Реферат на тему:

Основи моделювання стану довкілля. Геоінформатика: загальні питання

ПЛАН

1. Поняття про геоінформатику та її зв’язок з іншими науками,
технологіями і виробництвом

2. Поняття про географічні системи, їх структура і класифікація

3. Дані, інформація, знання в інформатиці

4. Література

1 Поняття про геоінформатику та її зв’язок з іншими науками,
технологіями і виробництвом

У наші дні інформатизація охоплює всі сторони життя і важко назвати
яку-небудь сферу людської діяльності – від шкільної початкової освіти до
великої державної політики – де б не відчувався її потужний вплив.
Інформатика проникла у всі галузі науки, і тим самим розвиває їх та
підштовхує їх в прагненні до безкінечного комп’ютерного вдосконалення.

В науках про Землю інформаційні технології спричинили геоінформатику й
географічні інформаційні системи (ГІС), до того ж “географічні” означає
в даному випадку не стільки “просторовість” або “територіальність”, а
швидше комплексність і системність, що закладені в ГІС.

Перші ГІС були створені в Канаді і США у середині 60-х рр., а зараз у
промислово розвинутих країнах існують тисячі ГІС, що використовуються в
економіці, політиці, екології, управлінні ресурсами і охороні природи,
кадастрі, науці та освіті та ін. ГІС охоплює всі просторові рівні –
глобальний, регіональний, національний, локальний, муніципальний –
інтегруючи різноманітну інформацію про нашу планету картографічну, дані
дистанційного зондування, статистику й переписи, кадастрові зведення,
гідрометеорологічні дані, матеріали польових експедиційних спостережень,
результати буріння і підводного зондування та ін. У створенні ГІС беруть
участь міжнародні організації (ООН, ЮНЕП, ФАО та ін.), дуже великі
державні установи, міністерства й відомства, картографічні, геологічні й
земельні служби, статистичні управління, приватні фірми,
науково-дослідні інститути та університети. На розроблення ГІС асигнують
значні фінансові засоби, в справі беруть участь всі галузі
промисловості, створюється розгалужена геоінформаційна інфраструктура,
поєднувана з телекомунікаційною мережею.

Темпи росту кількості реально діючих геоінформаційних систем досить
вражаючі. За довідником видання Комісії щодо збору та обробки
географічної інформації Міжнародного географічного союзу “Програмне
забезпечення обробки просторових даних”, до початку 80-х рр. було
створено близько 90 повномасштабних географічних інформаційних систем, а
вже у середині 80-х рр. їхня кількість перевищувала 500; зараз їх вже
кілька сотень тисяч [3].

Створюються значні системи субрегіонального та регіонального рівнів,
часто на базі міжнародного співробітництва: GDPP – Проект глобальної
бази даних ; GRID – Глобальна інфомаційно-ресурсна база даних ; WDDES –
Світова база даних для наук про довкілля та ін.

Розвиток індустрії комерційних програмних засобів, які широко почали
застосовуватись в останні роки при створенні конкретних ГІС як базова
програмна оболонка; серед найбільш ефективних та широко застосовуваних –
ARC/INFO, MAP/INFO, MGE, IDRISI, GRASS, SYSTEM-9 та ін. Комерційні
програмні засоби розробляються для розв’язання типових завдань на основі
ГІС. Наприклад, MGE (Modular GIS Environment) має кілька спеціалізованих
пакетів : MGE Atlas – для створення атласів на базі ГІС; MGE Map
Publisher зареєстрована для видання картографічних творів; MGE Dynamic
Analyst забезпечує аналіз і демонстрацію динаміки явищ тощо. В умовах
насиченого ринку доступними програмними засобами, створювачі систем
мають можливість вибору найбільш ефективних програм для вирішення
конкретних задач. Дуже часто в одній системі застосовується кілька
модулів.

Розвиток та становлення ГІС-технології в Україні почалися в останні
роки, таке відставання великою мірою зумовлено відсутністю необхідних
технічних засобів, а також неусвідомленням тих можливостей, які
надаються даною технологією. Досвід створення ГІС в Україні обмежується
окремими спеціалізованими системами, зорієнтованими на вирішення вузьких
задач для території рангу міста, адміністративного району чи області.

