Работающая ГИС состоит из пяти ключевых компонент: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.

Аппаратные средства. Прежде всего, это компьютерная система, на которой установлена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров. Большая часть профессиональных ГИС ориентирована на рабочие станции и операционную систему UNIX. Это обусловлено, во-первых, большими объемами данных, во-вторых, разнотипностью этих данных и, как следствие, разнообразием технических средств их ввода и предварительной обработки. Так называемые настольные ГИС для ПК ограничены в этих возможностях и часто используют уже готовые данные в совместимых форматах, приобретаемые на коммерческой или иной основе.

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Типичными компонентами любой геоинформационной системы как аппаратно-программного комплекса являются:

1. Подсистема ввода.

2. Подсистема управления графическими базами данных.

3. Подсистема управления атрибутивными (табличными) базами данных.

4. Подсистема визуализации.

5. Подсистема обработки и анализа данных.

6. Подсистема вывода.

Наиболее общая классификация ГИС проводится, прежде всего, по их территориальному охвату, так как с этим связаны многие аспекты проектирования. Сюда относится выбор исходных типов пространственной информации, масштабов и картографических проекций.

 

Картографическая проекция – это математически определенное отображение поверхности эллипсоида или шара на плоскость карты.

Напомним коротко основные виды проекций и принципы их классификации.

Классификация проекций по характеру искажений.

 

Равновеликие – сохраняют площади без искажений. Но в этом типе проекций на больших территориях особенно заметны искажения углов и форм (сильное сплющивание приполярных зон на карте мира).

Равноугольные – сохраняют без искажений углы и формы, но размеры искажаются очень сильно. На карте мира области приполярных зон оказываются чрезмерно большими.

Равнопромежуточные – произвольные проекции, в которых масштаб по одному из направлений постоянен и равен масштабу карты. Различают равнопромежуточные по меридианам и равнопромежуточные по параллелям.

Карта мира в равнопромежуточной проекции по степени искажения размеров и формы к приполярным областям занимает среднее положение между двумя предыдущими случаями (рис.2).

Произвольные – все остальные типы проекций. При их построении стремятся найти наиболее выгодные для каждого конкретного случая распределения искажений.

 

Классификация по виду нормальной картографической сетки.

 

Вспомогательные поверхности при переходе от эллипсоида или шара к карте - плоскость, цилиндр, конус, серия конусов и некоторые другие геометрические объекты.

Азимутальные проекции – поверхность шара переносится на касательную или секущую плоскость. Если плоскость перпендикулярна оси вращения земли – это нормальная азимутальная проекция. Соответственно, если плоскость перпендикулярна плоскости экватора – это поперечная азимутальная проекция. Другие направления – косые азимутальные проекции.

Азимутальные проекции различают по положению точки проецирования.

В центре шара – гномоническая.

На противоположном конце диаметра – стереографическая.

За пределами шара на продолжении диаметра – внешняя.

В бесконечности – ортографическая.

 

Цилиндрические проекции – проецирование шара на поверхность касательного или секущего цилиндра. Также различают нормальную и поперечную. Иногда используется косая цилиндрическая.

Конические проекции – поверхность шара проецируется на поверхность касательного или секущего конуса. Также различаются нормальные, поперечные и косые.

Условные проекции – для которых нельзя подобрать простых геометрических аналогов. К ним относятся псевдоцилиндрические, псевдоконические, псевдоазимутальные, поликонические, многогранные.

Псевдоцилиндрические – параллели – прямые, центральный меридиан – перпендикуляр, остальные увеличивают кривизну помере удаления от него.

 
 

Псевдоконические - параллели – дуги концентрических окружностей, средний меридиан – прямая, остальные – увеличивают кривизну по мере удаленияот него.

Поликонические – проецирование на множество конусов с разным углом в основании.

Многогранные – проецирование шара на касательный или секущий многогранник. Удобно для разбивки карты на отдельные листы. Рамка каждого листа представляет собой трапецию, образованную меридианами и параллелями. Однако сшить такие листы без разрывов невозможно.

Выбор проекций.

При выборе проекции, при известных ее особенностях (характере искажений и форме сетки), обычно учитываются следующие факторы:

- географические особенности территории, ее положение на земном шаре, размеры и конфигурация;

- назначение, масштаб и тематика карты, круг потребителей;

- условия и способы использования карты, требования к точности измерений, если таковые будут проводиться.

 

Значимость каждого из этих факторов в каждом конкретном случае может быть различной. Тем нее менее, существуют некоторые предпочтительные и наиболее традиционные проекции.

Карты мира обычно составляются в цилиндрических, псевдоцилиндрических и конических проекциях. Для уменьшения искажений часто используют секущие цилиндры, а псевдоцилиндрические проекции иногда даются с разрывами на океанах. Карты полушарий всегда строят в азимутальных проекциях.

Карты материков:Европа, Азия, Северная и Южная Америка, Австралия – равновеликие косые азимутальные проекции, Африка – поперечные, Антарктида –азимутальные.

Карты России – нормальные конические равнопромежуточные проекции с секущим конусом, иногда поликонические, реже – произвольные.

Карты отдельных стран – косые равноугольные и равновеликие; для многих выбор проекции неактуален.

