ГБОУ СПО «САМАРСКИЙ ТОРГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

З ДИСЦИПЛІНИ

«ОСНОВИ ГІСІТ»

Для студентів І рівня акредитації

Спеціальності: 5.04010602 «Прикладна екологія»

Ухвалено комісією геолого-екологічних дисциплін 2014-2015 н.р.

Голова комісії__________________________________________________

Змістовий модуль 1. Загальні поняття про ГІС. Застосування ГІС в екології

Тема 1.1 Геоінформатика - наука та технологія. Загальні поняття про геоінформаційні системи (ГІС)

План

1. Поняття про геоінформаційні системи

2.Поняття про інформатику та геоінформатику, визначення предмету дослідження.

3. Зв'язок геоінформатики з іншими дисциплінами (самостійно)

1. Поняття про геоінформаційні системи

Геоінформаційна система — сучасна комп'ютерна технологія, що дозволяє поєднати модельне зображення території (електронне відображення карт, схем, космо-, аерозображень земної поверхні) з інформацією табличного типу (різноманітні статистичні дані, списки, економічні показники тощо).

Також, під геоінформаційною системою розуміють систему управління просторовими даними та асоційованими з ними атрибутами. Конкретніше, це комп'ютерна система, що забезпечує можливість використання, збереження, редагування, аналізу та відображення географічних даних.

За територіальним поділом ГІС поділяються на глобальні ГІС, субконтинентальні ГІС, національні ГІС частіше мають статус державних, регіональних ГІС, субрегіональних ГІС та локальних або місцевих ГІС.

2. Поняття про інформатику та геоінформатику, визначення предмету дослідження.

Геоінформаційні технології, ГІС-технології — технологічна основа створення географічних інформаційних систем, що дозволяють реалізувати їхні функціональні можливості.

Геоінформатика є частиною інформатики, яка має справу з просторовою (просторово-розподіленою, просторово-координованою) інформацією. Найбільш загальним визначенням геоінформатики є таке:

геоінформатика - це наука, технологія і прикладна діяльність, пов’язана зі збором, збереженням, обробкою, аналізом і відображенням просторових даних, а також із проектуванням, створенням і використанням географічних інформаційних систем. Сукупність засобів, способів і методів автоматизованого збору, зберігання, маніпулювання, аналізу і відображення (представлення) просторової інформації об'єднують під загальною назвою «геоінформаційні технології»

У цілому геоінформатика тісно пов'язана з географічними інформаційними системами (Geographycal informationg system, GIS), оскільки основні теоретичні ідеї геоінформатики як науки реалізуються в сучасних ГІС на технічному і технологічному рівнях.

Відмітною рисою географічних інформаційних систем є наявність у їхньому складі специфічних методів аналізу просторових даних, що в сукупності із засобами введення, збереження, маніпулювання і представлення просторово-координованої інформації і складають основу технології географічних інформаційних систем, чи ГІС-технології. У географії ГІС переробляють географічні потоки, що формуються в межах географічної оболонки і являють собою інформаційне відображення системи об'єктів географічного вивчення.

Географічна інформаційна система (ГІС) - це інтегрована сукупність апаратних, програмних і інформаційних засобів, що забезпечують введення, збереження, обробку, маніпулювання, аналіз і відображення (представлення) просторово-координованих даних. Будь-яка географічна інформаційна система складається з апаратного комплексу, програмного комплексу і інформаційного блока.

3. Зв'язок геоінформатики з іншими дисциплінами.

Технологічно, історично й «генетично» геоінформатика формувалася й продовжує розвиватися в оточенні суміжних наук і технологій, предметно й методично родинних їй. Алгоритми й методи геоинформатики близькі обчислювальній геометрії й комп'ютерній (машинній) графіці, системам автоматизованого проектування (САПР). Непозиційна (атрибутивна) частина просторових даних традиційно зберігалися й управлялася засобами систем управління базами даних (СУБД), методологія створення баз даних ГІС продовжує залишатися в числі важливих завдань при їхньому проектуванні. Єдине цифрове середовище існування поєднує ГІС із глобальними системами позиціювання й автоматизованими (цифровими) технологіями зйомок місцевості (наприклад, з використанням електронних тахеометрів або лазерних скануючих пристроїв) і системами їхньої обробки (наприклад, методами цифрової фотограмметрії).

Апаратне середовище реалізації геоінформаційних технологій - так звана обчислювальна техніка, а саме комп'ютери з периферійними пристроями уведення, зберігання й виведення даних - втягує в орбіту інтересів і умов існування геоінформатики новітні інформаційні, і тім числі телекомунікаційні, технології, досліджувані загальною інформатикою. По тісноті зв'язку, рівню взаємодії, методичної й технологічної близькості й можливостям інтеграції найближче оточення геоінформатики утворюють картографія й дистанційне (аерокосмічне) зондування.

У системі географічних наук геоінформатика посідає важливе місце і позіціонується як універсальна методика збору, накопичення, аналізу і візуалізації різноманітних географічних даних як у областях природничої, так і суспільної географії. Лісове господарство, управління природокористуванням, сільське господарство - окремі напрямки прикладного застосування геоінформатики.

Тема 1.2 Загальна характеристика апаратного забезпечення ГІС

План

1. Апаратне забезпечення ГІС

2. Класифікація сучасних ГІС

1. Апаратне забезпечення ГІС

Геоінформаційні системи базуються на певному наборі технічного обладнання, основними функціями якого є забезпечення роботи програмних ГІС-продуктів і допоміжних програм, збереження масивів цифрових даних, забезпечення збору і введення даних, представлення готової інформації. Комплекс електронних і електронно-механічних пристроїв, призначений для технічної підтримки працездатності ГІС, називається апаратним забезпеченням ГІС.

Апаратне забезпечення (синоніми — апаратні засоби, апаратура, технічні засоби, hardware) — технічне устаткування геоінформаційної системи, що містить власне комп'ютер і інші механічні, магнітні, електричні, електронні й оптичні периферійні пристрої чи аналогічні прилади, що працюють у складі апаратного комплексу або автономно, а також будь-які пристрої, необхідні для функціонування геоінформаційної системи (наприклад, GPS-апаратура, електронні картографічні прилади і геодезичні прилади). Загальна організація взаємозв'язку елементів апаратного забезпечення геоінформаційної системи називається архітектурою, сукупність функціональних частин — конфігурацією системи.

У наш час різними фірмами виробляються тисячі моделей різних комп'ютерів і периферійних пристроїв, кількість комплектуючих вузлів і деталей обчислюється десятками і сотнями тисяч. При плануванні архітектури ГІС і виборі конфігурації апаратного забезпечення слід орієнтуватися на характер розв'язуваних завдань, вимоги програмного забезпечення, методи обробки й обсяги даних, що циркулюють у системі даних.

Залежно від призначення і масштабу ГІС апаратне забезпечення може мати різні функціональні групи пристроїв. Для простих настільних ГІС кінцевого користувача досить звичайного офісного комп'ютера з принтером, багатофункціональні корпоративні ГІС можуть налічувати десятки робочих місць з різними периферійними пристроями, об'єднаних у єдину обчислювальну мережу з керованим доступом. Для виконання деяких технологічних операцій введення чи представлення даних у середовищі ГІС розробляються унікальні апаратні пристрої вартістю в десятки і сотні тисяч доларів США.

У той самий час основна частина бюджетних ГІС-проектів орієнтована на використання стандартних комп'ютерів і периферійних пристроїв. У зв'язку з особливостями організаційної структури ГІС апаратне забезпечення прийнято поділяти на три основні групи:

1) пристрої обробки і збереження даних (власне комп'ютери);

2) пристрої збору і введення даних;

3) пристрої візуалізації і представлення даних.