Вольська С.Ю. та ін. [1] розглянули стан розвитку ГІС-технології в
Україні в чотирьох основних аспектах.

1. Технічні засоби створення ГІС можуть базуватися (для невеликих
систем) на персональних комп’ютерах (РС), але, як правило, вони далеко
недостатні, необхідне потужне обладнання, а саме, як правило, вони
далеко недостатні, необхідне потужніше обладнання, а саме – робочі
станції.

2. Програмні комерційні засоби. Тут ситуація практично така ж, як і по
першій позиції, тому що сучасні найефективніші програми інколи коштують
значно дорожче від обладнання. Програмні пакети, які надходять різними
шляхами, як правило, не укомплектовані необхідною документацією і
відповідним захистом, тому практично неможливо опанувати їх в цілому.

3. Збір інформації (враховуючи її підготовку та введення). Інформаційна
база, яка існує в Україні і може розглядатися як потенційна база для ГІС
різних рівнів. Важливою позитивною передумовою є наявність цифрової
топографічної карти України в масштабі 1:500000, створеної в системі
ГУГКК та військово-топографічної служби. Великомасштабні тематичні карти
на всю територію України на точній основі представлені фактично тільки
геологічною, гідрологічною та ґрунтів.

Стосовно статистичної інформації є позитивні і негативні аспекти.
Наявність єдиних форм статистичної соціально-економічної звітності на
всю територію України, скоординованої по вертикалій ієрархічній
структурі, становить дуже реальну передумову для використання в ГІС.
Водночас виникають дві проблеми. Перша пов’язана з тим, що первісна
інформація часто залишається на нижчих ієрархічних рівнях (окремі
підприємства, фабрики і т.п.) і не потрапляє до Мінстату, друга проблема
пов’язана з некоректністю статистичної інформації.

Практично таким же чином можна оцінити й інформацію про стан природного
середовища. Наявність єдиної служби контролю за станом природних
компонентів з єдиною методикою спостереження на всіх контрольних точках
і єдиною методикою обробки інформації дуже важлива для використання в
ГІС.

4. Створення системи. До процесу створення ГІС залучені : ГІС-менеджер;
ГІС-координатор; ГІС-аналітики (фахівці з кваліфікацією в галузі ГІС);
менеджер системи (фахівець в галузі геоінформатики, розробник стратегії
вирішення проблем); створювачі системи (створюють прикладні програми на
базі програмної оболонки); програмісти (для вирішення багатьох дрібних
завдань: сумісних даних, драйвери та ін.); кодувачі (підготовка
інформації для введення, організація декодування); користувачі ГІС
(плановики, дослідники довкілля, геологи та ін. Фахівці користувачі
системи, замовники та експерти).

Усвідомлення ситуації, як склалася, зумовило постановку питання розробки
концепції багатоцільової національної ГІС України. Ця концепція
розробляється в межах державної програми фундаментальних досліджень.
Основними установами-виконавцями є Інститут географії НАН України,
Головне управління геодезії, картографії і кадастру (ГУГКК), Інститут
кібернетики НАН України, СП “41”, а також залучаються спеціалісти та
колективи інших установ. Мета даної програми – аналіз стану і шляхів
розвитку ГІС-технології і в Україні, виявлення ключових проблем та
стратегії вирішення їх, а також розробка концептуальних положень щодо
створення національної ГІС загального використання (багатоцільової) як
бази для розвитку горизонтальних та вертикальних її складників (тобто
спеціалізованих тематичних та ієрархічних територіальних).

Термін “геоінформатика” складається з трьох коренів : географія,
інформація й автоматика. В англомовній літературі терміни Informatics i
Computer Science, які означають групу дисциплін, що досліджують різні
аспекти застосування й розробки ЕОМ, включаючи програмування, прикладну
математику, мови програмування й операційні системи, проблеми штучного
інтелекту та ін. До останнього часу в англійській термінології не
використовувався термін геоінформатика, хоч терміни geographic (al)
information system – GIS (або geoinformation system) широко
застосовується. Лише наприкінці 80-х рр. термін Geoinformatics
зустрічається в англійській науковій літературі, причому цікаво
відмітити, що пройшло це у зв’язку з формуванням відповідної наукової
дисципліни.