Морские и аэронавигационные карты всегда даются в цилиндрической проекции Меркатора, тематические карты морей и океанов – в самых разнообразных, произвольных и иногда довольно сложных.

 

От масштабов, в которых представляются данные, зависит степень генерализации информации и связанная с этим система условных обозначений. Ясно, что от уровня генерализации географических данных зависит содержание карты и спектр тех задач, которые могут решаться на их основе.

 

По территориальному охвату ГИС подразделяются на:

- глобальные (планетарные) - предназначены для исследования геофизических, атмосферных, океанических, тектонических и других глобальных процессов, для демографических, экономических и коммуникационных задач планетарного масштаба; в основном задачи прогноза;

- субконтинентальные – спектр задач глобального характера для отдельных регионов суши, изучение взаимосвязей между различными процессами с учетом природно-климатических и территориальных особенностей; прогноз и рекомендации по экономическому развитию различных регионов; навигационные системы;

- национальные (государственные); задачи управления административного и экономического планирования и управления; инвентаризации и мониторинга природных ресурсов; государственный земельный кадастр;

- региональные - управление и планирование на региональном уровне с учетом природно-климатических и экономических особенностей региона; ресурсно-экологический мониторинг; сюда можно отнести большую часть отраслевых ГИС;

- субрегиональные - решение задач планирования и управления на уровне отдельных административных единиц и крупных хозяйственных предприятий; экологические задачи; мониторинг чрезвычайных ситуаций.

- локальные (местные)- решение задач планирования и управления на муниципальном уровне, ГИС для отдельных предприятий и хозяйств.

 

Принятая в РФ классификация ГИС по территориальному охвату с конкретным диапазоном масштабов будет рассмотрена наряду с другими стандартами в соответствующем разделе прикладной геоинформатики. ГИС, обеспечивающие представление данных в диапазоне определенных масштабов, называют полимасштабными. В полимасштабных ГИС должны быть предусмотрены методы и средства генерализации (обобщения) пространственных данных.

Второй важный принцип классификации ГИС связан с функциональными возможностями конкретной программно-аппаратной среды. Здесь выделяют три основных типа систем.

1. Профессиональные. Сложные программно-технические комплексы, функционирующие на базе рабочих станций или мощных ПК. Как правило, включают большое количество средств ввода информации: дигитайзеры, сканеры, геодезические электронные устройства, GPS-приемники и др. Программное обеспечение имеет хорошо развитый интерфейс ввода-вывода, поддерживает большое количество картографических проекций и большую часть известных стандартов и форматов растровых и векторных данных. Профессиональные ГИС-пакеты включают разнообразные средства манипулирования с графической и табличной информацией, а также средства доступа к удаленных базам данных. Обеспечивают хранение больших объемов данных, высокую точность пространственных расчетов и высокое качество выходных материалов. Наиболее известным производителем таких систем является фирма INTERGRAPH, производящая как сами профессиональные рабочие станции на базе собственных процессоров, так и полный комплект соответствующего программного обеспечения. В РФ имеется всего несколько десятков организаций, использующих такие ГИС, в связи отсутствием у большинства потенциальных потребителей средств на их приобретение.

1. Настольные ГИС для решения научно-исследовательских задач, разработки моделей и пилотных проектов, поддержки принятия решений для локальных задач управления. Функционируют на базе ПК. Имеются сетевые решения. Иногда являются частью крупных ГИС для решения отдельных задач или выполнения отдельных функций. Ориентированы в основном на использование готовых картографических данных, поэтому как правило, имеют средства доступа к удаленным базам данных. Программное обеспечение также поддерживает большое количество картографических проекций и форматов, но имеет менее развитый интерфейс ввода-вывода и ограниченный набор средств технического манипулирования с пространственными данными. Тем не менее эти системы имеют хорошо развитую СУБД и аппарат для проведения пространственного анализа. В РФ такие ГИС наиболее распространены, так как более доступны по цене для отечественного потребителя. Основная проблема отечественной ГИС-индустрии – дороговизна цифровой пространственной информации (включая и данные ДЗ), а также сложность доступа к прецезионной картографической информации, особенно средних и крупных масштабов.

2. ГИС-вьюеры. Домашние и информационно-справочные системы. Предназначены для решения небольших задач на основе использования готовой пространственной информации, созданной, как правило, другими системами. В настоящее время системы типа ГИС-вьюеров наиболее распространены в WEB-технологиях.

Существуют попытки и других подходов к классификации ГИС, например по временным характеристикам: долгосрочные, среднесрочные, годовые и сезонные. Такая классификация не слишком актуальна, так как имеет отношение скорее к организационным, чем к методологическим аспектам ГИС. Попытки классификации ГИС по сферам применения также пока не слишком удачны, поскольку эти сферы непрерывно расширяются и часто перекрываются друг с другом.

Основная тенденция развития ГИС в целом нашла отражение в системах, которые специалисты характеризуют как ГИС нового поколения. К основным особенностям таких систем, кроме интеграции средств обработки растровых изображений со средствами геоинформационного моделирования в единой операционной оболочке, относят такие признаки, как объектно-ориентрованная структура программного обеспечения, объектные модели данных, «многовариантные» СУБД, совместимость с большинством типов операционных платформ. Некоторые особенности организации таких систем, особенно в области объектно-ориентированного подхода будут специально рассмотрены в соответствующих разделах.