Від організації взаємодії і технічних характеристик різних пристроїв залежить ефективність роботи геоінформаційної системи в цілому.

У наш час практично не існує відмінностей між технічними характеристиками комплектуючих і готових вузлів, з яких складають різні класи комп'ютерів. Основні розбіжності між класами визначаються кількістю, компонуванням і якістю комплектуючих, типом корпуса й екрана, розмірами, енергоспоживанням. Для апаратного забезпечення ГІС можуть використовуватися усі типи комп'ютерів, тобто:

- суперкомп'ютери;

- сервери;

- робочі станції;

-настільні персональні комп'ютери;

- мобільні комп'ютери.

Суперкомп'ютери. Сучасні ЕОМ цього класу характеризуються багатопроцесорною архітектурою і порівняно великими обсягами дискової та оперативної пам'яті.

Сервери. Сервер призначений для роботи в складі локальних чи розподілених обчислювальних систем, виконує певні функції для обслуговування інших комп'ютерів.

Робочі станції. У різні періоди розвитку комп'ютерної техніки під терміном «робоча станція» розуміли різні типи комп'ютерів. У наш час під робочою станцією розуміють комп'ютер, конфігурація якого оптимізована для виконання певного класу завдань, наприклад, обробки графічних даних.

Мобільні комп'ютери. Перший мобільний комп'ютер був створений ще в 1980 р. і важив 12 кг. Сучасні мобільні комп'ютери мають технічні характеристики, які нічим не поступаються характеристикам настільних моделей при істотно менших розмірах і вазі. Розміри більшості моделей переносних комп'ютерів класу Notebook (записна книжка) не перевищують розмірів великої папки при вазі менше 3 кг.

Системні вимоги:

Операційні системи: Windows Vista Ultimate, Windows XP Professional SP 3, Windows XP (64 біт) Windows 7

Оперативна пам'ять: 256 MB RAM з процесором Intel Celeron 1.5 Mgh

Графіка: 16- або 24-бітний варіант палітри кольорів

Монітор: Дозвіл 800x600 пікселів

1кб – 1024 байта

1 мб – 1024 кб

1гб - 1024 мб

1тб – 1024 гб

2.Класифікація сучасних ГІС.

Останніми десятиріччями у світі розроблено велику кількість різноманітних геоінформаційних систем. Звичайно геоінформаційні системи класифікують за такими ознаками:

- за призначенням - залежно від цільового використання;

- за проблемно-тематичною орієнтацією - залежно від сфери застосування;

- за територіальним охопленням — залежно від розміру території і масштабного ряду цифрових картографічних даних, що складають базу даних ГІС.

За призначенням геоінформаційні системи поділяють на багатоцільові та спеціалізовані. Багатоцільовими системами, як правило, є регіональні ГІС, призначені для розв'язання широкого спектра завдань, пов'язаних з регіональним управанням. Спеціалізовані ГІС забезпечують виконання однієї або кількох близьких функцій. До них, як правило, відносять геоінформаційні системи:

-інформаційно-довідкові;

- моніторингові;

- інвентаризаційні;

- прийняття рішень;

- дослідницькі;

- навчальні.

Зокрема, дослідницькі ГІС створюються для забезпечення розв'язання будь-якої наукової проблеми або сукупності наукових проблем із застосуванням методів просторово-часового аналізу й моделювання.

За проблемно-тематичною орієнтацією звичайно виділяють типи геоінформаційних систем, що відповідають «основним сферам застосування ГІС», тобто:

- земельно-кадастрові;

- екологічні

-природокористувальницькі;

- інженерних комунікацій

-міського господарства:

- надзвичайних ситуацій;

- навігаційні;

- соціально-економічні;

- геологічні;

- транспортні;

- торгово-маркетингові;

- археологічні;

- військові;

За територіальним охопленням найбільш логічним є поділ геоінформаційних систем на:

- глобальні;

- загальнонаціональні;

- регіональні;

- локальні.

Глобальні геоінформаційні системи охоплюють або всю земну кулю, наприклад, як Глобальний банк природно-ресурсної інформації (GRID), або якусь її значну частину - як геоїнформаційна система Європейського співтовариства CORINE. Загальнонаціональні ГІС, як це випливає із назви, охоплюють територію всієї країни, регіональні - якусь її частину, таку, як економічний район, адміністративна область чи група суміжних областей, басейн великої річки і т.ін. До категорії «локальні ГІС відносять геоінформаційні системи меншого територіального охоплення, але рекомендації щодо територіальних обмежень локальних ГІС відсутні. До даної категорії, як правило, належать і муніципальні геоінформаційні системи (МГІС) - специфічна категорія геоінформадійних систем, що розробляються для території міста або його частини.

Тема 1.3 Застосування ГІС технологій в екологічній діяльності

План

1. Головні функції сучасних ГІС.

2. Практичне застосування ГІС-технологій (у міському господарстві та регіональному управлінні, екології, кадастрових системах та ін.).

3. Застосування ГІС у екології та раціональному природокористуванні (самостійно)

1. Головні функції сучасних ГІС та практичне застосування ГІС-технологій.

Умовно функції ГІС можна поділити на п'ять груп, при цьому перші три належать до традиційних функцій геоінформаційних технологій, останні, дві - до нових, що розвинулися останнім десятиліттям.

1. Інформаціпно-довідкова функція - створення і ведення банків просторово-координованої інформації, у тому числі:

- створення щифрових (електронних) атласів. Перший комерційний проект розробки цифрових атласів - Цифровий атлас світу - був випущений у 1986 р. фірмою Delorme Марр Systems (США).

- створення і ведення банків даних систем моніторингу.

- створення й експлуатація кадастрових систем

2. Функція автоматизованого картографування - створення високоякісних загальногеографічних і тематичних карт, що задовольняють сучасні вимоги до картографічної продукції. Прикладом реалізації цієї функції є діяльність в Україні Інституту передових технологій (м. Київ) з підготовки і друкування навчальних географічних і історичних атласів території України, а також Молдови і Росії на основі можливостей ГІС-пакетів фірми ЕSRI, США.

3. Функція просторового аналізу і моделювання природних, природно-господарських та соціально-економічних територіальних систем, що ґрунтується на унікальних можливостях, наданих картографічною алгеброю, геостатистикою і мережним аналізом, які складають основу аналітичних блоків сучасних інструментальних ГІС з розвинутими аналітичними можливостями. Вона реалізується в наукових дослідженнях, а також вирішенні широкого кола прикладних завдань при територіальному плануванні, проектуванні і управлінні.

4. Функція моделювання процесів у природних, природно-господарських і соціально-економічних територіальних системах.

5. Функція підтримки прийняття рішень у плануванні, проектуванні та управлінні. Найбільш активно цей напрямок в Україні розвивається в містобудівному плануванні і проектуванні.

2. Практичне застосування ГІС-технологій.

