Геоінформаційні системи як системи вивчення, аналізу та оцінки впливу екологічних факторів на навколишнє середовище (стр. 2 из 5)
Геоінформаційні системи дають змогу швидко й комплексно інтерпретувати накопичену інформацію, маніпулювати нею, оперативно її поновлювати та аналізувати, поєднувати з прийняттям управлінських рішень на різних рівнях: локальному, регіональному, глобальному.
Як образно-знакові геоінформаційні моделі дійсності ГІС основуються на автоматизації інформаційних процесів, базах картографічних і аерокосмічних даних. ГІС дають змогу обробляти значний обсяг фактичних і картографічних даних, аналізувати їх узгоджено з конкретними об'єктами й територіями. Головна цінність такої інформаційної системи з позиції управління полягає в можливості прив'язки всіх даних до об'єкта з координатами х, у, (г), автоматичного збільшення чи зменшення масштабу карт. При геоекологічному менеджменті ГІС істотно полегшують процес прийняття рішень.
В Україні перші спроби створення ГІС здійснено наприкінці 70-х років XX ст. Одна з них — це розробка містобудівної інформаційної системи для Києва, в якій планувалося звести інформацію про природні умови системи місто—передмістя, представити узагальнені дані про об'єкт, скласти мікрокліматичну карту, виконати розрахунки температури, швидкості вітру, поширення зон викидів промислових підприємств на певній площі за різних метеорологічних умов.
Нині в Україні ГІС-технології набули широкого розвитку. Державними установами розроблено векторні тематичні карти масштабу 1 : 200 000 для всієї країни та 1 : 50 000 для окремих територій.
ГІС широко впроваджуються в управління заповідними територіями. Так, у Канаді в штаті Альберта створюється ГІС для заповідників; було визнано, що вона ефективна для менеджменту в 41 сфері, в тому числі для аналізу власності на землю, управління фінансами, екологічної оцінки територій, визначення стабільності екосистем тощо.
В Україні є практика застосування ГІС в управлінні заповідними територіями — Карпатського національного природного парку, заповіднику Розточчя; розроблено менеджмент-план водно-болотних угідь Сиваша.
РОЗДІЛ 2 Концептуальне моделювання геоінформаційних систем в системі моніторингу
2.1 Поняття про концептуальне моделювання
Концептуальне моделювання - одна з найважливіших складових сучасної методології розробки інформаційних систем. Концептуальна модель (KM) визначається як "формальне подання проблемної сфери на поняттєвому рівні" [1, 15]. При концептуальному моделюванні ігноруються технологічні деталі реалізації систем з метою дослідження об'єктів проблемної сфери, їх властивостей та взаємодії на більш високому рівні абстрагування (концептів - понять і термінів). Фактично мова йде про формування бази знань певної предметної сфери. Від повноти та якості концептуальної моделі значною мірою залежить увесь життєвий цикл інформаційної системи, включаючи ефективність її супроводження та розвитку на етапі експлуатації. Концептуальна модель містить метазнання, метадані та знання про систему, вона відіграє роль своєрідного містка між майбутніми користувачами і розробниками системи. KM не є самоціллю, вона створюється як основа цілісного та узгодженого проектування усіх інших компонентів системи. З огляду на це, концептуальне моделювання повинно забезпечувати такі основні функції:
підтримувати структури та засоби, котрі дозволяють відображати знання про предметну сферу і систему прозоро та ясно для кращої взаємодії розробників і користувачів системи;
містити такі конструкції, які достатні для найповнішого уявлення особливостей предметної сфери і самої системи;
надавати засоби перетворення KM в реалізаційні моделі (тобто в логічну та фізичну модель даних, у специфікації програмних компонентів, у граматики мов взаємодії тощо).
Предметна сфера ГІС являє собою складну систему (конгломерат) наших уявлень про відповідні категорії об'єктів і явищ реального світу. Вона відображає існуючий рівень наших знань із багатьох галузей науки і техніки: геодезії, географії, картографії, дистанційного зондування землі, фотограмметрії, дискретної математики, обчислювальної геометрії, математичної статистики та інших розділів математики, системного аналізу, теорії баз даних, програмування, комп'ютерної графіки, нових інформаційних технологій, теорії автоматизованих інформаційних систем та багатьох інших.
2.2 Парадигми в технології обробки геопросторових даних
Домінуючу роль картографічного моделювання та картографічної взаємодії в географічному підході важко переоцінити, адже якраз карта традиційно поєднує модельно-пізнавальну і комунікативну функції взаємодії усіх суб'єктів на всіх етапах життєвого циклу інформаційного продукту (замовників, виконавців і споживачів). Упродовж століть просторові дані і знання фіксувалися, накопичувалися та передавалися переважно в картографічній формі. Природно, що основним джерелом просторових даних для ПС до певного часу були картографічні матеріали. В технології збору та обробки просторових даних переважав картографічний підхід (мал. 2, а): на основі зібраних первинних даних спочатку створювалася карта, яка вподальшому сканувалася та векторизувалася з метою формування цифрової картографічної моделі для ГІС. В.А. Кайнц ще в 1987 р. підкреслював: "коли ми намагаємося створити моделі для картографічних об'єктів, то найчастіше поглядаємо на звичайні карти, тобто моделюємо модель реальності, а не саму реальність. У майбутній роботі основна увага має бути спрямована на пошук концепцій та абстракцій фактів реального cвіту”[16].
