Примеры интегрированного программного обеспечения ГИС и САПР в геоинформационных технологиях

Реферат на тему:
«Примеры интегрированного программного обеспечения ГИС и САПР в геоинформационных технологиях»
Содержание
Введение……………………………………………………………..….…..3
Основная часть………………………………………………………...…...5
Заключение………………………………………………………………..13
Список использованных источников……………………………………14
Приложение…………………………………………………………….…15
Введение
В середине и особенно к концу 80-х годов прошлого столетия в литературе, посвященной состоянию, успехам и перспективам развития геоинформатики, стало традиционным ссылаться на ее почти 30-летний юбилей. Точное же время её рождения вряд ли известно достоверно.
Истоки её находятся в работах коллективов, сформировавших первые задачи и подходы к построению информационных систем, ориентированных на обработку пространственных данных. Это коллективы ученых и разработчиков из Канады и Швеции. Канадские работы были связаны с созданием в 1963-1971 гг. канадской ГИС под руководством Р.Томлинсона. CGIS является одним из примеров крупной универсальной региональной ГИС национального уровня и до сих пор считается классической. Работы шведской школы геоинформатики концентрировались вокруг ГИС земельно-учетной специализации, в частности, шведского земельного банка данных, предназначенного для автоматизации канадской и шведской литературы по ГИС показывает, что ГИС «первого поколения» (60-х, начала 70-х годов прошлого столения) значительно отличалась от того, что понимается под ним сегодня. Их зачастую отличала ориентация на чисто утилитарные задачи инвентаризации земельных ресурсов, земельного кадастра. За рубежом 80-е годы двадцатого столетия отличает чрезвычайный динамизм развития ГИС: к середине 80-х годов их число приближается к 500, разрабатываются коммерческие программные средства ГИС. При этом существенно расширяется круг решаемых задач.
В России развитие геоинформатики и ГИС началось, по сути дела с конца 80-х-начала 90-х годов двадцатого столетия. Развиваются не только отдельные специализированные ГИС, но и начинают появляться универсальные ГИС в виде коммерческих программных продуктов. С середины 90-х годов прошлого века в России – геоинформационный бум: создается ГИС разных классов для большого числа областей знаний. [6]
Современные геоинформационные системы (ГИС) представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих ранее существовавших автоматизированных систем (АС), с другой - обладают спецификой в организации и обработке данных. Практически это определяет ГИС как многоцелевые, многоаспектные системы.
В частности, как системы управления ГИС являются новой основой автоматизированных систем управления (АСУ). Это обусловливает повышенное значение ГИС - современного средства организации многих видов производств.
В ГИС осуществляется комплексная обработка информации - от ее сбора до хранения, обновления и представления, в связи с этим следует рассмотреть ГИС с различных позиций.
В отличие от АСУ в ГИС появляется множество новых технологий пространственного анализа данных. В силу этого ГИС служат мощным средством преобразования и синтеза разнообразных данных для задач управления.
Как автоматизированные информационные системы ГИС объединяют ряд технологий или технологических процессов известных информационных систем типа автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированных справочно-информационных систем (АСИС) и др. Основу интеграции технологий ГИС составляют технологии САПР. Поскольку технологии САПР достаточно апробированы, это, с одной стороны, обеспечило качественно более высокий уровень развития ГИС, с другой - существенно упростило решение проблемы обмена данными и выбора систем технического обеспечения. Этим самым ГИС стали в один ряд с автоматизированными системами общего назначения типа САПР, АСНИ, АСИС. [3]
Основная часть
Впервые понятие географическая информационная система появилось еще в 1963 г. Ввел это понятие Р.Ф. Томлинзон (Tomlinson, R. F.) при внедрении электронной пространственной информационной системы в Канаде.Каждый элемент данных, которые обрабатываются в ГИС, обычно соотносится с земной поверхностью, частью земной коры или атмосферы земли. Часть слова "гео" - греческого происхождения и означает "земля". В одном случае речь может идти обо всем земном шаре, например при разработке определенного проекта относительно определенной области специальных знаний, в другом об определенной части земной поверхности или разрезе.
Геоинформационные системы это подкласс информационных систем. Понятие информационные системы в свою очередь базируется на понятии информации и системы. Информация является объектом научной дисциплины – “информатики”, которая появилась из недр другой более общей дисциплины – “кибернетики”.
Единицами ГИС, которые могут быть элементарными или сложными и которые могут иметь как количественные (геометрические) так и качественные компоненты, являются пространственно ориентированные объекты.
ГИС характеризуется глубокой интеграцией геометрических и тематических данных, позволяющей производить их комплексную обработку и анализ - этим ГИС отличается от других систем обработки информации.