Основними галузями застосовування ГІС у наш час є:

- управління земельними ресурсами, земельні кадастри

- інвентаризація і облік об'єктів розподіленої виробничої інфраструктури і управління ними;

- тематичне картографування практично в будь-яких сферах його використання;

- морська картографія і навігація;

- аеронавігаційне картографування і управління повітряним рухом;

- навігація і управління рухом наземного транспорту;

- дистанційне зондування;

- управління природними ресурсами (водними, лісовими і т. ін.);

- моделювання процесів у природному середовищі, управління природоохоронними заходами;

- моніторинг стану навколишнього середовища;

- реагування на надзвичайні і кризові ситуації;

- геологія, мінерально-сировинні ресурси і гірничодобувна промисловість;

- планування і оперативне управління перевезеннями;

- проектування, інженерні дослідження і планування в містобудуванні, архітектурі, промисловому і транспортному будівництві;

- планування розвитку транспортних і телекомунікаційних мереж; комплексне управління і планування розвитку території, міста;

- сільське господарство;

- маркетинг, аналіз ринку;

- археологія;

- безпека, військова справа і розвідка;

- загальна і спеціальна освіта.

ГІС при моделюванні процесів у природному середовищі, управлінні природоохоронними заходами

Всі функціонуючі ГІС екологічної спрямованості, що здійснюють інформаційну підтримку природоохоронної діяльності на рівні суб'єкта країни, володіють двома подібними рисами: використання даних державної статистики (форми 2-ТП-водгосп, 2-ТП-повітря і ін), що забезпечує єдину стартову платформу для аналітичних побудов та їх "легальність", і прив'язка вихідних даних переважно до адміністративних одиниць - районів суб'єкта країни, населених пунктів, районів, населених пунктів та ін.

Проектування, розробка й впровадження в діяльність геоінформаційних систем природоохоронних територій: спрямовані на створення цілісного програмного продукту, що дозволяє спостерігати за розвитком об'єкта, управляти його інфраструктурою, здійснювати попередній розрахунок доцільності тих або інших дій з організації процесу роботи, вести облік і класифікацію елементів системи. Алгоритми й архітектуру даної системи можна використати як базову платформу для створення ГІС конкретної заповідної території. Так як об'єктом геоінформаційної системи є заповідна територія, то основними завданнями роботи ГІС будуть:

- розробка й апробація концепції стійкого розвитку регіону.

- рішення завдань з ефективної охороні заповідних територій.

- організація наукових досліджень й екологічного моніторингу.

- сприяння освітньому розвитку населення в сфері екології.

- збереження природно-заповідного фонду.

Застосування ГІС для заповідних територій

Ще одна поширена сфера застосування ГІС - збір і управління даними з охоронюваних територій, таких як заказники, заповідники і національні парки. В межах охоронюваних районів можна проводити повноцінний просторовий моніторинг рослинних угруповань цінних і рідкісних видів тварин, визначати вплив антропогенних втручань, таких як туризм, прокладка доріг або ЛЕП, планувати і доводити до реалізації природоохоронні заходи. Можливе виконання і багатокористувацьких завдань, таких як регулювання випасу худоби і прогнозування продуктивності земельних угідь. Такі завдання ГІС вирішує на науковій основі, тобто вибираються рішення, що забезпечують мінімальний рівень впливу на дику природу, збереження на необхідному рівні чистоти повітря, водних об'єктів та ґрунтів, особливо в часто відвідуваних туристами районах

Застосування ГІС при вивченні довкілля

ГІС є ефективним засобом для вивчення довкілля в цілому, окремих видів рослинного і тваринного світу у просторовому і часовому аспектах. Якщо встановлені конкретні параметри навколишнього середовища, необхідні,наприклад, для існування якого-небудь виду тварин, включаючи наявність пасовищ та місць для розмноження, відповідні типи і запаси кормових ресурсів, джерела води, вимоги до чистоти природного середовища, то ГІС допоможе швидко підшукати райони з відповідною комбінацією параметрів, у межах яких умови існування або відновлення чисельності цього виду будуть близькі до оптимальним. На стадії адаптації переселеного виду до нової місцевості ДВС ефективна для моніторингу найближчих і віддалених наслідків вжитих заходів, оцінки їх успішності, виявлення проблем та пошуку шляхів їх подолання

Застосування ГІС при моніторингу умов життєдіяльності місцевих і привнесених видів

Використання ГІС ефективно і для моніторингу умов життєдіяльності місцевих і привнесених видів, виявлення причинно-наслідкових ланцюжків і взаємозв'язків, оцінки сприятливих і несприятливих наслідків вжитих природоохоронних заходів на екосистему в цілому і окремі її компоненти, прийняття оперативних рішень щодо їх коригування в залежності від мінливих зовнішніх умов.

Застосування ГІС в с/г

На локальному рівні пропонується велика кількість геоінформаційних систем, які адаптовані для обліку, прийняття управлінських рішень та організації виробництва в сільському господарстві: MapInfo, Atlas GIS, ArcView та ін. На вітчизняному ринку найбільшого поширення набули ArcGIS, ArcView зі спеціальними модулями оперативного обліку, виведенням зображення у 3D форматі, просторовим аналізом. Геоінформаційні системи ArcGIS та Mapinfo Professional мають широкий набір інструментів для створення електронних карт.

Використання ГІС у обліку сільськогосподарського підприємства дало змогу запроваджувати інноваційні методи землеробства. Однією із таких технологій є «точне землеробство» (Precision Farming), яке набуло поширення в європейських країнах у 90-ті роки минулого століття та визнане світовою сільськогосподарською наукою як ефективний спосіб економії ресурсів та зменшення негативного екологічного впливу виробництва. Технології точного землеробства ґрунтуються на аналізі кожного поля: визначення особливостей рельєфу, агрохімічного складу ґрунтового покриву і застосування на кожній ділянці поля різних агротехнологій. На основі біологічних потреб рослин вноситься нормована доза мінеральних добрив тільки на тих ділянках, які цього потребують. Усе це забезпечує суттєву економію мінеральних добрив та зменшення ймовірності забруднення навколишнього середовища.

Застосування ГІС в екотуризмі

Можливість швидкого створення захоплюючих, барвистих і, в той же час, якісних професійно складених карт робить ДВС ідеальним засобом створення рекламних і оглядових матеріалів для залучення публіки в швидко розвивається сферу екотуризму. Характерною рисою так званих "екотуристів" є глибока зацікавленість у детальною інформацією про природні особливості даної місцевості або країни, про події, що відбуваються в природі процесах, пов'язаних з екологією в широкому сенсі. Серед цієї досить численної групи людей великою популярністю користуються створені за допомогою ГІС науково-освітні карти, що відображають поширення рослинних угруповань, окремих видів тварин і птахів, області ендеміків і т.д. Подібна інформація може виявитися корисною для цілей екологічної освіти або для туристських агентств, для отримання додаткових коштів з фондів проектів і національних програм, що заохочують розвиток подорожей та екскурсій.

ГІС при оцінці впливу на навколишнє середовище, при моніторингу середовища

В міру розширення і поглиблення природоохоронних заходів є однією з основних сфер застосування ГІС стає стеження за наслідками вжитих дій на локальному та регіональному рівнях. Джерелами оновлюваної інформації можуть бути результати наземних зйомок або дистанційних спостережень з повітряного транспорту і космосу.

3. Застосування ГІС у екології та раціональному природокористуванні.

Використання геоінформаційних систем дозволяє оперативно отримувати інформацію за запитом і відображати її на електронній карті, оцінювати стан екосистеми і прогнозувати її розвиток.

Можливості ГІС:

• введення, накопичення, зберігання і обробка цифрової картографічної і екологічної інформації;

• побудова на підставі отриманих даних тематичних карт, що відображають поточний стан екосистеми;

• дослідження динаміки зміни екологічної обстановки у просторі та часі, побудова графіків, таблиць, діаграм;

• моделювання розвитку екологічної ситуації в різних середовищах і дослідження залежності стану екосистеми від метеоумов, характеристик джерел забруднень, значень фонових концентрацій;

• отримання комплексних оцінок стану об'єктів навколишнього природного середовища на основі різнорідних даних.

