Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Географический факультет Реферат на тему: «Перспективные направления развития геоинформатики и ГИС-технологий» Выполнил: Грибачев Артем Проверил: Медведев А.А Москва – 2013 Оглавление: Введение…………………………………………………………………………3 Глава 1. Этапы развития геоинформатики и ГИС……………………………..4 Глава 2. Направления применения и использования ГИС. …………….……. 6 Глава 3. Перспективы развития ГИС ………………………………………….7 Глава 4. Перспективы развития ГИС в России ………………………………..8 Заключение……………………………………………………………………...10 Список литературы…………………………………………………………….11 Введение Последнее время во всем мире и в России наблюдаются процессы, которые во многом отражают современные тенденции развития общества. Они связаны с широким внедрением информационных технологий и информационных услуг, проникающих во все сферы человеческой деятельности. На Западе давно признано, что человечество вступило в информационный этап своего развития. И этот этап, по оценкам специалистов, оказывает огромное влияние на изменение современного человеческого бытия и человеческого развития. Подтверждением этому была и встреча глав государств большой "восьмерки" на Окинаве, где информационным технологиям и их влиянию на современный мир было отведено самое большое внимание. Информационные технологии, включают в себе работу с огромными массивами информации, оперативность и доступность, широкое распространение и масштабируемость в разных условиях. Все это приводит к тому, что большое число специалистов и пользователей из различных направлений и областей деятельности, в той или иной мере их освоили или находятся на стадии освоения и внедрения в свою работу. Кроме этого, этот процесс, помимо специальных областей, идет и в других сферах человеческой деятельности. И в первую очередь хотелось бы отметить сферу образования, в которой задействовано сотни миллионов людей во всем мире. Особенность этого процесса здесь заключается как в адаптации и переподготовке уже сложившихся специалистов к информационным технологиям, так и в подготовке и воспитании нового поколения людей, входящих в трудовую жизнь, начинающих ее именно в информационный этап и получающих представление о мире в целом и о современных информационных технологиях в частности. И их воззрения, их отношение к происходящему в мире и внутри него, их подходы, отличаются в значительной мере и новым мировоззрением. А вернее изначально закладывающимися его основами. И порой тем, кто еще только адаптируется к новым условиям, но имеет старый багаж знаний и представлений и старое видение, не всегда оно понятно. И мы, исходя из своих старых понятий и взглядов, порой не замечаем, что новое уже стремительно входит в наш мир и в наш быт. И что современное поколение совсем по иному его воспринимает. На этом фоне, в современных условиях, представляется интересным рассмотреть развитие географических информационных систем и ГИСтехнологий и тех тенденции, с которыми им приходится сталкиваться в современных условиях. Глава 1. Этапы развития геоинформатики и ГИС Геоинформатика появилась как инициативное направление в области наук о Земле, вслед за растущим признанием, что Земля функционирует как сложная система и что существующих теоретических и практических методов ее исследования недостаточно для решения многих трудных проблем, связанных с этой системой. Их успешное решение требовало комплексного и инновационного подхода к анализу, моделированию, формированию и обработке обширных и разнообразных наборов данных. Главными предпосылками реализации такого подхода и формирования науки геоинформатики стали с одной стороны широкое распространение компьютеров и совершенствование средств их графической периферии, а с другой – накопление обширных аэрокосмических, картографических, статистических и других материалов; потребность упорядочения получаемой на их основе информации в базах данных для разнообразных целей; обеспечение сохранности и доступности этих материалов для широкого круга пользователей; возможность оперативной визуализации данных и результатов анализа и моделирования; необходимость оперативных принятий решений. Начальный этап становления автоматизации обработки пространственной информации относится к 50-60-м гг. прошлого века (становления компьютерных технологий) и связан с развитием теории пространственных процессов в экономической и социальной географии, осознанием экологических проблем, а также с началом исследований в области компьютерной картографии. В этот период и до начала 80-х годов решающее влияние на развитие ГИС оказывала Гарвардская лаборатория машинной графики и пространственного анализа. В институте географии Вашингтонского университета В. Тоблером (Tobler W.) были разработаны компьютерные алгоритмы для картографических проекций. Первые ГИС появились в Швеции в середине 60-х г., в разработке которых принимали участие географы Университета Лунда (О. Саломонссон., Т. Германсен др.). Эти ГИС существенно