2015-02-04
1002
Из самого названия следует, что геоинформационная система (ГИС) - это система данных о территории или пространстве. Существует множество определений, каждое из которых по-своему отражает те или иные существенные черты такого емкого понятия как геоинформационные системы. Приведем некоторые из них.
ГИС – это информационная система, которая может обеспечить ввод, манипулирование и анализ географически определенных данных для поддержки принятия решений [6].
ГИС – это интерактивные системы, способные реализовать сбор, систематизацию, хранение, обработку, оценку, отображение и распространение данных, как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях [7].
ГИС – это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества [8].
Достаточно ёмким и компактным является следующее определение ГИС. Геоинформационная система – это автоматизированная, информационно-аналитическая система, предназначенная для обработки пространственных, атрибутивных, временных данных, основой интеграции которых является географическая информация, т.е. взаимосвязанные данные о территории и пространстве.
Функциональная схема геоинформационной системы представлена на рис.1.1.
Рис. 1.1. Функциональная схема геоинформационной системы
Прежде чем приступить к изложению принципов построения геоинформационных систем (ГИС) необходимо дать объяснения базовым терминам, из которых составлена аббревиатура ГИС – это география, информация, система. Мы также рассмотрим понятия информационные процессы, модель, технология и управление, т.к. без них невозможно уяснить суть геоинформационных систем и аспектов их применения на практике.Все эти понятия могут трактоваться как с общенаучной философской точки зрения, так, и как базовые научные термины информационных технологий. Здесь они будут рассматриваться именно в последнем ключе.
Наиболее общим термином является система. Под системой понимают всё, что можно выделить обособленно, и что состоит из взаимосвязанных частей (элементов). Элементы и связи могут иметь физическую и абстрактную природу. Любая система является частью другой более общей системы. Например, любая рассматриваемая система по определению уже является элементом более общей системы – сама рассматриваемая система и внешняя среда. Поэтому термин система не имеет в нашем рассмотрении конкретной прикладной нагрузки и обозначает лишь то, что ГИС как понятие и как конкретный объект состоит из взаимосвязанных частей (элементов).
В области управления появился новый объект исследования, получивший название «большие системы». Принадлежность к большим системам того или иного объекта связывают главным образом со степенью его сложности, а не с реальными физическими размерами.
С наиболее общих позиций система – это организованное множество, образующее целостное средство, направленное на достижение определенной цели. Сложность изучения больших систем обусловлена необходимостью анализа огромного количества разнообразных взаимосвязей, элементов и явлений, присущих этим системам, необходимостью учитывать различный характер взаимодействия частей и целого, неопределенностью поведения системы, а также ее связей и взаимодействия с окружающей средой. Один из наиболее значительных классов больших систем объединяет системы административного, или организационного управления, т.е. систем, в основе функционирования которых лежат задачи управления отношениями, возникающими между людьми в процессе их производственно–хозяйственной деятельности.
Более подробно остановимся на понятиях данные, информация, знания, модель, технология и управление, как на базовых научных терминах информационной технологии.
Данные – основа, порождающая понятие «информация». Это информационные «кирпичики», из которых строится все «информационное здание». Можно также сказать, что данные – это сырье, которое можно превратить в информацию. Это объект обработки и основа для получения информации.
По существу это качественные и количественные характеристики (атрибуты), которые заносятся в поля базы данных и отвечают на вопрос «какой, сколько».
В каждой предметной области может быть свое определение данных. Например, можно дать такое определение «это факты, представленные в формализованном виде, позволяющем передавать и обрабатывать их при помощи некоторого процесса и соответствующих технических средств. Они могут быть получены либо наблюдением, либо посредством проведения эксперимента».
Основополагающим понятием является информация. Не смотря на то, что это общеупотребительный и часто встречающийся термин, дать ему однозначную формулировку крайне сложно и даже не возможно. Например, в юридических законах информация определяется как сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах не зависимо от формы их представления (федеральный закон РФ «Об информации, информатизации и защите информации» от 20.02.1995 г. № 24-ФЗ). Не смотря на кажущуюся ясность такого определения в нём один термин «информация» просто заменён другим – «сведения», который требует в свою очередь определения через элементарные понятия. Иначе говоря, понятия «информация» и «сведения» выступают как синонимы. Кроме того, такое определение информации мало что даёт в понимании её сущности как свойства окружающего мира, не позволяет оценивать её качественно и количественно.