Тема 1.4 Використання ГІС при вирішенні екологічних задач

План

1. Концепція застосування ГІС при вирішенні екологічних задач

2. Приклади застосування ГІС в екологічній сфері в Україні

3. Роль і місце ГІС у природоохоронних заходах. Деградація середовища проживання (самостійно)

4. Роль і місце ГІС у природоохоронних заходах. Забруднення. Землеволодіння. Заповідні території (самостійно)

1. Концепція застосування ГІС при вирішенні екологічних задач

В екологічній сфері ГІС в більшості випадків використовується при моделюванні і прогнозу розвитку екологічних ситуацій та дослідженні природних ресурсів. Саме в цій галузі сьогодні найбільш ефективним є застосування ГІС разом з методами дистанційного дослідження Землі (ДЗЗ), що забезпечує актуальність та оперативність аналітичного процесу.

Сучасні ГІС й методи ДЗЗ є потужним інструментом, які допомагають оперативно вирішувати складні завдання моніторингу і прогнозу розвитку надзвичайних екологічних ситуацій та катастроф природного й техногенного характеру, а також дослідження природних ресурсів. Можливість інтеграції ГІС з проблемно-орієнтованими моделюючими комплексами суттєво розширюють діапазон їх застосування. Сьогодні таким шляхом у світі йде розробка моделей міграції забруднювачів в атмосфері та гідросфері, геологічному середовищі; повеневих ситуацій, розвитку карсту, зсувів, підтоплення тощо.

Причини, які спонукають до застосування ГІС як інформаційного забез­печення систем екологічного управління, пов'язані з такими обставинами:

• наявність великих обсягів екологічної та іншої інформації і значної кількості параметрів, що відстежуються в природно-антропогенних системах, унаслідок чого стає неефективним, а то й неможливим використання традиційних неформалізованих методів обробки емпіричних даних;

• динамічний характер досліджуваних процесів у природно-антропо­генних системах, що не залишає часу для "ручної" обробки інфор­мації і потребує оперативного прийняття рішень;

• імовірнісний і багатоваріантний характер розвитку подій, який дик­тує визначення наслідків екологічного, економічного й соціального характеру для різних сценаріїв;

• потреба в прогнозуванні зміни ситуації з розрахунком імовірності реалізації того або іншого сценарію;

• вплив на процес прийняття рішень суб'єктивної інтерпретації оброб­люваних даних із боку персоналу.

Загальні світові тенденції свідчать, що частка витрат на збирання, зберігання, обробку інформації та підтримку інформаційної інфраструктури систем екологічного управління постійно зростає і становить у розвинених країнах від 40 до 75 %. Нині понад 75 % карт у світі створюються й розпов­сюджуються в комп'ютерному вигляді.

У сфері екологічного управління сьогодні можна виділити кілька напрямів спеціалізації ГІС, які мають практичне застосування:

• ГІС для управління територіями (національний, регіональний, місце­вий та об'єктовий рівні);

• ГІС для ведення кадастрів природних ресурсів;

• моніторингові ГІС (національний, регіональний, місцевий та об'єк­товий рівні);

• ГІС для управління і моніторингу техногенних потенційно небезпеч­них об'єктів;

• диспетчерські ГІС;

• прикладні ГІС;

• довідково-інформаційні ГІС;

• ГІС для геопросторових банків да­них;

• ГІС для тематичних і спеціалізова­них банків даних;

• ГІС для корпоративних систем управління.

Структура використання даних дистанційного зондування

навколишнього природного середовища з космосу

2. Приклади застосування ГІС в екологічній сфері в Україні

Останніми роками в західній і центральній частині Причорномор’я відбувається

підтоплення, що має катастрофічні наслідки для міст і населених пунктів цього регіону.

Причиною виникнення підтоплення значною мірою є незбалансована у водно-екологічному відношенні інженерно-господарська діяльність. Розвитку процесу також сприяють геологічні умови –наявність лесових порід, які підстилаються щільними водотривкими глинами та мають добрі фільтраційні властивості у вертикальному напрямку. Це створює сприятливі умови для формування техногенних «верховодок» (водосховища, зрошувальні масиви, населені пункти та ін.). Швидке зростання рівнів ґрунтових вод також пов’язане зі слабким природним дренуванням території.

Створення прогнозної моделі підтоплення на півдні України з використанням ГІС вимагає створення таких шарів або груп шарів:

- рельєф;

- гідрологія;

- геологічна будова (поширення лесових порід, їх потужність, чим вони підстилаються та ін.);

- житлова забудова; розподіл земель за цільовим призначенням (ліси, луки, сільгоспугіддя,

- промислові території та ін.); гідротехнічні споруди (водосховища, греблі, канали, дренажні системи та ін.); промислові об’єкти; заповідні території;

- зрошувальні землі та об’єми водопостачання для їх поливу; гідродинамічні напори підземних вод, тощо.

Типовою є ситуація, коли активізація зсувних процесів викликана техногенними змінами умов дренування. Розташування інженерних об’єктів на схилах чи поблизу них є провокуючим чинником, що веде до порушення рівноваги масиву гірських порід. Поряд з іншими факторами, збільшення вологості та обводнення ґрунтів поблизу крутих схилів ярів та балок також викликає активізацію зсувних процесів.

3. Роль і місце ГІС у природоохоронних заходах. Деградація середовища проживання

ГІС з успіхом використовується для створення карт основних параметрів навколишнього середовища. Надалі, при отриманні нових даних, ці карти використовуються для виявлення масштабів і темпів деградації флори і фауни. При введенні даних дистанційних, зокрема супутникових, і звичайних польових спостережень з їх допомогою можна здійснювати моніторинг місцевих і широкомасштабних антропогенних впливів. Дані про антропогенні навантаженнях доцільно накласти на карти зонування території з виділеними областями, що представляють особливий інтерес з природоохоронною точки зору, наприклад парками, заповідниками та заказниками. Оцінку стану і темпів деградації природного середовища можна проводити і по виділених на всіх шарах карти тестовим ділянкам.

4. Роль і місце ГІС у природоохоронних заходах. Забруднення. Землеволодіння. Заповідні території

За допомогою ГІС зручно моделювати вплив і поширення забруднення від точкових і неточечних (просторових) джерел на місцевості, в атмосфері і по гідрологічної мережі. Результати модельних розрахунків можна накласти на природні карти, наприклад карти рослинності, або ж на карти житлових масивів в даному районі. В результаті можна оперативно оцінити найближчі й майбутні наслідки таких екстремальних ситуацій, як розлив нафти та інших шкідливих речовин, а також вплив постійно діючих точкових і площинних забруднювачів.

ГІС широко застосовуються для складання та ведення різноманітних, в тому числі земельних, кадастрів. З їх допомогою зручно створювати бази даних і карти по земельної власності, об'єднувати їх з базами даних по будь-яких природних і соціально-економічними показниками, накладати відповідні карти один на одного і створювати комплексні (наприклад, ресурсні) карти, будувати графіки і різного виду діаграми.

Ще одна поширена сфера застосування ГІС - збір та управління даними з охоронюваних територій, таким як заказники, заповідники і національні парки. У межах охоронюваних районів можна проводити повноцінний просторовий моніторинг рослинних угруповань цінних і рідкісних видів тварин, визначати вплив антропогенних втручань, таких як туризм, прокладка доріг або ЛЕП, планувати і доводити до реалізації природоохоронні заходи. Можливе виконання і багатокористувацьких завдань, таких як регулювання випасу худоби і прогнозування продуктивності земельних угідь. Такі завдання ГІС вирішує на науковій основі, тобто вибираються рішення, що забезпечують мінімальний рівень впливу на дику природу, збереження на необхідному рівні чистоти повітря, водних об'єктів та грунтів, особливо в часто відвідуваних туристами районах.