отличались от современных узостью задач: пространственный аспект данных в них был ограниченным, они работали, в основном с земельно-учетной документацией. Наиболее значимым достижением этого периода стало создание в 1963—1971 гг. Канадской ГИС (CGIS) под руководствомРоджера Томлинсона (называемого "отцом ГИС"). CGIS считается первой ГИС и до сих пор остается одной из крупнейших. Это региональная ГИС национального уровня, созданная для анализа данных инвентаризации земель Канады в целях рационализации землепользования в крупных сельских районах страны, получения статистических оценок, создания карт систематизации земель по различным признакам, в том числе пригодности для разного использования (масштаб исследований 1:50 000). Ее становление внесло существенный вклад в развитие концептуальных и технических аспектов ГИС. В ней впервые данные инвентаризации формировались на основе цифрования карт с помощью специально созданного экспериментального сканера. В институте исследования систем окружающей среды (ESRI), который был основан Джеком Данжермондом в 1969 г., шло постепенное развитие моделей пространственных данных (растровых и векторных систем) на базе теоретических идей и методов, разработанных в Гарвардской лаборатории и других организациях. В конце 60-х гг. разработана система GRID — первый опыт растровых ГИС, в котором вывод результатов в виде растровых карт осуществлялся на построчно-печатающее устройство (АЦПУ), но карты имели низкое разрешение и плохое качество. Однако в этой разработке уже были реализованы идеи наложения слоев (оверлея). 70-е – 80-е гг. XX в. ознаменованы развитием фундаментальных принципов ГИС: сформулированы понятия пространственного объекта и его описания позиционными и атрибутивными характеристиками; разработаны технология цифрования карт как основного источника данных в ГИС и операции манипулирования пространственными данными. Быстрый прогресс геоинформационных и картографических технологий связан с развитием в США деятельности Геологической службы и Бюро переписей. В конце 70-х годов под эгидой Международного географического союза выполнена инвентаризация прикладных ГИС и программных средств; выпущен уникальный трехтомник "Программное обеспечение обработки пространственных данных" [D.Marbl, Computer software, 1981]. В начале 80-х гг. появилось программное средство ГИС – система ARC/INFO, в которой реализованы идеи Канадской ГИС о разделении информации – пространственной и атрибутивной составляющих данных, осуществлено соединение стандартной реляционной системы управления табличными базами данных (INFO) со специализированной программой ARC манипулирования объектами, хранящимися в виде набора дуг. Это первый ГИС- и картографический пакет, использующий преимущества персональных компьютеров (ПК). Бурное развитие ПК, значительное увеличение их оперативной и дисковой памяти и повышение качества графических устройств ввода-вывода картографической информации стали основной причиной прогресса в области геоинформатики конца 80-х – начала 90-х гг. Появились доступные программные средства мирового уровня. Крупные фирмы-производители программных средств ГИС – ESRI Inc., ERDAS Inc., Intergraph Corp., MapInfo Corp. (все США) разработали программные продукты профессионального уровня, допускающие их многовариантное использование (ArcGIS, Erdas Imagine, GeoMedia, MapInfo). Значительный вклад в развитие методов пространственного анализа и моделирования внесли Питер Берроу (Burrough P.A.), Майкл Гудчайлд (Goodchild M.F.), Кристофер Б. Джонс (Jones C.), Майкл ДеМерс (М. De Mers) и др. Появились и первые российские программные средства ГИС. Среди них самыми известными являются GeoDraw и ГеоГрафЦентра геоинформационных исследований Института географии РАН, а также ГИС «Панорама» (КБ «Панорама»), Photomod (ЗАО «Ракурс»). Глава 2. Направления применения и использования ГИС. На сегодняшний день в мире разработаны и используются сотни разнообразных ГИС-пакетов, а на их базе созданы десятки тысяч ГИСсистем. Самые мощные - американские. Есть и отечественные, но далекие от совершенства и имеющие пока незначительное распространение и применение. ГИС была создана в первую очередь для географии и под географию, однако сейчас на Западе ГИС используется в огромном числе управленческих структур, в различных фирмах, на предприятиях, в военных ведомствах, в научных и образовательных учреждениях. ГИС-системы и ГИС-технологии нашли очень широкое применение в многообразных сферах и направлениях территориальной деятельности: - в кадастрах (земельном, водном, лесном, недвижимости и т.д.); - в градостроении и муниципальном управлении; - в проектировании, строительстве, эксплуатации объектов; - в геологических исследованиях; - в разработке и эксплуатации различных месторождений; - в сельском, лесном и водном хозяйстве; - в изучении и прогнозе погоды; - в здравоохранении; - в природопользовании и при экологическом мониторинге; - в торговле и маркетинге; - в бизнесе, управлении финансами и банковском деле; - в планировании и прогнозировании; - в обороне, безопасности и при чрезвычайных ситуациях; - в политике и управлении государством; - в науке и образовании и т.