Існує багато визначень понять ГІС та ГІС-технології [1–8]. Та незважаючи
на те, що термін ГІС порівняно нещодавно ства широко вживатися, вперше
він з’явився в 1965 р. у дискусійній статті авторів Michael Dacey s
Duane Marble з Північно-Західного Університету США. В статті термін
“геоінформаційна технологія” вживається широко, включаючи безліч
специфічних типів комп’ютерних систем, що використовуються для
картографування та обробки просторової інформації. Він включає також
системи, призначені для картографування та цивільного інженерного
проектування, управління географічними базами даних або складного
географічного аналізу та моделювання. Термін “геоінформаційна система”
має також широке тлумачення для визначення всіх автоматизованих
інформаційних систем, що використовуються головним чином для управління
географічними даними та картографічним зображенням.

З поняттям ГІС-технології пов’язані, крім ГІС, також такі понятті, як:

– автоматизоване картографування (Automated mapping, AM);

– комп’ютерне картографування (Computer-Assisted or Computer-Aided
Mapping, CAM); – комп’ютерне креслення (Computer-Aided Drafting, CAD);

– комп’ютерне проектування та креслення (Computer-Aided Drafting and
Desigh, CADD);

– засоби управління автоматизованим картографуванням (Automated Mapping
/ Facilities Management, AM/FM);

– геообробка та мережний аналіз (Geoprocessing and Network Analysis);

– земельні інформаційні системи (Land Information System, LIS);

– багатоцільовий кадастр (Multipurpose Cadastre).

Поки що не існує загально прийнятих визначень даних понять.

Таким чином, геоінформатика – це система, що охоплює науку, техніку і
виробництво. Спроба сформулювати три вказаних підходи до трактування
геоінформатики й ГІС призводить до наступних дефініцій:

Науково-пізнавальний підхід. Геоінформатика – наукова дисципліна, що
вивчає природні й соціально-економічні геосистеми (їх структуру,
зв’язки, динаміку, функціонування в просторі – часі) за допомогою
комп’ютерного моделювання на основі баз даних і географічних знань.
ГІС-засіб моделювання і пізнання геосистем. Технологічний підхід.
Геоінформатика-технологія (ГІС-технологія) збору, збереження,
перетворення, відображення і поширення просторово-координованої
інформації, з метою забезпечення вирішення завдань інвентаризації,
оптимізації, управління геосистемами. Виробничий підхід.
Геоінформатика-виробництво (геоінформаційна індустрія) метою якого є
виготовлення апаратних засобів і програмної продукції, стандартних
(комерційних) ГІС різноцільового призначення й проблемної орієнтації.

Геоінформатика знаходиться в одному ряді з методами (математичними,
картографічними, дистанційного зондування та ін.), природно пов’язаними
один з одним і проникаючими у всі науки про Землю й суспільство
(геологію, географію, природознавство, біологію, економіку та ін.).

Найбільшу увагу в літературі звертають на зв’язки геоінформатики й
картографії, а також дистанційного зондування. Серед багаточисельних
трактувань цих відношень їх можна звести до 4 альтернативних моделей.

Лінійна модель ґрунтується на уявленні про те, що дистанційне зондування
пов’язано, перш за все, з ГІС, а вже через них – з картографією, в
завдання якої входить відображення інформації.

Друга модель називається моделлю домінування картографії.

Третя модель домінування ГІС.

Найбільш реалістичною є модель потрійної взаємодії.

Взаємодія між ГІС і телекомунікаційною мережею йде у зустрічному
напрямку : з однієї сторони, мережа забезпечує живлення ГІС просторовою
інформацією, а з другої ГІС сприяє вирішенню завдань оптимального
розміщення і функціонування мережі. За кордоном розвинуті інформаційні
мережі, пов’язані з передачею геоінформації, з формуванням баз даних з
екології й довкілля, наприклад Global Resourse Information Database
(GRID), Environmental Resourse Information Network (ERIN) та ін.

