Файл: Ципилева Т.А_Геоинформационные системы_Учебное пособие_Томск_ТМЦДО_2004.pdf

9

Функциональные компоненты ИС. Функциональные ком-

поненты ИС включают в себя набор функций управления объектом, т.е. полный комплекс взаимоувязанных во времени и пространстве работ по управлению, необходимых для достижения поставленных перед оператором целей.

Любая сложная управленческая функция может быть расчленена на ряд более мелких задач, которые доводятся до органов управления. От того, как будут выполнены отдельные задачи, зависит результат работы объекта управления в целом.

Выбор необходимых для достижения цели работ осуществляется в каждом конкретном случае с учетом четырех основных фаз управления:

-планирования;

-учета;

-контроля и анализа;

-регулирования (исполнения).

1.Планирование работ – это первая управленческая функция, обеспечивающая формирование планов, в соответствии с которыми затем будет организовано функционирование объекта управления. Выделяют перспективное (10 лет), годовое и оперативное (сутки, месяцы) виды планирования.

2и 3. Учет, контроль и анализ – это функции, обеспечи-

вающие получение данных о состоянии системы за определенный промежуток времени, определение факта и причины отклонения фактического состояния объекта управления от его планируемого состояния, нахождение величины этого отклонения.

4.Регулирование – функция, обеспечивающая сравнение планируемых и фактических показателей функционирования объекта управления и формирование и реализация необходимых управляющих воздействий через органы управления на систему. Т.е. в этом блоке проводится выбор и обоснование перечня функциональных задач, решение которых необходимо для достижения цели. Реализация процесса достижения цели может быть многовариантной, т.е. один и тот же результат можно достигнуть с применением различных методов, моделей и алгоритмов. Как правило, среди множества вариантов имеется один, являющийся более предпочтительным и его нужно найти.

10

Системы обработки данных. Компоненты системы обра-

ботки данных (СОД) используются для информационного обслуживания операторов, принимающих управленческие решения.

Основные функции СОД:

-сбор, регистрация и перенос на машинные носители информации;

-передача информации в места ее хранения и обработки;

-ввод информации в ЭВМ, контроль ввода;

-создание и ведение внутримашинной базы данных;

-обработка информации на ЭВМ (накопление, сортировка, корректировка, выборка, арифметическая и логическая обработка);

-вывод информации пользователю (таблицы, тексты, графики и др.);

-организация и управление вычислительным процессом в локальных и глобальных сетях.

СОД могут работать в трех режимах: в пакетном, интерактивном и в режиме реального времени.

В пакетном режиме результаты работы выдаются после выполнения всего пакета заданий. Недостатком такого режима является «отрыв» пользователя информационной системы от процесса обработки информации, что снижает оперативность при формировании управляющего воздействия.

При интерактивном режиме происходит постоянный обмен сообщениями между пользователем и системой, управляющее воздействие формируется в полуавтоматическом или ручном режиме.

Режим реального времени используется, как правило, при управлении быстропротекающими процессами, и управляющее воздействие в автоматическом режиме действует на объект в процессе его функционирования.

Практически все системы обработки данных ИС включают один и тот же набор составных частей (блоков). Основные блоки СОД: информационное, программное, техническое, правовое, лингвистическое обеспечение.

Информационное обеспечение – это совокупность методов и средств по размещению информации, оно включает в себя сис-

11

темы кодирования, классификации, рационализации форм документов, методы создания и ведения внутримашинных баз данных.

Программное обеспечение – это совокупность программных средств создания и эксплуатации СОД. Оно включает в свой состав базовые (общесистемные) и прикладные программы.

Техническое обеспечение – комплекс технических средств, применяемых для функционирования системы как вне ЭВМ (периферийные устройства, средства сбора информации, оргтехника и др.), так и в ЭВМ.

Правовое обеспечение – совокупность правовых норм, регламентирующих создание и эксплуатацию системы. Сюда входят любые правовые акты между заказчиком и исполнителем работы, условия придания юридической силы документам, обязанности и ответственность персонала, правила пользования информацией, порядок разрешения споров и др.

Лингвистическое обеспечение – совокупность языковых средств, используемых на всех стадиях развития системы. Например, язык общения ЭВМ и человека.

Организационные компоненты ИС. Организационные компоненты ИС – это совокупность методов и средств, позволяющих усовершенствовать структуру и функции системы, определить рациональное штатное расписание, численный состав подразделений, разработать должностные инструкции для каждого работника.

Главная задача этой компоненты – выявление соответствия организационной структуры и функций управления объектом для достижения запланированной цели. В этот блок включаются следующие функции:

-установление четких служебных обязанностей каждого работника;

-определение нормальной загрузки работников;

-разработка должностных инструкций на случай аварийных ситуаций и природных бедствий и др.