Очевидно, информация является таким же фундаментальным понятием как вещество и энергия. В процессе освоения внешнего мира человек осваивал изготовление предметов, которое развилось в отдельную отрасль – материальное производство. В этом производстве энергия и информация играют вспомогательные роли. Энергию человек начал «приручать», видимо, с разжигания первого костра. Энергетическое производство развивалось более медленно. Но вот наступили эпоха пара и эра электричества. Сформировалась отдельная отрасль – энергетика, в которой уже вещество и информация играют вспомогательные роли. С появлением электронных вычислительных машин (компьютеров) информация стала, если можно так выразиться, самостоятельным «объектом» деятельности человека. На рубеже XX и XXI веков сформировалась новая технологическая отрасль – информатизация, в которой вещество и энергия играют вспомогательные роли. В современном обществе информационные технологии являются важной отраслью народного хозяйства наравне с отраслями материального производства и энергетического комплекса.
Понятие информация обычно предполагает наличие двух объектов – источника и потребителя информации. Информация, которая передается посредством сигнала, всегда имеет для потребителя определенный смысл, отличный от смысла самого факта поступления сигнала. Формирование информации происходит в момент передачи данных, причем нет гарантии, что переданная информация будет правильно распознана получателем: она разнородна, может иметь один и тот же смысл в разных представлениях и напрямую зависит от формата данных. Информация формируется лишь после выполнения двух функций – сбора и передачи данных, которые можно объединить в один процесс под названием обработка данных.
Канал передачи
Источник информации Приемник информации
Информация – это отражение реальности в знаковых системах, т.е. то, что можно передать в неких условных знаках, символах.
Часто информацию определяют, как уменьшение степени неопределенности, как меру упорядоченности.
Для практического использования в рамках рассматриваемых проблем проектирования и использования геоинформационных систем дадим, как было сказано выше, «технологическое» определение информации.
Информация определяется как сгруппированные и (или) функционально связанные относительно объектов, процессов и явлений данные. Говоря об информации можно поставить вопрос «что из себя представляет». По существу это записи в базе данных. Например:
ДАННЫЕ
| Характеристики | Этажность | Год постройки | Адрес |
| ЗДАНИЕ | Ул. Садовая, 21 |
ИНФОРМАЦИЯ
С наиболее общих позиций знание – это отражение окружающей действительности в мозгу человека или даже в технической системе. В информационных технологиях знания определяются как информация, интерпретированная с помощью логических правил и эвристических методов, и отвечают на вопрос «почему это так; что будет, если…». По существу это информационный ресурс, формируемый с помощью систем поддержки принятия решений (экспертных систем, компьютерного моделирования, нейросетевых анализаторов и т.д.).
Описанные выше категории образуют цепочку:
Данные →Информация →Знание→Гипотеза (новая мысль).
Нагляднее всего взаимосвязь данных, информации и знаний можно представить с помощью так называемой «информационной пирамиды» (рис. 1.2).
В основании пирамиды лежат данные, следующим уровнем является информация, более высоким – знания.
Вершиной пирамиды является цель, смысл: «зачем это надо…». Эти субстанции могут быть изначально взяты вне информационных технологий (физиологические и социальные потребности людей) или получены как интерпретация знаний.
|
|
|
|
 |
|
Рис. 1.2. Информационная пирамида
Одним из способов получения знаний из информации является построение модели. Классическое определение системы моделирования дано Дж. Клиром: "Система, воспроизводящая соответствующие свойства объекта исследования, моделируется на компьютере для порождения сценариев при различных предположениях относительно среды системы, а также при различных параметрах самой системы" [9].
ИНФОРМАЦИЯ МОДЕЛЬ ЗНАНИЕ
При обработке территориально-распределенных данных для получения знаний из исходной информации необходимо использовать пространственную модель свойств объекта, явления, процесса.