Аппаратное обеспечение ГИС
Под аппаратным обеспечением ГИС мы будем понимать все материальные компоненты ГИС такие как компьютеры разных типов, разнообразные периферийные устройства ввода вывода, устройства хранение данных на внешних, возможно, съемных, носителях, а также оборудование компьютерных сетей и средств коммуникации. Мы в дальнейшем подробно рассмотрим аппаратное обеспечение ГИС для:
1. ввода информации (сканеры, электронные тахеометры, GPS приемники, стереокомпараторы (аналитические плоттеры) и т.п.) 2. хранения информации (дискеты, CD, DVD, flash и пр.)
3. анализа и обработки (от ПК до суперЭВМ, подробно ПК)
4. вывода информации (терминалы, принтеры, плоттеры и т.п.)
5. сетевого взаимодействия (среды передачи, топологии сети, оборудование физического сетевого уровня).
В качестве периферии для ввода данных служат фотограмметрические аналитические приборы (аналитические плоттеры), пульты преобразования непрерывных величин в цифровые (Дигитайзеры), сканеры, а также алфавитно-цифровые и графические дисплеи. Эти приборы могут частично использоваться и для вывода данных - мы обозначим это словом "представление". Сюда также надо отнести перьевые и растровые плоттеры.
Поскольку, благодаря скачку в развитии аппаратного обеспечения внедрение ГИС практически ни чем не ограничено, основное внимание сейчас уделяется организации и манипуляции данными, т.е. программному обеспечению (ПО). [2]
Программное обеспечение ГИС
Под программным обеспечением ГИС мы будем понимать не только прикладное программное обеспечение, реализующее функции ГИС, но и все основное программное обеспечение необходимое для функционирования прикладного.
В основном программном обеспечении мы рассмотрим системное программное обеспечение (операционные системы, языки программировании математические пакеты и т.п.) и стандартизованное программное обеспечение (СУБД, графические стандарты, сетевые стандарты (ISO/OSI, стек TCP/IP) и т.п.).
В качестве программного компонента конкретной работающей ГИС в первую очередь надо рассмотреть, конечно, программное обеспечение, специально предназначенное для работы с пространственной информацией, то есть сами геоинформационные системы разных классов, уровней и типов.
Реальная действующая ГИС всегда использует и другое программное обеспечение, как минимум, операционную систему компьютера. Нередко используется и дополнительное программное обеспечение для организации компьютерной сети, доступа в глобальную сеть Интернет, организации дополнительной защиты информации от несанкционированного доступа.
В отдельных случаях вместе с ГИС, во взаимодействии с ней, используется и дополнительное программное обеспечение для решения специальных задач, как, например, пакеты САПР или углубленного статистического анализа данных. Если ГИС находится в процессе развития и совершенствования выполняемых ею функций, вместе с ней могут использоваться те или иные инструментальные средства программирования, такие как компиляторы и отладчики.
ГИС может тесно взаимодействовать с общеофисным программным обеспечением, таким как текстовые редакторы, электронные таблицы, системы поддержки документооборота.
Наконец, особо важную роль из других типов программных пакетов могут играть системы обработки данных дистанционного зондирования и СУБД. Относительно обоих этих типов ПО сегодня часто бывает трудно определить, являются ли они внешними по отношению к ГИС, или являются ее частью, настолько высока в отдельных случаях степень их интеграции с ГИС.
Существует достаточно близкие по функциям системы подобные ГИС это: автоматизированные картографические системы (АКС), интерактивные графические системы (ИКС) и системы автоматизированного проектирования (САПР). Те серьезные требования, которые предъявляются к ГИС, не могут быть выполнены такими системами как автоматизированные картографические системы (АКС) и интерактивные графические системы (ИКС). Однако эти системы могут использоваться как подсистемы ГИС.
Система картографирования и интерактивная графическая система
В этом семействе систем на первое место, в качестве информационного продукта, выходит карта, таким образом, сбор данных является первичным, важнейшим для представления с помощью карт и родственных картам способов изображения. При этом вводятся примитивные механизмы хранения информации, иногда только для того, чтобы управлять устройством выдачи данных (плоттером) в автономном режиме. Карту можно рассматривать как особую ограниченную ГИС, которая не позволяет анализировать данные, или проводит анализ очень ограниченно.
Системы Автоматизированного Проектирования (САПР) – CAD
Один из подходов к построению ГИС это использование САПР систем. Это системы с мощнейшими средствами моделирования 2-д и 3-д объектов. Имеют внутренний язык (autolisp), графический редактор, графическую БД чертежа, универсальные средства обмена информацией (DXF) и т.д.
Английский эквивалент САПР - CAD - сокращение английского выражения "Computer Aided Design" и переводится как "дизайн с помощью компьютера".
В настоящее время под САПР понимают понятие объединяющее различные виды деятельности в машино- и станкостроении, в электронике и электротехнике, в планировании и строительстве, а также не в последнюю очередь в обработке пространственных данных.
Система автоматизированного проектирования (САПР) – система:
• - предназначенная для выполнения проектных работ с применением компьютерной техники;
• - позволяющая создавать конструкторскую и технологическую документацию на отдельные изделия, здания и сооружения.