12

1.2 Классификация информационных систем

Имеется несколько классификаций информационных систем, зависящих от основания классификации.

В зависимости от уровня автоматизации ИС делятся на три типа:

1)ручные ИС (все операции по переработке информации в них производятся человеком, например, библиотека старого типа);

2)автоматизированные ИС (часть функций по управлению

иобработке информации поручена ЭВМ);

3)автоматические (все функции выполняют технические средства, например, автоматическое управление технологическим процессом, например, управление ядерным реактором).

По объему выполняемых функций ИС подразделяются на два типа: полные ИС и неполные.

1.Система называется полной, если в процессе работы такой системы осуществляется полный технологический цикл обработки информации, включающий следующие процессы:

- ввод всех видов информации данной предметной области для решения задач, поставленных перед системой;

- обработка информации с привлечением набора существующих средств;

- вывод или представление информации в заданных формах без привлечения других технических и программных средств.

2. Система называется неполной, если она осуществляет частичную обработку информации или привлекает для решения поставленных задач другие системы.

По сфере применения ИС делятся на следующие типы:

1.ИС в научных исследованиях (АСНИ): такие ИС используются для анализа деятельности научных работников, для анализа статистической информации, для управления экспериментом.

2.ИС в автоматизированном проектировании (САПР): их применяют для автоматизации труда работников-проектиров- щиков и разработчиков новой техники. Такие ИС помогают разрабатывать новые изделия; создавать графическую документа-

13

цию; моделировать проектируемые объекты; создавать управляющие программы для станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

3.ИС организационного управления применяются для автоматизации функций административного персонала: например, ИС банков, гостиниц, страховых компаний, офисные информационные системы.

4.ИС управления технологическими процессами: такие ИС применяют для автоматизации процессов управления, особенно

вопасных и вредных производствах (управление работой ядерного реактора, ускорителя частиц и др.).

5.В конце ХХ века появился новый тип информационных систем – геоинформационные системы (ГИС), а с середины

90–х годов ГИС приобрели уже статус серьезного стратегического резерва в экономике тех стран, которые вступили в период становления информационного общества.

«... Именно географическая информация становится критичным компонентом в задачах содействия экономическому развитию, умелому природопользованию и защите среды обитания. Современные технологии позволяют эффективно решать задачи сбора, распространения, анализа и визуализации данных с пространственной привязкой, создания картографи-

ческих материалов....» − из указа США (Клинтон Б.) «О создании национальной инфраструктуры данных с пространственной привязкой», апрель 1994 г. В декабре 1996 года было принято Постановление Правительства России «ГИС как органы государственной власти (ОГУ)».

Национальное географическое общество США, Ассоциация Американских географов и Институт исследования окружающей среды (ESRI) инициировали проведение ежегодного Всемирного Дня ГИС: 19 ноября. Основная идея Дня ГИС, по замыслу основателей, заключается в широкой просветительской деятельности каждого, кто имеет опыт и знания в этой области, во внедрении географического подхода в сознание людей по всему миру.

14

1.3 История ГИС

В истории развития геоинформационных систем выделяются четыре периода2.

1. Пионерный период (конец 1950-х – начало 1970-х).

Это время исследования принципиальных возможностей создания ГИС, накопление знаний, наработка эмпирического опыта, создание первых крупных проектов.

2.Период государственных инициатив (начало 1970 – на-

чало 1980 гг.).

Развитие крупных ГИС-проектов, поддерживаемых государствами, формирование государственных программ по развитию и использованию ГИС.

3.Период коммерческого развития ГИС (начало 1980 –

конец 1990 гг.).

Создание широкого рынка программных средств ГИС, создание настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции их с базами непространственных данных, появление непрофессиональных пользователей ГИС, появление распределенных баз геоданных.

4.Пользовательский период (1990 – настоящее время).

Повышение конкуренции среди коммерческих производи-

телей ГИС-оболочек, «открытие» программных систем, позволившее пользователям адаптировать и модернизировать оболочку к своим задачам, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

Следы самой первой ГИС, созданной в середине 60-х, теряются в недрах Министерства обороны США, о ее мирных применениях ничего не известно. Цель этой разработки: попытка решить военную задачу точного наведения ракет на цель.

Первая ГИС, о которой появилось сообщение в печати, была ГИС, созданная в бюро переписи США.

2 Основы геоинформатики и ГИС-технологий. Краткий лекционный курс. Пущинский специализированный центр новых информационных технологий.

15

В 1968 г. в США в интересах военно-медицинской службы был разработан проект системы автоматизированного картографирования инфекционных болезней MOD (Mapping of disease project). Эта система была рассчитана на глобальный масштаб и учитывала кроме данных о заболеваемости разнообразные факторы окружающей среды (этнический состав и плотность населения, температуру и влажность воздуха, характер почв, резервуары и переносчики возбудителей болезней и т.д.). Функционирование системы обеспечивали 15 человек, основной объем работы которых (до 90%) занимал извлечение данных из источников информации.

