются во многих ГИС. Специальными мерами защиты от вирусов ГИС не обладают. Здесь особенно важна дисциплина пользователей, комплекс скучных, но совершенно необходимых мер безопасности: пользование только проверенными дискетами, запрещение допуска к компьютеру посторонних лиц и т.п. Ограничение на использование определенных ресурсов системы полезны с точки зрения защиты от вирусов, поскольку ограничивают возможностьили даже отсекают некоторые пути их получения и распространения. Повышенный уровень "тревоги" системы очень полезен с антивирусной точки зрения: любые неполадки и странности в работе компьютеров немедленно должны доводиться до сведения администрации и специалистов - это резко уменьшает размеры ущерба от проникновения вирусов. К сожалению, нужно отметить тот факт, что, несмотря на все выгоды применения защищенного программного обеспечения, оно более подвержено ошибкам, чем незащищенное, т.к. защита пытается преодолеть или обойти обычные способы обращения к дискам, памяти и т.д. Наиболее вероятно, что любое небольшое изменение в аппаратных средствах или рабочих условиях может повлиять на защищенное аппаратное обеспечение. Программа должна различать санкционированное действие от несанкционированного, что удается ей далеко не всегда, поскольку такие мелочи, как реальная ошибка, вызванная, например, частичкой грязи, может быть неверно интерпретирована программными средствами. Кроме того, производители массовых программных средств могут выполнять заказ одного конкретного пользователя только по очень высоким ценам. Поэтому многие пользователи хотели бы модернизировать и приспособить свое программное обеспечение к своим нуждам, но не могут этого сделать, поскольку им мешает защита. Эта ситуация особенно остра в тех случаях, когда программное обеспечение нуждается в поддержке, а фирмы-изготовителя больше не существует. Можно ожидать дальнейшего развития средств защиты. Однако, негативные факторы, связанные с ней, привели ктому, что ряд крупных разработчиков программного обеспечения отказались от защиты своей продукции частично или в целом. Среди них такие известные фирмы, как Living Videonext, Borland International, MicroPro, Microsoft, Apple Computer и др. Управляющий директор отделения Microsoft в Великобритании, М-р Фрейзер заявил, что фирма Microsoft отказывается от защиты, которая ограничиваетприменение программного продукта. Экономический эффект от продажи продукции в Великобритании и США оправдал их ожидания. Они связывают этот рост с продажей незащищенных продуктов. Покупатели программных средств могут отказаться от покупки, если защита от копирования убыточна для пользователя. Ввиду уникальности ГИС в них вряд ли произойдет отказ как от защиты от несанкционированного копирования, так и от несанкционированного доступа. Безопасность информации, используемой такими системами как муниципальные, кадастровые и др., должна все время повышаться.
Применение ГИС
Сфера применения ГИС чрезвычайно широка и разнообразна. Это география, геология, нефте- и газодобыча, навигация, транспорт, экология, военное депо, экономика, чрезвычайные ситуации, государственное и муниципальное управление, обработка данных дистанционного зондирования Земли и многие другие отрасли производственной деятельности. В большинстве из этих областей методология ГИС переплетается с методологиями соответствующих наук, в результате чего появляются специализированные компоненты программного обеспечения ГИС, ориентированные на использование исключительно в соответствующих предметных областях. Большинство перечисленных направлений применения ГИС являются предметом отдельного изучения и заслуживают достаточно глубокого рассмотрения. Ниже приведен лишь небольшой обзор, не претендующий на полноту и позволяющий получить общее представление о применении ГИС для решения задач на производственных предприятиях и в органах управления территориями.
Экология и ГИС
В ходе экологического наблюдения (мониторинга) осуществляют сбор и совместную обработку данных, относящихся к различным природным средам, моделирование и анализ экологических процессов и тенденций их развития, а также использование данных при принятии решений по управлению качеством окружающей среды. Результат экологического исследования, как правило, представляет оперативные данные трех типов: констатирующие (измеренные параметры состояния экологической обстановки в момент обследования), оценочные (результаты обработки измерений и получение на этой основе оценок экологической ситуации), прогнозные (прогнозирующие развитие обстановки на заданный период времени). Из этого следует, что в экологических ГИС применяются в первую очередь динамические модели. В силу этого большую роль в них играют технологии создания электронных карт. Совокупность всех перечисленных трех типов данных составляет основу экологического мониторинга. Особенностью представления данных в системах экологического мониторинга является то, что на экологических картах в большей степени представлены ареальные объекты, чем линейные. Относительно цифрового моделирования принципиальным следует считать использование цифровых моделей типа цифровая модель явления, поле и т.п. На уровне сбора данных наряду с топографическими характеристиками дополнительно определяются параметры, характеризующие экологическую обстановку. Это увеличивает объем атрибутивных данных в экологических ГИС по сравнению с типовыми ГИС. Соответственно возрастает роль семантического моделирования (т.е. модель искусственного интеллекта). На уровне моделирования используют специальные методы расчета параметров, характеризующих экологическое состояние среды и определяющих форму представления цифровых карт. На уровне представления при экологических исследованиях осуществляют выдачу не одной, а как правило, серии карт, особенно при прогнозировании явлений. В некоторых случаях карты выдаются с применением методов динамической визуализации, что довольно часто можно наблюдать при метеопрогнозах, показываемых по ТВ.