д. Этим перечнем не исчерпывается весь круг направлений деятельности, со своими задачами и вопросами, которые испытывают устойчивый интерес к ГИС и геоинформационным технологиям. ГИС нужна практически везде, где используется территориально распределенная информация и есть необходимость территориального анализа, территориальной оценки и территориального прогноза. Глава 3. Перспективы развития ГИС Исходя из имеющейся сейчас информации и отслеживая современные тенденции развития геоинформационных систем и технологий, уже сейчас есть возможность наметить некоторые черты будущих географических информационных систем и их применения: ГИС-II - (ГИС второго поколения). Второе поколение геоинформационных систем, вероятно, будет представлять собой совокупность различных ГИС, сочетая их модульность и обладая возможностью постоянного наращивания. Собранные из модулей в определенные блоки эти системы приобретут новые качества и новые возможности. Отличительной особенностью ГИС-II от современных ГИС будет то, что организация и работа с информацией в системах нового поколения будет переведена на совсем другой уровень и, во-вторых, это будут простые и открытые системы c удаленным доступом и интерактивными возможностями. Кроме технологической стороны они будут нести большую информационную (содержательную) нагрузку и иметь возможность совместного (модульного) использования. ГИС-ТВ - (ГИС-телевидение) Вероятно, эти системы станут новым классом ГИС, которые будут сочетать возможности современного телевидения, а также традиционных и специализированных ГИС и Интернет. Отдельные предпосылки возникновения некоторых черт таких систем уже появились и используются на российских телевизионных каналах (например, канал Метео ТВ, который готовит обзоры погоды и т.д.). Особенно плодотворно работает в этом направлении московская группа Меркатор с их анализом результатов различных выборов, оперативным отображением объектов и событий и их привязкой к территории и другими проектами с использованием на телеэкране пространственной информации и различных электронных картографических изображений. Большой потенциал у ГИС-ТВ прослеживается в сфере дистанционного образования и образовательного телевидения, где, используя функции и возможности ГИС-систем и ГИСтехнологий можно было бы уже сейчас организовывать и транслировать разнообразные передачи и уроки, построенные на пространственной идеологии. Не малое значение для образовательных целей могут иметь и компьютерные видео-ролики, с помощью которых можно подготовить любой видеоряд и затем разворачивать его или в локальной сети ПК или используя кабельное телевидение. При этом надо иметь в виду, что использование разнообразной пространственной информации на телеэкране с помощью средств ГИС, значительно увеличивает аудиторию потенциальных ГИС- пользователей, прививая и постепенно развивая у них основы ГИСмировоззрения. ГИС2 - (ГИС о ГИС или "ГИС в квадрате") Этот новый тип геоинформационных систем, вероятно, будет обладать возможностью изучения и анализа не только самой территориальной информации, а значительной массы уже существующих и территориально распределенных ГИС, созданных и используемых в разных направлениях человеческой деятельности. ГИС2 могут и должны стать определенными навигаторами по просторам ГИС-систем, и пространственной информации, а возможно и других информационных ресурсов, которые уже появились или появятся в ближайшее время в огромном числе и их количество будет увеличиваться с каждым годом. Данный тип, безусловно, будет развиваться и распространяться в сети Интернет, так как именно здесь появляется необходимость в нем и есть потребность и возможность в изучении и анализе различных ГИС. ГЛОБ-ГИС - (Глобальная ГИС) В конечном итоге на базе перечисленных нами систем, сети Интернет, а также телевидения возникнет единая телекоммуникационная Глобальная Географическая Информационная Система, у которой будут сотни миллионов пользователей во всем мире. Во многих отечественных и зарубежных научных публикациях широко обсуждаются вопросы и проблемы перехода от Web-картографирования, развитого уже сейчас, к Интернет-ГИС, которая интегрировала бы в себе достоинства геоинформационных и телекоммуникационных технологий. Причем отдельные предпосылки к созданию такой глобальной системы уже вполне наметились и постепенно реализуются. Суммирование же возможностей ГИС - ДЗЗ - GPS - Интернет/Интранет составит мощнейший квартет пространственной информации, новых технологий, каналов связи и предоставляемых услуг, которые будут реализовываться как в Глобальной ГИС, обладающей различными уникальными возможностями, так и в отдельных специализированных ГИС различного типа и класса. Глава 4. Перспективы развития ГИС в России Геоинформационные системы (ГИС) в настоящее время широко применяются во всем мире и России во многих областях знаний и промышленности. Рассмотрим более детально вопросы перспектив использования ГИС. Для решения большинства задач в различных областях знаний необходимо создание единого информационного пространства, включающего связанные графические (пространственные) и описательные (атрибутивные) компоненты. Атрибутами графических объектов могут выступать не только их общие характеристики, но и их детальные компоненты и т.