Мал. 2. Технології збору й обробки геопросторових даних при картографічному (а) та інформаційному (б) підходах.
Розвиток ГІС, GPS, цифрової фотограмметрії та цифрових методів ДЗЗ зумовив становлення наскрізних інформаційних технологій збору та обробки геопросторових даних (мал. 2, б), спричинив трансформацію геоінформаційних методів у самому картографуванні [1, 12]. Первинною продукцією інформаційних технологій є бази геопросторових даних, моделі об'єктів у яких не зазнають картографічних "спотворень", оскільки вони не зазнають ні генералізації, ні змін складу та роздільної здатності в контексті певного масштабу карти. Об'єкти в таких моделях відображаються з точністю й роздільною здатністю геодезичних вимірів та застосовуваних технологій збору первинних даних. Цифрові картографічні моделі, як і моделі інших геозображень, а також самі карти, перетворюються в похідну (від баз геопросторових даних) продукцію.
2.3 Концептуальна модель узагальненої ГІС
Концептуальна модель узагальненої ГІС як модель обробної системи (мал. 3) відображає процеси перетворення сукупності вхідної множини первинних даних у множину моделей в базі геопросторових даних та у множину комплексних геозображень, які надаються користувачам системи як результат моделювання для аналізу стану геосистеми та прийняття управлінських рішень. Термін "узагальнена ПС використано для підкреслення факту абстрагування від конкретної сфери її застосування.
Рис. 3. Концептуальна модель ГІС як обробної системи.
Формально така система С визначається як сукупність вхідних, проміжних і вихідних моделей геопросторових даних, процесів їх обробки і перетворення та формальних мов взаємодії процесів між собою і користувачів з системою. її можна записати так:
С = {X, D Mo, T, G, GI, El, Fij, L},
де: X - множина вхідних даних одержаних в процесі топографо-геодезичних знімань, GPS вимірювань, ДЗЗ тощо; D - база упорядкованих вхідних даних в уніфікованих форматах; Мо - модель базового набору геопросторових даних; Т - множина тематичних моделей геопросторових даних; G - множина моделей даних за спеціальними просторовими (геометричними) схемами, в тому числі тривимірні (3D) цифрові моделі рельєфу та місцевості; GI - цифрові моделі карт та інших геозображень; ЕІ - цифрові моделі електронних геозображень; Fij:Mi→Mj - функції перетворення моделі Мівмодель Mj, в томучислі: Fxd:Xi → D - перетворення первинних даних в уніфіковані формати, Fdm: D → Mо- створення (оновлення) моделі базового набору геопросторових даних на основі первинних; Fdm:D → Ті- створення тематичних моделей геопросторових даних на основі первинних, а також аналогічні прямі й зворотні перетворення для усіх інших моделей (в напрямку стрілок між моделями на мал. 3); L - множина формальних мов та інтерфейсів взаємодії процесів, у тому числі мова LG дляподання електронних геозображень користувачам системи та інтерактивного доступу користувачів до гепросторових даних і програм їх обробки.
З точки зору користувачів можна говорити про комплексне перетворення вхідних даних в електронні геозображення Fd_ei: D → EI, в якому відбір моделей геопросторових даних та методів їх обробки визначається задачами та запитами користувачів. Але концептуально важливо розрізняти моделі геопросторових даних та моделі цифрових і електронних карт. Це різні сутності і за змістом і за структурою. Картографічне зображення описується в термінах мови умовних картографічних знаків, які означають, наприклад, тип, товщину та колір лінії, розмір та орієнтацію позамасштабного знака або тип і розмір шрифту для зображення написів, тощо.
Перетворення Fm_gi_ei:M0→GI→EI, Ft_gi_ei:T→GI→EI, Ft_gi_ei:G→GI→EI відносятьсядо перетворення з мови геоінформаційних моделей в мову засобів відображення електронних карт та інших геозображень. Моделі даних Мо, Т, G орієнтовані на програми просторового (геоінформаційного) аналізу і моделювання реального світу, а моделі GI, ЕІ описують картографічні зображення, орієнтовані на сприйняття людиною. В існуючій концепції цифрових карт, яка досі переважає в сучасних ГІС, на жаль, еклектично змішано зміст моделі геопросторових даних та моделі електронної карти. Такі цифрові картографічні моделі, з одного боку, не відповідають повною мірою вимогам геоінформаційного моделювання, а з іншого, є надлишковими для електронного відображення.