Геоінформаційне картографування можна визначити як особливий новий
напрямок у картографії, суть якого складають автоматизовані
інформаційно-картографічні моделі природних і соціально-економічних
геосистем на основі ГІС і баз географічних (геологічних, екологічних та
ін.) знань.

Однак завдання ГІС виходять за межі картографії, і є основою для
інтеграції конкретних географічних та інших (геологічних, грунтових та
ін.) наук при комплексних системних геонаукових дослідженнях.

Методичний апарат геоінформаційних технологій прямо або опосередковано
пов’язаний з різнимим галузями прикладної математики, з машинною
графікою, з розпізнаванням образів, аналізом сцен, цифровою фільтрацією
і автоматичною класифікацією у блоці обробки цифрових зображень
растрових ГІС, геодезії й топографії.

Розвиток геоінформатики як професійної виробничої діяльності вимагає
підготовки спеціалістів з кваліфікацією в області ГІС-технології. Де ж в
Україні можна одержати таку кваліфікацію? Це університет “Львівська
політехніка” та Одеський, Дніпропетровський, Київський, Сімферопольський
університети.

2. Поняття про географічні системи, їх структура і класифікації

Нееквівалентність різних термінів, що визначають ГІС у широкому
розумінні слова, пов’язано перш за все з їх різноманітної предметної й
проблемної орієнтації.

Поширений погляд, що твердить тотожність понять “географічні
інформаційні системи” і “просторові інформаційні системи”, тобто слово
“географічні” в даному контексті має зміст не позначення науки, а
характеристики просторовості.

У більш широкому (не тільки професіонально-географічному) розумінні
необхідно погодитися з думкою про “географічні дані”, які можна віднести
до окремих ділянок земної поверхні і тим, що вони не є прерогативою лише
географів – сюди включають будь-які дані, які відносяться не до однієї
або більше точок простору, чи то топографічні, геологічні, демографічні
або будь-які інші дані.

Друге зауваження пов’язано з тим, що в літературі інколи виділяється
особливий клас дуже поширених інформаційних систем , орієнтованих на
земельний облік, земельний кадастр, управління земельними ресурсами і
раціонального використання земель, що отримало назву “земельні
інформаційні системи”. Ці системи розробляються для кожної конкретної
території з її специфічними взаємозв’язками і їх неможливо придбати як
стандартне технічне й математичне забезпечення і завантажити своїми
даними.

Однією з різновидностей ГІС стають системи створені на матеріалах
дистанційного зондування, що об’єднують функціональні можливості
геоінформаційних технологій з розвинутими функціями обробки дистанційних
зображень, що називаються інтегративними.

Незважаючи на широту поглядів і думок відносно ГІС, їх визначення як
зарубіжними, так і вітчизняними вченими є досить близькими.

ГІС – це система, що включає базу даних, апаратуру, спеціалізоване
матзабезпечення і пакети програм, призначені для розширення бази даних,
для маніпулювання даними, їх візуалізації у вигляді карт або таблиць, і
в підсумку, для прийняття рішень про цей або інший варіант господарської
діяльності [Lillesand, Liefer : цитоване за: 3, С.13].

При всій різноманітності операцій, цілей, областей інформаційного
моделювання проблемної орієнтації та інших атрибутів, характерних для
тих, що будуються й діючих ГІС, логічно й організаційно в них можна
виділити декілька конструктивних блоків, що називаються також модулями
або підсистемами, які виконують більш менш чітко визначені функції.
Функції ГІС випливають з чотирьох типів вирішуваних нею завдань: 1)
збір, 2) обробка, 3) моделювання і аналіз, 4) їх використання в процесі
прийняття рішень (рис.2.2.1). Х.Калкінз (Calkins, 1977) наводить
розгорнуту характеристику структури ГІС, яка складається з чотирьох
компонентів (підсистем): управління, обробки, аналізу і використання
даних (рис.2.2.2).