Далее рассмотрим, что такое технология (последовательность выполнения операций над чем-либо) и уточним это понятие в аспекте рассмотрения информационных технологий. Обработка данных была автоматизирована еще в 1945 году, когда компьютеры первого поколения собирали, хранили и передавали данные, согласно заложенному алгоритму. В 1965 году появились компьютеры третьего поколения, которые начали работать под управлением операционных систем, то есть был автоматизирован процесс управления информацией. Управление информацией включает в себя планирование деятельности на протяжении всего процесса, разработку и эксплуатацию интегрированных систем и функций, оптимизацию информационных потоков и использование передовых технологий, удовлетворяющих функциональным требованиям конечного пользователя, в зависимости от его статуса и роли в рассматриваемом процессе.
Информационные технологии включают в себя сбор, хранение, обработку и передачу информации.
Управление – это целенаправленное воздействие органов управления на объект. С точки зрения теории управления, управление – функция системы, ориентированная либо на сохранение ее основного качества (т.е. совокупности свойств, утеря которых влечет разрушение системы) в условиях изменения среды, либо на выполнение некоторой целевой программы, призванной обеспечить устойчивость ее функционирования (свойство «гомеостаза») при достижении определенной заданной цели. Под управлением также понимается функция организованных систем (биологических, технических, социальных), обеспечивающая сохранение их структуры, поддержание режима деятельности, реализацию их программы, цели. По аналогии с информационной пирамидой можно построить управленческую пирамиду (рис. 1.3).
|
 |
 | |||||
  | |||||
  | |||||
Рис. 1.3. Управленческая пирамида
Основание пирамиды – это уровень исполнительской деятельности, где идет непосредственно выполнение необходимых действий, операций. Здесь задействовано наибольшее количество людей, и информация, с которой они работают, необходима им для конкретной работы. Средний уровень – это уровень управления организацией, который воплощает в жизнь различные решения через эффективное и целесообразное использование различных, имеющихся в наличии ресурсов. Вместо подробной первичной информации здесь требуется более обобщенная интегрированная информация. Верхний уровень – это уровень руководителей, который по численности людских ресурсов находится в меньшинстве, но занимает самое важное стратегическое положение, так как здесь вырабатываются различные перспективные направления деятельности на достаточно длительные периоды времени, «спускаемые» вниз в виде конкретных действий.
Эффективность вырабатываемых стратегических планов и прогнозов напрямую зависит от точной, полной, достоверной и своевременной информации. Таким образом, на каждом уровне управленческой пирамиды циркулирует информация, которая поддерживает его функции. Взаимодействие уровней осуществляется по горизонтальному и вертикальному направлениям интеграции данных. Данные, используемые для поддержки функционирования нижнего уровня, комбинируются с другой информацией (горизонтальная интеграция данных) и обобщаются (вертикальная интеграция данных) для верхнего уровня организации. В современных условиях на каждом уровне управленческой пирамиды целесообразна автоматизация с помощью информационных технологий, причем их состав и назначение целиком и полностью зависят от информационных потребностей и задач данного уровня. Это могут быть электронные офисные системы, электронный документооборот, электронные правовые системы, информационно-справочные системы, информационно-аналитические системы, геоинформационные системы, WEB-технологии. Программно-аппаратная реализация информационных технологий строится в настоящее время в основном на сетевых технологиях обмена информацией (технологии «клиент-сервер», локальные, закрытые и открытые сети, сетевые протоколы).
И, наконец, рассмотрим термин география. С общих позиций он наиболее знаком и понятен. Это наука описания и изучения свойств земной поверхности или территории. По мнению специалистов слово «географические» в названии ГИС имеют смысл не обозначения науки география, а характеристики пространственности. [10] Одним из наиболее наглядных способов представления пространственной информации являются географические карты, изучением которых занимается картография. Карта - это особая форма представления информации, сочетающая в себе точность чертежа и наглядность художественного изображения, то есть карта как модель конкретной территории является одновременно носителем точной информации о местоположении различных объектов на местности в принятой системе координат и наглядным изображением этих объектов в виде немасштабных условных обозначений.