Начало 70-х. В это время появилось такое явление, как растровое компьютерное картографирование. Точки, линии и площадные объекты на карте были представлены множеством символов (рис. 1.3). Эти данные можно было выводить на плоттер в различных шкалах и проекциях. Все внимание и усилия в то время были сосредоточены собственно на карте, тогда и были заложены основы современной ГИС-технологии.

Очевидным преимуществом компьютерной картографии была возможность выбирать участок на карте и быстро его перечерчивать. На внесение изменений в карту, которое до введения компьютерного картографирования занимало недели, теперь можно было затратить минуты.

В это же время был разработан графический формат GBF-DIME (Geographic Base File, Dual Independent Map

Encoding). В этом формате впервые была реализована схема определения пространственных отношений между объектами, называемая топологией, которая описывает, как линейные объекты на карте соединены между собой, какие площадные объекты

16

граничат друг с другом, а какие объекты состоят из смежных элементов. Впервые были пронумерованы узловые точки, присвоены идентификаторы площадям по разные стороны линий. Это стало революционным нововведением. Формат GBF-DIME позже трансформировался в TIGER.

Втечение 70-х годов карты в формате GBF-DIME были созданы для всех городов США. Эту технологию и по сей день использует множество современных геоинформационных систем.

В80-е годы были заложены основы современной компьютерной картографии. В это время внимание и усилия исследователей в основном были сосредоточены на создании качественной цифровой карты с использованием графических объектов (точек, линий и полигонов), представленных множеством координат. Очевидным преимуществом электронной картографии стала возможность выбирать участок на карте, изменять масштаб, выводить ее на плоттер в различных шкалах и проекциях. Однако стоимость техники и программного обеспечения были доступными не для всех специалистов. В связи с этим, высказывались мнения даже о неперспективности и нецелесообразности развития ГИС-технологии из-за очень высокой цены конечной продукции.

Наибольший вклад в развитие ГИС и ГИС-технологий внесла компания ESRI, основанная в 1969 г. Джеком и Лаурой Данжермонд. Их бизнес начался с $1100 личных сбережений. Позже ESRI сфокусировалась на развитии фундаментальных идей ГИС и на их применении в реальных проектах, таких, например, как разработка плана перестройки Балтимора или помощь компании Mobil Oil в выборе участка в городе Рестоне.

Во второе десятилетие своего существования ESRI решила начать выпуск собственных продуктов и инструментов. Данжермонд понял, что появился спрос на коммерческие ГИС, которые могут использовать многие фирмы для реализации своих проектов. Компания наняла нескольких программистов, и они засели за работу.

Первый коммерческий продукт ESRI – ArcInfo – появился в 1981 г. В том же году была проведена первая пользовательская конференция ESRI, на которую собралось 18 человек. По мере по-

17

явления новых операционных систем и нового аппаратного обеспеченияArcInfo оперативнопереходилана новыеплатформы.

Вопросы создания ГИС рассматривались и в нашей стране (правда, гораздо позже и практически без реализации). Например, на 5-м научном совещании по медицинской географии в 1981 году обсуждался доклад «Эпидемиологический атлас. Проект автоматизированного картографирования». Ряд работ белорусских авторов был связан с управлением инфекционной заболеваемостью на территории республики на основе использования EC ЭВМ 1022, которая оперативно выдавала информацию об инфекционной заболеваемости, прогнозе и рекомендациях в виде карт и таблиц. Это направление картографирования инфекционных болезней является наиболее проработанным и со временем привело к созданию «абсолютных» эпидемиологических карт, синхронно отражающих обстановку на дисплеях (или воспроизводя ее ретроспективно), оставив обращение к печатанию карт лишь на случай необходимости.

По мере совершенствования технических средств увеличивалось количество картографических произведений. В разных странах мира появились компьютерные карты распределения болезней, местонахождения лечебных объектов и многих факторов, характеризующих население, природу и хозяйство. Был опубликован атлас смертности от рака в США, содержащий более 65 цветных слоев.

В 80-е годы появились и системы управления пространственными данными. Их суть заключалась в объединении картографической информации и традиционных баз данных. Это был значительный шаг вперед, так как с этого момента пользователи получили возможность отображать на карте не только собственно географическую информацию, но и вообще любые материалы, имеющие пространственную характеристику.

«Эпоха зрелости» ГИС совпала по времени с интенсивным развитием компьютерных сетей, что сыграло свою положительную роль для насыщения геоинформационных систем самыми разнообразными сведениями. В это время спрос на тематическую информацию заставил обратить внимание на проблему сбора данных. Формировалось представление об интегрированной информационной среде, когда данные космических и