Тема 1.5 Оцінка ступеня озеленення з використанням ГІС технологій

План

1. Проблема зменшення площ, які відведені під зелені насадження

2. Озеленення територій промислових підприємств

3. Ситуаційний план за допомогою аерофотознімків. Програма Google Earth (самостійно)

1. Проблема зменшення площ, які відведені під зелені насадження

Сучасне місто є складною багатофункціональною системою, що поєднує у собі промислові підприємства, житлову забудову, розвинуту транспортну та комунальну інфраструктуру. Характерною ознакою сучасності є постійне зростання темпів розбудови міст за рахунок зменшення площ зелених насаджень і відповідної втрати їх основних природоохоронних функцій.

Проблема зменшення площ, які відведені під зелені насадження, стосується кожного мешканця міста, і особливо тих, які мешкають у районах з високим техногенним навантаженням, бо окрім естетичної функції рослини виконують ряд важливих санітарно-гігієнічних і екологічних функцій.

Діяльність промислових підприємств супроводжується значним забруднення природних середовищ пилом, викидами й скидами побічних продуктів, відходів виробничої діяльності, тепловим, електромагнітним, шумовим й іншим видами забруднень. Тому на території промислових підприємств та у виробничих зонах міст формується складна екологічна ситуація. У порівнянні із природним середовищем, крім наявності забруднюючих газоподібних речовин, на таких територіях спостерігається вища максимальна температура, її добова мінливість, нижча інтенсивність сонячної радіації й відносна вологість повітря, вища запиленість та ін.

Значну роль у ослабленні та нейтралізації негативних впливів промислових зон на працівників підприємств, жителів прилеглих територій і компоненти природного середовища відіграють зелені насадження. Вони забезпечують оздоровлення атмосферного басейну шляхом мінімізації концентрації в повітрі пилу і токсикантів, зменшення сили звукових хвиль, регулювання вітро-пилових та вітро-газових потоків, формування комфортного мікроклімату та ін.

2. Озеленення територій промислових підприємств

Для озеленення територій промислових підприємств, їх санітарно-захисних зон та придорожних смуг рекомендується вибирати найбільш стійкі рослини, ступінь і характер захисних властивостей яких у значній мірі залежать і від типу насадження

Слід відмітити, що рослини лише частково вирішують проблему знешкодження забруднювачів. Основні рішення проблеми зменшення обсягів викидів шкідливих речовин перебувають у площині виробничо-технологічної діяльності людського суспільства, яке, користуючись досягненнями науково-технічного прогресу, має створювати безвідходні технології і досконалу техніку, зводити до мінімуму промислові викиди, що потрапляють у різні компоненти навколишнього середовища

Основною функцією зелених насаджень санітарно-захисних смуг є зменшення та нейтралізація забруднювачів поблизу промислових зон, збагачення повітря киснем, фітонцидами та ін. Крім того, між промисловими підприємствами та селітебною зоною повинна бути територія, засаджена зеленими насадженнями, розміщення й склад яких повинен відповідати їх захисним функціям та можливостям.

Ширину санітарно-захисних зон в Україні встановлюють відповідно до діючого законодавства залежно від класу небезпеки підприємства. Крім того, концентрації забруднюючих речовин не повинні перевищувати ГДК на території житлової забудови.

Озеленення санітарно-захисних зон є складовою частиною проектної документації на будівництво підприємств, для чого попередньо проводять спеціальні дослідження із вивчення санітарно-гігієнічних і природно-кліматичних умов, архітектурно-планувальних рішень промислових підприємств і прилеглих до них територій, асортименту рослин тощо.

В озелененні промислових підприємств особливе місце займають захисні зони між підприємством та містом, які називають ізолюючими та створюють з метою зменшення і екранування надходження шкідливих речовин на територію, яку вони захищають.

Ці насадження зазвичай мають вигляд щільних смуг, перпендикулярних до напрямку поширення викидів та створюють на шляху забрудненого повітряного потоку механічну перешкоду. При нормальних метеоумовах вони знижують вміст газоподібних домішок на 25-35% шляхом розсіювання й відхилення забрудненого повітряного потоку.

Слід відмітити, що створенню цих зон не завжди приділяють достатню увагу. Іноді роблять лише необхідний за санітарними нормами розрив між промисловим підприємством і житловою забудовою, та не впорядковують її, тому вона не забезпечує повноцінного захисного ефекту. Тому для підвищення ефективності експлуатації захисних зон промислових підприємств, потрібно максимально використовувати ці території для розміщення зелених насаджень.

Для створення та контролю системи озеленення санітарно-захисних зон промислових підприємств можна використовувати сучасні геоінформаційні системи. Сьогодні методи дистанційного зондування є досить розвинутими, та застосовуються в багатьох напрямах наукових досліджень. Вони дають змогу швидко й комплексно отримувати та аналізувати накопичену інформацію, маніпулювати нею, оперативно її поновлювати та аналізувати, поєднувати з прийняттям управлінських рішень на різних рівнях: локальному, регіональному, глобальному.

3. Ситуаційний план за допомогою аерофотознімків

Ситуаційний план структури будь-якого підприємства та прилеглих до нього об’єктів можна отримати за допомогою аерофотознімків.

Для цього користувач ПК може скористатись такими програмними продуктами як LandSky, Google Earth, Google Maps, TerraServer та ін. Найбільш оперативно та безкоштовно отримати якісні аерофотознімки можна за допомогою програми Google Earth.

Google Earth – це проект компанії Google, у рамках якого в мережу Internet було розміщено супутникові фотографії усієї земної поверхні. На відміну від інших аналогічних програм, що транслюють супутникові знімки у звичайному браузері (наприклад, Google Maps або TerraServer), у даному сервісі використовується спеціальна, клієнтська програма Google Earth. Такий підхід хоча й вимагає витрат зайвого трафіку, необхідного для завантаження самої програми, але надалі забезпечує додаткові можливості, які складно реалізувати за допомогою веб-інтерфейсу.

Для візуалізації зображення використовується тривимірна модель усієї земної кулі (з урахуванням висоти над рівнем моря), що відображується на екрані за допомогою інтерфейсів DіrectX або OpenGL. Саме в тривимірності ландшафтів поверхні Землі полягає головна відмінність програми Google Earth від її попередника Google Maps. Користувач може легко переміщатися в будь-яке місце, використовуючи положення "віртуальної камери". Слід відмітити, що практично вся поверхня суходолу покрита зображеннями, з масштабом 15 м на піксель, але є й окремі ділянки поверхні з масштабом від 3 до 0,15 м на піксель, що покривають столиці й деякі великі міста більшості країн світу.

Також, до переваг програми Google Earth можна віднести значну кількість налаштувань для роботи з аерофотознімками: вибір графічного режиму та якості відображення ландшафту, глибину текстур та зображення географічних координат у різних вимірах або проекціях. Існує також інструмент для визначення відстані у різних одиницях виміру. Крім того, програма Google Earth дозволяє зберігати зображення на екрані у вигляді графічних файлів.

Все це є достатнім для отримання якісних аерофотознімків з ситуаційним планом будь-якого підприємства або окремих його об’єктів у необхідному масштабі.