Наведені схеми відповідають сучасним повномасштабним
багатофункціональним і універсальним ГІС, хоча в конкретних реалізаціях
можлива зміна балансу між їх окремими блоками або зредукування окремих
підсистем (модулів). У історичному аспекті нарощування функціональних
можливостей ГІС і відповідно ускладнення їх структури проходило по лінії
“ від інвентаризації через аналіз і моделювання до управління”.

3. Дані, інформація, знання в інформатиці

Становлення геоінформатики поставило проблему більш або менш точного,
однозначного або багатозначного визначення того, що розуміється під
терміном “інформація”, чим вона відрізняється від “даних” і “знань”.
Термін “інформація” став загальноприйнятим, постійно зустрічається в
газетах, теле- і радіопередачах, наукових і науково-популярних
публікаціях.

Під “даними” розуміють сукупність фактів, які представлені у
якому–небудь формалізованому вигляді для їх використання в науці або
інших сферах людської діяльності.

Стосовно до характеристики нашої сфери “дані” можна розглядати і
визначати в трьох контекстах: поза автоматизованим середовищем
використання, всередині його і в середовищі ГІС. В перших двох
контекстах під “даними” розуміються або факти, деякі відомі речі, або
повідомлення підготовлені для комп’ютерної обробки. Під “даними” у
середовищі ГІС розуміють “речі відомі про об’єкти реального світу;
результати спостережень і виміри цих об’єктів”. Елементи даних містять
три головних компоненти : атрибутивні зведення, які описують сутність,
характеристики, перемінні, значення і тому подібні його кваліфікації;
географічні дані; часові зведення, що описують момент або період часу,
що репрезентують елемент даних.

Інформація – одна із властивостей предметів, явищ, процесів об’єктивної
реальності, створених людиною автоматизованих систем управління, що
полягає в здатності сприймати внутрішній стан і вплив довкілля,
передавати зведення (повідомлення) і нагромаджені дані іншим предметам,
явищам, процесам. Дані – це атрибут інформації, що визначає факти,
поняття, інструкції, які представлені в умовній формі, зручної для
пересилання, інтерпретації і обробки людиною або автоматичним засобом.
Одночасно інформація – це зміст, що вкладається людиною в дані на основі
відомих узгоджень, що використовуються для їх представлення.

“Знання” у філософському їх розумінні – відображення семантичних
аспектів географічної реальності у мозку людини або навіть в технічній
системі. Відмітимо також прояв відмінностей між даними, інформацією і
знаннями в технічних системах. Так, спочатку появились банки даних,
пізніше оформились географічні інформаційні системи і, наприкінці,
появились системи, засновані на знаннях, – інтелектуальні системи.

Визначення поняття інформація найбільш розмите і неоднозначне. Існують
різноманітні його трактування. Отже, кількість концепцій і парадигм
досить велика. Менш з тим склалася парадоксальна ситуація – існують
кількісні методи обчислення інформації, багато визначень поняття
інформації, але ці якісні теорії не дають, що обчислюють, коли проводять
розрахунок кількості інформації. Іншими словами, кількісна сторона
проблеми відносно розвинута, але не забезпечена якісним розумінням
об’єкта обчислення.

Аналіз багатьох визначень інформації, дає можливість зробити наступний
висновок –визначення: інформація – все, що може бути повідомлено. Однак
основні відмінності в середині цього поняття полягають не в інформації
живої (і неживої) природи і людини, а в існуючій передачі інформації.
Існуюча інформація-повідомлення, що передається каналом інформації, це в
певній мірі аналог кінетичної енергії. Передача інформації залежить від
більш або менш підібраних знакових систем й окремих знаків, існуюча
інформація об’єктивна і визначається тільки тим об’єктом або явищем в
якому знаходиться.

Важливість такого розмежування інформації є зрозумілим, якщо звернутися
до проблем картографії. Питання розуміння інформації є однією із
важливих теоретичних проблем картографії.