В качестве входной информации САПР использует технические знания специалистов, которые вводят проектные требования, уточняют результаты, проверяют полученную конструкцию, изменяют ее и т.д.
Известны такие системы САПР как, ConCAD в STI, Medusa и CADDS/4X в Prime, CADAM в Dornier, CADPAD в IBM, HP-Design в Hewlett Packard и AutoCAD в AutoDesk. Последняя устанавливается как на персональных компьютерах, так и на графических рабочих станциях. Из области САПР вышли такие продукты, которые специально нацелены на пространственное применение, как например, WOCAD, CADdy, C-plan и др.

Рисунок 1 – Пример проектирования в системе AutoCAD
Система автоматизированного проектирования реализуется в виде комплекса прикладных программ, обеспечивающих проектирование, черчение, трехмерное моделирование конструкций, плоских либо объемных деталей.
Существуют некоторые недостатки подхода с использованием САПР как среды создания ГИС:
1. САПР включают многие элементы излишние для ГИС примитивы размеров на чертежах, поддержки специальных стандартов в построении чертежей.
2. Медленная работа системы с большим количеством элементов, характерном для ГИС.
3. Не достаточно средств обработки тематической информации.
Приведем некоторые основные черты характерные для САПР систем:
• сбор, управление, анализ и представление информации - как компоненты системы;
• расширенное моделирование данных;
• дву- или трехмерная модель;
• чистая ориентация на вектор;
• постоянное хранение данных;
• высокая интерактивность;
• мощная система визуализации;
• протекание процесса от цифровой модели (конструкция остается на заднем плане) к реальному миру (производству), в то время как в 31 ГИС все наоборот, то есть от реального мира к его цифровому отображению.
Последнее свойство САПР систем является основным отличием этих систем от ГИС. [4], [6]
Приборы геодезических измерений
Измерение объектов на местности представляют собой важный метод сбора данных на малых пространствах. Также в большой степени на классические геодезические измерения опираются кадастровые измерения, топографическая съемка.
Геодезические инструменты - механические, оптико-механические, электрооптические и радиоэлектронные инструменты, применяемые для измерений на местности, составления планов и крупномасштабных карт. Различают геодезические инструменты: • для измерения расстояний: мерная лента, дальномеры; • для определения относительных высот: нивелиры; • для измерения углов: теодолиты; • для комплексной съемки местности: тахеометры, GPSприемники.
Рисунок 2 - Дальномер – прибор для измерения расстояния
Рисунок 3 - Оптический нивелир
Оптические нивелиры представляют собой огромный класс приборов, предназначенных для выполнения высокоточных прецизионных работ по созданию опорных геодезических сетей, для наблюдений за осадками сооружений, а также для сравнительно простых работ, не требующих высокой точности: в строительстве, межевании и ландшафтном планировании.
Рисунок 4 - Электронный тахеометр
Электронные тахеометры - Основные геодезические приборы нашедшие наиболее широкое применение в большинстве видов геодезических работ. Обладают широким набором встроенных функций, которые обеспечивают автоматизацию измерений (как горизонтальных, вертикальных углов так и расстояний). Помимо измерений, электронные тахеометры позволяют обрабатывать полученную информацию, а также хранить ее до момента камеральной обработки. [8]
Заключение
В своём реферате я рассмотрел основные понятия связанные с геоинформатикой и геоинформационными системами, раскрыл историю создания ГИС и первые её зарождения, базовые принципы построения систем ГИС, провел простую классификацию существующих систем. Описание проведенных классификаций позволяет построить общую схему типов ГИС в зависимости от выбранной классификации. Рассмотрел геодезические приборы и их связь с ГИС.
Также, я рассмотрел интеграцию программного обеспечения ГИС и САПР в геоинформационных технологиях.
Мне очень понравилась эта тема и я хотел бы в дальнейшем изучить её более углубленно.
Список использованных источников
Геоинформационные системы. Учеб.пособие. Ананьев Ю.С. – Томск: Изд. ТПУ, 2003. -70 с.
А.Д. Иванников, В.П. Кулагин, А.Н. Тихонов, В.Я. Цветков. Геоинформатика. –М.: МАКС Пресс, 2001 – 349 с.
Геоинформационные системы, http://www.dataplus.ru/
Информационный сервер объединённого научного совета по проблемам геоинформатики, http://www.scgis.ru/
Шайтура С.В. Геоинформационные системы и методы их создания. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 1997. 253 с.
Геоинформационные системы: учебное пособие / Р.В.Ковин, Н.Г. Марков.-Томск:Изд-во Томского политехнического универ-та, 2008. -175 с.
Геоинформационные технологии, Бугаевский Л.М., Цветков В.Я., Москва, 2000 г., 222 с.
Конспект лекций.
Геоинформатика. Под ред. проф.Тикунова В.С. – М.,2005, – 351с.
Приложение
Взаимодействие аппаратных компонентов ГИС