Для роботи з геоінформаційними даними існує багато програм, серед яких найбільш розповсюджені: Maple, MapInfo, ArcGIS, Geograph, ГІС ПАРК, ГІС "Око" та MapCad. За допомогою цих програм та їх інтерфейсів можна виконати будь-яке завдання ГІС, включаючи картографування, географічний аналіз, редагування та компіляцію даних, керування даними, їх візуалізацію та геообробку.

Тема 1.6 Спеціальні ГІС для охорони довкілля

План

1. Екологічні карти – основа природоохоронних ГІС.

2. Концепція ГІС екологічного моніторингу та екологічної безпеки (самостійно)

1.Екологічні карти – основа природоохоронних ГІС.

Метою створення екологічних карт є забезпечення органів управління, навчальних, наукових, проектних і виробничих організацій, громадських «зелених» рухів і окремих громадян сучасною просторовою інформацією про екологічний стан довкілля й фактори, які на нього впливають.

Екологічне картування — важливий узагальнюючий етап екологічних досліджень. Як і в географії чи геології, залежно від конкретної мети досліджень, їх детальності, обсягів, досліджуваної площі, екологічні карти теж можуть бути різного масштабу і призначення:

оглядові регіональні(1:5 000 000 — 1:1 000 000), дрібномасштабні(1:300 000 — 1:500

000), середньомасштабні(1:100 000 — 1:200 000), великомасштабні(1:25 000 — 1:50 000), детальні(понад1:20 000).

За тематикою призначення ці карти можуть бути геоекологічного, біоекологічного чи техноекологічного характеру, нести медико-екологічну, радіоекологічну інформацію або якісь інші специфічні екологічні характеристики, відтворювати конкретні рекреаційні, природоохоронні чи еколого-економічні особливості території.

Сучасні екологічні карти, як і сучасна наука екологія, характеризуються надзвичайно широким діапазоном зображуваної інформації щодо природно-антропогенних об'єктів і процесів, особливостей просторового розподілу наслідків взаємодії природного й техногенного факторів.

Екологічне картування, як і взагалі екологічні дослідження в цілому, завжди починаються з екологічного моніторингу. Під цим терміном розуміють систему спостережень, оцінки, контролю за станом навколишнього природного середовища з метою розробки заходів щодо його охорони, раціонального використання природних ресурсів і попередження критичних ситуацій, шкідливих чи небезпечних для здоров'я людини; спостережень за існуванням живих організмів і їх угруповань(спільнот), а також природних процесів, об'єктів і їх комплексів та природних і антропогенних процесів.

Екологічні карти поділяються на чотири групи:

1) базові карти природних умов і ресурсів з даними про їхні антропогенні зміни і екологічний стан;

2) карти забруднень і порушень довкілля і його складових;

3) оперативні карти забруднень атмосфери, водних ресурсів та катастрофічних ситуацій, що виникли;

4) оціночні та прогнозні карти змін екологічної ситуації.

До комплексу екологічних карт адміністративного району(області), масштабу1:200 000— 1:500 000, мають входити:

1) карти, які характеризують особливості природи території і її природний потенціал(основна карта— ландшафтна, яка відтворює екзогенні процеси);

2) карти, що характеризують особливості використання території і типи антропогенних порушень, пов'язаних з ним(основна карта— антропогенних змін

ландшафту);

3) карти охорони й відтворення природи;

4) карги й діаграми, що відтворюють динаміку природних і антропогенних процесів(зміни структури сільгоспугідь, посівних площ, врожайності, продуктивності тваринництва, зміни в використанні мінеральних ресурсів тощо);

5) узагальнююча карта геоекологічного районування території з інформацією про причини формування сучасних екологічних умов.

Будь-яка екологічна карта має два компоненти: природний і техногенний.

Природний компонент(ландшафт, геологічна чи тектонічна будова тощо) на цих картах відображаються, як правило, кольоровим фоном. Техногенний компонент може мати фоновий характер(площі, що обробляються з посиленим застосуванням пестицидів, зрошувані чи осушувані площі, ділянки вирубки лісу тощо). Показ такого фонового техногенного компоненту виконується за такою самою методикою, що застосовується, наприклад, при складанні геохімічних, геофізичних і інших подібних карт.

А саме: при їх складанні потрібно мати сітку спостережних пунктів чи точок відбору проб, маршрутів спостережень. Ці дані обробляються шляхом інтерполяції ділянок між точками чи маршрутами, результатом чого є виділення площ між ізолініями вмісту того чи іншого забруднювача

Другий спосіб відображення техногенного компоненту на екологічних картах—дискретний(точковий).

Особливе значення мають прогнозні екологічні карти. Вони відображають ті зміни, які можуть статися в геокомплексах і екосистемах за певних умов, враховуючи довготривалі результати впливу на середовище різних забруднень і порушень, залежно від їх інтенсивності й часу дії. Прогнозні екологічні карти є карти стійкості та порушеності геокомплексів, гранично допустимих навантажень на середовище тощо. Перспективним сучасним напрямом екологічного картування є перетворення картографічної продукції у цифрову форму за допомогою ЕОМ.

Це, зокрема, дає змогу створювати на основі серії екологічних карт дисплейний фільм. Плавна динамічна послідовність карт на екрані дисплея ЕОМ відтворює просторово-часовий хід природних й антропогенних процесів і явищ. Ця методика дає можливість швидко виводити на екрані дисплея різні варіанти карти(за змістом, оформленням), будувати тривимірні зображення.

2. Концепція ГІС екологічного моніторингу та екологічної безпеки.

Метою географічної інформаційної комп’ютерної системи екологічної безпеки(ГІС КСЕБ) є створення безпечних умов життя населення і відновлення навколишнього природного середовища. Вона включає кілька різномасштабних рівнів і може бути адаптована до України чи будь-якої іншої держави в масштабі 1:1 000 000, до нафтогазової, енергетичної, транспортної, будівельної, лісогосподарської, хімічної, приладо- й машинобудівної, агропромислової чи інших галузей або регіону в масштабі1:500 000, до адміністративної області в масштабі1:200 000, адміністративних районів, рекреаційних зон, національних парків у масштабі1:50 000, промислових вузлів, АЕС, ТЕС, нафтогазопроводів, нафтотерміналів, інших промислових об'єктів, а також територій міст у масштабі1:10 000.

Основою системи є банк екологічної інформації, що складається з10 баз, які

охоплюють всі компоненти екосистеми. На комп'ютері моделюється екологічний стан усіх компонентів природно-антропогенних екосистем, прогнозуються їх зміни природним шляхом та під впливом техногенного навантаження. Залежно від запланованого сценарію розвитку взаємодії між природою, господарством і суспільством задаються необхідні екологічні обмеження господарської діяльності на території, в галузі або на підприємстві. Система є новою інформаційною технологією, що дозволяє здійснювати керований контроль та автоматизоване керування екологічною безпекою території держави, регіону, галузі, області, району, міста, підприємства.

Змістовий модуль 2. Особливості користування сучасними ГІС

Тема 2.1 Дані в геоінформаційних системах

План

1. Просторова інформація в ГІС

2. Географічні дані у ГІС

3. Моделі і бази даних у ГІС (самостійно)

1. Просторова інформація в ГІС.

Просторова (картографічна) інформація є основою інформаційного блока ГІС, тому способи її формалізації є найважливішою складовою частиною технології географічних інформаційних систем.

Просторові дані вводяться і зберігаються в комп'ютері у формалізованому вигляді. Використовуються два основних способи формалізації просторових даних - растровий і векторний, відповідні двом принципово різним способам опису (моделям) просторових даних.