Отже, яким чином передається інформація і, що сприймається людиною при
читанні карт (або знакових систем)? Процес втілення інформації в знак
очевидно можна з достатньою наглядністю показати за допомогою діаграми
(Рис.2.3.1.). Де верхня ступінь символізує найбільшу (в кількісному і
якісному відношенні) інформацію, закриту безпосередньо в реальному
об’єкті. Це і буде існуюча інформація. На наступному етапі частина
інформації відкидається, а залишена узагальнюється, генералізується.
Останній етап – безпосереднього втілення інформації в знак.

У процесі читання карти, читач як би проходить всю схему у зворотному
напрямку, знизу вверх. При цьому він на кожному новому ступені робить
спроби відновити те, що було відкинуто при абстрагуванні. Однак
відновлення інформації проходить лише частково, практично нереально
відновити всі логічні зв’язки. Тому у результаті багатьох висновків і
тверджень читач карти отримує не інформацію, що була вкладена у карту, а
знання, своє об’єктивне розуміння знаків (карти) і на цій основі
робляться твердження про реальні явища.

Що являють собою знання? Визначень знань також багато. Отже, тлумачення
поняття ”знання” визначає інформацію як знання, що включене
безпосередньо у комунікативний процес суб’єктивно в суб’єктивний процес,
тобто знання, – це інтеграція інформації. Однак інтеграція у змісті не
обмежується знанням і цей ряд повністю буде виглядати наступним чином :
інформація – знання – думка (гіпотеза).

Знання і думки, відображені за допомогою знаків або карти, суть
інформація. Таким чином, існує циклічний процес : знання, отримані в
результаті інтеграції інформації, позначені яким-небудь образом, самі
стають інформацією.

Людина на основі нагромадження даних перш за все отримує інформацію про
геосистеми і виробляє специфічні географічні знання. Надалі, володіючи
визначеними знаннями про довкілля вона оконтурює тематично, хронологічно
і просторово цю область. Після цього дані про вибрану область
нагромаджуються і перетворюються в інформацію, на основі якої формується
план побудови картографічної моделі. Згідно рівня знань картографічної
теорії і технології, формується картографічний витвір. Для його
створення застосовуються всі необхідні дані, а на їх базі виробляється
інформація про придатні способи картографічного зображення, ступені
генералізації та ін., яка дозволяє сформувати знання про характер і
ступінь відповідного графічного зображення його об’єктивно існуючої
реальності. Ці знання дозволяють поділити карти за ступенем їх
об’єктивності у характеристиці явищ. На етапі використання карт людина
або машина візуально або іншим способом зчитує з карти дані, на основі
яких формується інформація про географічні системи. Аналіз отриманої
інформації формує нові знання про географічні об’єкти, отримані за
допомогою картографічної моделі. Таким чином, ми спостерігаємо постійне
чергування тріади “ дані – інформація – знання”.

Література:

1. Вольська С.Ю., Маргаф О., Руденко Л.Г. Геоінформаційна технологія :
етапи розвитку, стан в Україні // Укр. геогр. журнал, 1993, №4.–С.6-14.

2. Кошкарев А.В., Каракин В.П. Региональные геоинформационные системы. –
М.: Наука, 1987.–136 с.

3. Кошкарев А.В., Тикунов В.С. Геоинформатика / Под ред. Лисицкого
Д.В.–М.: Картогеоцентр-Геодезиздат, 1993.–213 с.

4. Мартин Дж. Организация баз данных вычислительных системах.– М.: Мир,
1980.–342 с.

5. Руденко В.П. Географія природно-ресурсного потенціалу України.–Львів
: Світ, 1993.–240 с.

6. Светличный А.А., Андерсон В.Н., Плотницкий С.В. Географические
информационные системы : технология и приложения.– Одесса: Астропринт,
1997.– 196 с.

7. Советский энциклопедический словарь /Гл. ред. А.М.Прохоров .– М.:
Сов. энциклопедия. – 1989.–С.498.

8. Jeffrey Star, John Estes Geographic Information Systems : An
Introduction.– USA.– 1990.– 301 p.

Похожие записи