п. Широкий круг задач, как для проектировщиков, так и для эксплуатационников требует проведения специальных расчетов, моделирующих происходящие процессы, например распространение вредных примесей в компонентах окружающей среды (атмосфере, поверхностных природных водоемах и т.п.) с учетом района размещения производств. Задачи анализа эффективности эксплуатации производств, планирования развития требуют учета очень многих характеристик окружающей среды, а также знания социально-демографической, промышленной, градостроительной, экономической ситуации района их размещения. Для их решения необходимо использование информационной базы данных, картографическое представление данных и изучение методами геоинформатики пространственно-временных связей явлений, процессов и действий субъектов рынка. Эти задачи также целесообразно решать с использованием подходов ГИС-технологий. Также целесообразно использование ГИС при планировании распределения сельскохозяйственных угодий, проведения ирригационных работ, в лесном хозяйстве, в коммерческих и государственных организациях, где они могут улучшить механизм принятия решений через использование пространственной информации. Возможности пространственного представления и анализа информации дают стратегическое преимущество многим специалистам в отделах планирования, логистики, маркетинга, работы с клиентами, предоставления услуг и т. д. ГИС-технологии хорошо удовлетворяют потребности многих секторов рынка, в том числе и в области инженерных сетей. Они активно используются уже длительное время, но в первую очередь в системах сбора данных о состоянии сетевых объектов в поле и в приложениях, где рассматривались не только сети сами по себе, но их взаимодействие с окружением, средой. C появлением объектно-реляционных моделей данных в ГИС намечается быстрый прогресс в моделировании динамических сетей и они будут хорошо интегрироваться с корпоративными базами данных. В чуть более дальней перспективе от применения объектно-реляционной модели можно ожидать прогресса в таких наболевших вопросах, как взаимоувязка длинных и коротких транзакций и автоматическая схематизация сетевых моделей. Применение ГИС технологий сможет ускорить процесс обработки информации практически во всех отраслях народного хозяйства, связанных с использованием географических данных Заключение В современной жизни, чем большее количество информации имеется в вашем распоряжении, тем проще будет принять обоснованные решения и эффективные действия. Но недостаточно просто накопить информацию, нужен инструмент, обеспечивающий ее полноценное использование. Таким универсальным инструментом и является ГИС- технология. Известно, что львиная доля информации, с которой мы имеем дело, включает пространственную компоненту - будь то данные о населении, экономическом развитии, природных ресурсах, управлении городами и территориями, чрезвычайных ситуациях, типах лесов или почв, производственной деятельности компаний или другая информация об объектах, явлениях и событиях на нашей планете. ГИС позволяет получить наибольшую отдачу от информации. ГИС - это значительно больше, чем электронные карты на экране компьютера. Они обеспечивают создание, отображение и совместный анализ различных типов данных: описательных (табличных), векторных, растровых, САПР и других. Созданные по этим данным карты можно представить в любой стандартной системе координат и перевести их в любую картографическую проекцию. В сфере образования и переподготовки кадров ГИС поможет не только студентам и школьникам, но также преподавателям, научным сотрудникам и администраторам. Можно предполагать возникновение на базе современных ГИС новых типов, классов и даже поколений географических информационных систем, основанных на возможностях Интернета, телевидения и телекоммуникаций. Именно поэтому, сегодня эта технология является одним из наиболее популярных и полезных инструментов, в том числе в учебном процессе и в научных исследованиях. ГИС помогает сформировать у людей новый взгляд на мир, обеспечивающий его комплексное восприятие и лучшее понимание взаимосвязей между его составляющими. Список литературы 1. Кошкарев А.В., Тикунов В.С. Геоинформатика. /под ред. Д.В. Лисицкого. М. 1993 2. Кошкарев А.В. Понятия и термины геоинформатики и ее окружения. М. 2000 3. Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков. М. 2010 4. http://www.lomonosov-fund.ru 5. http://ogis.sgu.ru 6. http://dataplus.ru