Растрова модель, або растровий спосіб подання просторових даних, — спосіб формалізації просторових даних за елементами(комірками) растра, який суцільно покриває територію.

Векторна модель, або векторний спосіб подання просторових даних, — спосіб формалізації просторових даних, що базується на використанні певного набору елементарних графічних об'єктів, чи «графічних примітивів», до яких належать: точка, лінія, полігон, дуга або сегмент.

У першому способі просторова інформація співвідноситься з комірками регулярної сітки як з елементами території (растрове подання), у другому - використовується система елементарних графічних об’єктів, положення яких у просторі визначається за допомогою координат (векторне подання).

У растровій моделі просторова інформація кодується у вигляді прямокутної матриці - за рядками і стовпцями, розмір якої відповідає розміру вихідного растра. У зв'язку з цим положення кожного елемента растра в просторі визначається номерами стовпця і рядка, у яких розміщений даний елемент.

Растровий спосіб формалізації просторових даних має два різновиди — регулярних мереж (grid cells) і власне растровий (raster), що принципово не відрізняються один від одного, оскільки і той і інший базуються на формалізації просторової інформації за комірками (cells) регулярної мережі, що суцільно покриває територію. У кожній комірці цієї мережі інформація відображається одним числом.

Під методом регулярних мереж звичайно розуміють ручний спосіб оцифрування просторових даних шляхом осереднення або генералізації значень елемента, що цифрується, у кожному квадраті сітки — середнього значення висоти земної поверхні, довжини гідрографічної мережі, концентрації забруднювача, переважаючого різновиду ґрунтового покриву і т.п., що історично передував появі автоматичних методів растеризації просторової інформації, але застосовується і сьогодні.

Растровий спосіб формалізації просторових даних, чи растрова модель просторових даних, полягає в зображенні просторових об'єктів у вигляді мозаїки, що суцільно покриває територію. Ця мозаїка і називається растром. Кожен елемент растра називається чарункою (коміркою) растра або пікселем.

2. Географічні дані у ГІС.

Як джерело просторових даних для ГІС зберігають свою актуальність географічні карти. Для просторового прив'язування і копіювання даних при побудові багатьох картографічних баз даних, включаючи тематичні карти і цифрові моделі рельєфу, використовуються топографічні карти - загальногеографічні карти універсального призначення, що докладно зображують місцевість.

Топографічні карти поділяють на великомасштабні (1:50000 і більше), середньомасштабні (1:100000 - 1:500000,)) і дрібномасштабні, або оглядово-топографічні (дрібніше 1:500000).

Великомасштабні топографічні карти (1:50000, 1:25000 і 1:10000) створюються за матеріалами польових топографічних зйомок, а всі інші - відображенні будь-якого об'єкта на поліграфічному відбитку карти має не перевищувати 0,1 мм. Виходячи з цієї величини, можна визначити величину систематичної похибки і, відповідно, точність цифрової карти, побудованої на основі топокарти обраного масштабу.

Для масштабу 1:200 000 закладена похибка становитиме близько 20 м, для 1:100 000 - 10 м, для 1:10 000 - 1 м. Таким чином, для одержання підсумкової точності цифрової карти 1 м і нижче необхідно використовувати топокарти масштабу 1:10 000 або матеріали спеціальної топографічної зйомки.

За топокартами можна визначити і безпосередньо цифрувати такі просторові об'єкти:

- систему координат (географічну чи топографічну);

- місце розташування і висоти пунктів опорної геодезичної мережі;

- оцінки висот рельєфу, контури і глибину ерозійних форм;

- місце розташування гідрографічних об'єктів, оцінки урізів води, глибин, ширини русла, швидкості і напрямку течії;

- назву населеного пункту, кількість будинків, тип і контури великих будівель, кар'єрів та ін.;

- тип покриття, ширину проїжджої частини й узбіччя для автодоріг, конструкцію, довжину і вантажопідйомність мостів, висоту (глибину) насипів і виїмок;

- контури лісових масивів або ділянок природної рослинності, тип деревних порід, висоту і густоту рослинності, ширину лісосмуг;

- місце розташування і тип елементів лінійної технічної інфраструктури (ЛЕП, трубопроводи).

Дані з електронних геодезичних приладів являють собою файл із координатами та ідентифікаторами точок зйомки. У таких файлах також може міститися інформація про проведені виміри - вертикальні і горизонтальні кути, відстані. Файли даних можуть створюватися в спеціальних фірмових форматах або в звичайному текстовому форматі ASCII. Спеціальні програмні пакети для обробки даних геодезичних вимірів або модулі координатної геометрії інструментальних пакетів ПС (пакет Інвент-Град (Україна);

Текстові дані перетворюються в координати точок прив'язування, для яких за обмірюваними кутами і відстанями визначаються місця розташування точок по контурах об'єктів (будинків, доріг та ін.). створюється графічний векторний файл. Якщо прилад підтримує введення ідентифікаторів і описів об'єктів під час зйомки, ці дані можуть автоматично вводитися в атрибутивну базу даних.

3. Моделі і бази даних у ГІС.

Атрибутивні дані — дані в ГІС, що не мають указання на координати чи місце розміщення об'єктів, або дані, що описують кількісні і якісні характеристики просторових об'єктів.

Реляційна модель даних— найбільш поширена модель бази даних; дані організовані у вигляді таблиць, що складаються з рядків(записів) і стовпців(полів). Зв'язок між різними таблицями здійснюється за допомогою ключових полів.

База даних (БД)— сукупність відповідним чином формалізованих і структурованих даних, для організації введення, збереження і доступу до яких розробляються спеціальні правила.

Збереження даних у БД забезпечує централізоване керування, дотримання

стандартів, безпеку і цілісність даних, скорочує надмірність і усуває суперечливість даних.

База даних є інформаційною моделлю реального світу і являє собою сукупність даних, організованих за певними правилами, що встановлюють загальні принципи опису, збереження і маніпулювання даними. Об'єкти бази даних можуть бути описані різними способами:

У вигляді текстових описів, цифрових кодів, комбінованих цифро-буквених класифікаторів, числових значень різного типу, календарних дат та ін.

Кожен однотипний об'єкт складається з окремих записів, що характеризують кожний об'єкт і покажчики зв'язків між ними.

У більшості випадків бази даних проектуються таким чином, щоб один або кілька атрибутів однозначно ідентифікували запис. Сукупність значень цих атрибутів називається ключем запису, а самі атрибути-ключовими атрибутами. Ключ запису можна розглядати як унікальне ім'я запису, за яким користувач завжди може знайти цей запис.

У концептуальній схемі вся безліч однотипних записів подається одним абстрактним записом, що називають типом запису. Кожному типу записів відповідають ім'я і список атрибутів. Аналогічно безлічі наявних у базі даних однотипних зв'язків у концептуальній схемі відповідає один тип зв'язку. Створення бази даних і звернення до неї здійснюються за допомогою системи керування базами даних (СКБД). Виділяються персональні бази даних для роботи з даними, пов'язаними з посадовими обов'язками окремого посадовця; бази даних підрозділу, підприємства, що обслуговують кілька різних фахівців у складі локальної обчислювальної мережі; корпоративні (наприклад, муніципальні) бази даних, що обслуговують кілька тисяч фахівців і сотні тисяч зовнішніх користувачів у режимі розділеного доступу, з використанням різноманітного програмного забезпечення, апаратних засобів, різних мережних протоколів і форм представлення даних.