В качестве примера рассмотрим систему экологического мониторинга, создаваемую для Москвы1. Объектами мониторинга Москвы являются: атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почва, зеленые насаждения, радиационная обстановка, среда обитания и состояние здоровья населения. Большое число организаций (федеральных, муниципальных, ведомственных) в городе занимаются независимо друг от друга сбором данных о состоянии параметров объектов окружающей среды. Производится контроль состава атмосферного воздуха, количество выбросов промышленных предприятий и автотранспорта, качество поверхностных и подземных вод и т.д. Эти работы выполняют различные организации - от ГАИ до санэпидемстанций. Недостатки существующего порядка сбора экологических данных - разрозненность и бессистемность, разобщенность городских природоохранных организаций и отсутствие комплексных оценок и прогнозов развития экологической обстановки. Главная задача городского экомониторинга - получение комплексной оценки экологической ситуации в городе на базе интеграции всех видов данных, поступающих от различных организаций. Интеграционной основой множества данных, естественно, является карта. Следовательно, решение задач экомониторинга города неизбежно приводит к созданию и применению ГИС. Для этого объединяют существующие сети различных измерений и специализированные мониторинги природоохранных служб. Создание системы основано на внедрении современных средств контроля на базе единого информационного пространства. Структура системы экомониторинга Москвы включает два уровня. Нижний уровень системы включает:
- Федеральные, городские и ведомственные подсистемы специализированных мониторингов (мониторинг атмосферы, поверхностых вод, здоровья населения, радиологический мониторинг, мониторинг санитарной очистки территории города, мониторинг недр и подземных вод, почв, зеленых насаждений, акустический мониторинг, градостроительный мониторинг);
- Территориальные центры сбора и обработки данных, созданные на базе территориальных отделений Москомприроды.
Эти подсистемы обеспечивают сбор полной и по возможности качественной информации о состоянии окружающей среды на всей территории города. В локальных центрах проводятся также анализ информации и ее отбор для передачи на верхний уровень. Территориальные центры обеспечивают сбор информации по источникам антропогенного загрязнения на территории административных округов и используют данные территориальных подразделений федеральных служб и городских хозяйственных организаций. Верхний уровень системы экомониторинга составляет информационно-аналитический центр. В задачи верхнего уровня системы входят:
- Оперативная оценка экологической ситуации в городе;
- Расчет интегральных оценок экологической ситуации;
- Прогноз развития экологической обстановки;
- Подготовка проектов управляющих воздействий и оценка последствий принимаемых решений.
Очевидно, что информационная система экомониторинга Москвы имеет ярко выраженный распределенный характер. Поэтому она строится на основе распределенной информационной сети. Для эффективного использования накапливаемых данных необходима комплексная обработка и совершенные методы моделирования и представления данных. ГИСы являются оптимальным средством для представления и анализа пространственно-распределенных экологических данных. Подсистема специализированных мониторингов охватывает ряд организаций (Москомзем, НПО "Радон", НииПИ Генплана), имеющих инструментальные пакеты ГИС. Другие организации (Мослесопарк, МГЦСЭН) подобного программного обеспечения не имеют. Интеграция данных в единую систему происходит двумя путями:
- На основе конвертирования форматов данных в единый для всей системы формат;
- На основе выбора единого программного обеспечения ГИС.
Для обеспечения системы экомониторинга крупных и средних городов АО "Прима" разрабатывается единый программный комплекс, который обеспечивая решение задач территориальных отделений Москомприроды, выполняет следующие функции:
- Формирование и ведение баз экологической информации по территориям, предприятиям, средам (воздух, вода, почва и т.д.);
- Ведение базы данных нормативно-законодательных документов в области экологии;
- Ведение базы данных нормативов содержания загрязняющих веществ в воздухе, воде, почве и продуктах питания;
- Ведение базы данных приборов экологического контроля.
Кроме ведения баз данных предусмотрены работы по моделированию и получению тематических карт. В частности, в системе производятся следующие виды расчетов: расчет платежей за использование природных ресурсов и расчет полей концентрации загрязняющих веществ в атмосфере, воде, почве. Система экологического мониторинга предусматривает обмен данными между его участниками. Поэтому одним из главных требований, предъявляемых к программному обеспечению всех подсистем, является возможность конвертирования файлов данных в стандартные форматы (DBF для файлов баз данных и DXF - для графических файлов). При создании системы экомониторинга Москвы использовалась единая система координат для всех подразделений экомониторинга. Все геоинформационные (включая экологические) данные должны иметь единую координатную привязку, и тогда при обмене информацией в цифровом виде не возникает никаких проблем. Масштабы карт, на которых работают разные подсистемы экомониторинга, могут быть различными: от 1:2000 для территориальных отделений Москомприроды до 1:40000 - для верхнего уровня системы.