Основою бази даних є модель даних - фіксована система понять і правил для представлення даних структури, стану і динаміки проблемної області в базі даних. У різний час послідовне застосування одержували ієрархічна, мережна і реляційна моделі даних. У наш час усе більшого поширення набуває об'єктно-орієнтований підхід до організації баз даних ГІС.

Тема 2.2 Програмні засоби ArcGIS та основні етапи створення геоінформаційних систем

План

1. Загальні поняття про ГІС-платформи

2. Створення ГІС певного призначення (самостійно)

1. Загальні поняття про ГІС-платформи

Відомо багато розробок ГІС-платформ (ГІС-пакетів, оболонок), з них в Україні найбільш поширені MapInfo, ArcInfo, GeoDraw, ArcView, Карта (Панорама), Digitals та інші. Кожна з них постійно модернізується, тому одночасно існує декілька версій. При цьому, як правило, можливості старішої версії в повному обсязі реалізуються в новій. Одна з важливих характеристик для користувачів ГІС-платформ полягає в особливостях реалізації в їх середовищі функцій просторового аналізу. Всі сучасні ГІС-платформи вміщують вичерпний набір функцій запитів. Останні дозволяють формувати множину різних об’єктів, в тому числі і просторових, на базі заданих критеріїв, які, в свою чергу, також можуть формуватись в категоріях просторових відношень. Найпростіша форма просторових запитів полягає в отриманні характеристик об’єкта по вказівці його курсором на моніторі і навпаки, коли відображаються об’єкти із заданими атрибутами. В розвинутих ГІС-платформах можна відбирати об’єкти за певними ознаками, наприклад віддалення від одного з них, сусідства, співпадання за заданими критеріями тощо.

Просторовий аналіз містить також функції розрахунку топографічних параметрів місцевості - відстані, площини, кути. Важливою особливістю ГІС-платформ є те, що вони дозволяють виводити графічну інформацію на принтер чи плоттер з використанням широкої кольорової гами, а текстову чи графічну на принтери відповідних форматів. Ця інформація може також передаватись на значні відстані по електронній пошті, або засобами інтернету. Для ілюстрації принципових можливостей сучасної ГІС-платформи наведемо перелік основних модулей самої поширеної в світі ГІС – ArcGIS:

- ArcCatalog призначений, головним чином, для управління зберіганням просторових даних та структурою баз даних;

- ArcMap дозволяє створювати і редагувати карти та здійснювати їх ГІС-аналіз;

- ArcToolbox дозволяє здійснювати перетворення та географічну обробку даних;

- ArcView містить набір інструментів створення карт і аналізу, а також найпростіші засоби для редагування і географічної обробки даних;

- ArcEditor, крім засобів ArcView, містить розширені можливості редагування;

- ArcInfo, крім засобів ArcEditor, містить розширені можливості геообробки даних — ця складова є найпотужнішою і найфункціо-нальнішою в пакеті ArcGIS;

- ArcGIS Spatial Analyst забезпечує широкий вибір функцій просторового моделювання та аналізу, що дозволяють створювати растрові дані, будувати до них запити, вести картографування та аналіз на їх основі.

- ArcGIS Spatial Analyst дозволяє також проводити спільний аналіз векторних та растрових даних;

- ArcGIS 3D Analyst дозволяє ефективно відображати та аналізувати поверхні, у тому числі рельєф місцевості. Використовуючи ArcGIS 3D Analyst, можна розглядати поверхні з різних точок, будувати запити до поверхонь, визначати області видимості з різних точок спостереження та створювати реалістичні тривимірні зображення шляхом „накладання” растрових та векторних даних на поверхню. Ядром модуля ArcGIS 3D Analyst є додаток ArcScene, який забезпечує інтерфейс для перегляду шарів тривимірних даних, для побудови та аналізу поверхонь;

- ArcGIS Geostatistical Analyst дозволяє будувати неперервні поверхні на основі вимірів, проведених в окремих точках простору;

- ArcGIS Schematics — це ефективне та прогресивне рішення для автоматизованого створення схематичного представлення об’єктів бази геоданих ArcGIS;

- ArcPress призначений для друкування карт шляхом створення файлів стандартних графічних форматів, а також файлів-програм, написаних мовами управління стандартними широкоформатними та настільними принтерами;

- ArcGIS Publisher забезпечує формування документів карт у форматі MXD, що дозволяє публікувати файли карт (у форматі PMF) та обмінюватися ними через локальні та глобальні мережі;

- ArcGIS Survey Analyst призначений для обробки результатів геодезичного знімання;

- ArcGIS Tracking Analyst використовується для відображення та аналізу даних у режимі реального часу, таких, наприклад, як дані систем супутникового позіціонування GPS;

- ArcGIS Maplex призначений для оптимального розміщення в автоматичному режимі за заданими правилами текстових назв (підписів для об’єктів) на карті;

- ArcScan є професійним векторизатором

Проект "ПАНОРАМА" - це набір геоінформаційних технологій, що включає в себе професійну ГІС "Карта 2011", професійний векторизатор електронних карт "Панорама-Редактор", додаток ГІС Сервер, призначений для забезпечення віддаленого доступу до геопросторових даних, універсальний засіб розробки геопорталів різного призначення "GIS WebServer", інструментальні засоби розробки ГІС додатків для різних платформ GIS ToolKit, муніципальну ГІС "Земля і Нерухомість", систему обліку об’єктів нерухомості "ГІС "Нерухомість", систему для автоматизації управління сільськогосподарським підприємством у галузі рослинництва ГІС "Панорама АГРО", конвертори для обміну даними з іншими ГІС (DXF/DBF, MIF/MID, Shape, GML, S57/S52, MP, IN4/XML та ін.), а також спеціалізовані додатки (Internet, сільське господарство, диспетчерські системи, зв’язок, навігація, екологічний моніторинг та інше). Програмне забезпечення сертифіковане у Роскартографії Сертифікат та витримало Державні іспити у Топографічній службі ЗС РФ.

Програма "Еколог-ШУМ"

Дозволяє проводити оцінку звукового тиску в окремих точках і на розрахункових площадках. Програма дає можливість розробляти розділи «Оцінка шумового впливу» у складі проектів організації санітарно-захисних зон промислових підприємств.

В основі програми два нормативних документа:

СНиП II-12-77 Норми проектування. Захист від шуму. Затверджені постановою державного комітету Ради Міністрів СРСР у справах будівництва від 14 червня 1977 № 72

СНиП 23-03-2003 Захист від шуму і акустика

До програми "Еколог-Шум" безкоштовно поставляється електронний "Каталог шумових характеристик технологічного обладнання (до СНиП II-12-77)", НДІ будівельної фізики, 1988

Робота з вихідними даними в програмі «Еколог-Шум» дуже проста. Зручний інтерфейс налаштований на дружнє спілкування, зокрема, з початківцями фахівцями.

Джерела шуму наносяться прямо на карту. Для кожного джерела шуму заносяться його назву, тип, нижня і верхня висота, рівень потужності або звукового тиску в Дб (залежно від типу даних - паспортні або виміряні) за октавними смугам частот з середньогеометричними частотами від 31,5 Гц до 8000 Гц. Крім точкового і лінійного, реалізований об'ємний тип джерела шуму. Його особливістю є можливість завдання шумливою сторони або сторін джерела. Координати джерел можуть бути відкоректовані користувачем.

Програма містить заповнений довідник шумових характеристик, який може редагуватися і поповнюватися користувачем.

Перешкоди для шуму заносяться аналогічним способом - малюються на карті. Програма забезпечена довідником матеріалів перешкод, залежно від яких змінюється коефіцієнт поглинання шуму.

Поиск по сайту: