Геоинформатика. Учебник для студентов вузов

Автор(ы):Глазырин В.В., Заварзин А.В., Замай С.С., Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Лурье И.К., Охонин В.А., Пырьев В.И., Рыльский И.А., Семин В.И., Серапинас Б.Б., Симонов А.В., Тикунов В.С., Трофимов А.М., Флейс М.Э., Якубайлик О.Э., Яровых В.Б.
Издание:Издательский центр «Академия», Москва, 2005 г., 480 стр., УДК: 91 (075.8), ISBN: 5-7695-1924-X
Язык(и)Русский
Геоинформатика. Учебник для студентов вузов

В учебнике освещены общие вопросы геоинформатики, функциональные возможности географических информационных систем (ГИС), принципы проектирования, интеграции данных и технологий, особенности интеллектуализации ГИС и систем поддержки принятия решений. Вместе с учебным пособием «Сборник задач и упражнений по геоинформатике», дополненным компакт-диском, составляет учебный комплект. 

Для студентов экологических, географических, геологических и других специальностей, изучающих и использующих географические информационные системы.

В науках о Земле и обществе, имеющих дело с пространственными данными, сложилась интересная ситуация — информационный «взрыв» соседствует с информационным «голодом». Часть специалистов сетует на ограниченность сведений, что ведет к упрощению описаний, гипотетичности исследований, их некондиционности и т. д., другие, наоборот, не успевают переработать горы материала. Парадокс? Вряд ли, скорее объективная картина стихийно сложившейся реальности. Даже располагая определенными данными, рационально ли мы ими распоряжаемся и используем их? К сожалению, в большинстве случаев нет. Сложно получить сведения об уже накопленных материалах, затруднен обмен и доступ к ним — ведомственные и даже личные барьеры, режимные ограничения и неупорядоченность данных препятствуют рациональному и эффективному использованию информационных ресурсов. 

В настоящее время во многих вузах страны открыты кафедры со специализациями по геоинформатике; экологам, географам, геологам, почвоведам и другим студентам, изучающим дисциплины не только о Земле, но и об обществе, читается курс «Геоинформатика». Более того, стали появляться не только специализированные средние учебные заведения, но даже общеобразовательные школы. В одной из таких школ (№ 8 г. Ханты-Мансийска) создан Межшкольный центр развития геоинформационных технологий. Опубликована серия учебников и учебных пособий (дополняемых рядом монографических изданий, материалов конференций), но, несмотря на это, издания, которое бы охватывало практически все современные аспекты геоинформатики, до настоящего времени в России нет.

Поставленные цели требовали от авторов достаточно систематического изложения материала, причем не только преподавателями, но и практиками, что побудило привлечь к написанию учебника большое количество ведущих специалистов из самых различных областей науки, производства. Для более детального ознакомления с материалом можно обратиться к учебному пособию «Основы геоинформатики» [Е.Г.Капралов, А.В.Кошкарев, В.С.Тикунов и др., 2004 

Учебник состоит из пяти глав. Первая вводит читателя в сферу геоинформатики и начинается с понятия о географических информационных системах (геоинформационных системах, ГИС). Представление о ГИС как об информационных системах, оперирующих пространственно-координированными (пространственными, географическими) данными, уже давно и достаточно прочно вошло в научный обиход. Но логика изложения материала с использованием конкретных примеров позволяет понять технику проектирования ГИС, представить их функциональные возможности и внутреннее устройство, а главное — убедиться в практической целесообразности решения многих практических задач в среде ГИС. Далее изложение следует по установившейся традиции классификации ГИС по разным основаниям, включая пространственный (пространственно-временной) охват, предметную область информационного моделирования, проблемную ориентацию, их структурно-функциональные и прикладные особенности. 

Этих первоначальных сведений о ГИС оказывается достаточно для того, чтобы в следующем подразделе обсудить существо геоинформатики как науки, технологии и индустрии, определить ее предмет и метод, место в системе наук, направления взаимодействия с другими науками и технологиями, подчеркнуть ее роль интегратора всех иных геотехнологий, подробно остановившись на отношениях геоинформатики и картографии как двух самодостаточных, альтернативных и взаимодополняющих средств пространственного моделирования реальности. Теория и методология геоинформатики, еще не вполне сформировавшиеся, в существенной мере покоятся на обобщении и осмыслении эмпирического опыта внедрения геоинформационных технологий в самые разнообразные сферы человеческой деятельности. В этом плане важна краткая характеристика истории становления геоинформатики с ее периодами роста, разочарований, смены приоритетов и формирования теоретической базы, методологии, сфер приложения и т.д. 

Во второй главе изложены функциональные возможности важнейших технологических блоков ГИС. В первом подразделе главы приведены сведения о регистрации, вводе и хранении данных, характеристике средств формирования баз данных, создании систем управления ими. В деятельности, связанной с использованием пространственно-координированных данных, традиционно применяются литературные, статистические, картографические, аэро- и космические материалы. Их подборка, систематизация, накопление, хранение и обработка для последующего использования осуществляются, как правило, в машинной среде. 

Модели пространственных данных — один из ключевых подразделов второй главы. Модель данных — это свод правил, по которым конструируются сложные пространственные объекты из более простых или элементарных, иначе — язык описания пространственных данных. Среди множества моделей (представлений) можно выделить базовые, «канонические», проверенные временем и реализованные в подавляющем большинстве современных программных средств ГИС. Это векторные, растровые, регулярно-ячеистые и квадротомические. Современная практика предлагает множество вариантов канонических моделей, ведутся эксперименты с их многомерными расширениями. Большие перспективы сулит объектноориентированный подход к моделированию пространственных данных. 

Рассмотрены модели аналого-цифрового преобразования данных, состоящие из трех крупных блоков: цифрования, обеспечения качества оцифрованных материалов и интеграции разнородных цифровых материалов. Охарактеризованы базы и банки данных, а также системы управления ими. 

Во втором подразделе представлены операции, связанные с анализом пространственно-временных явлений. Это прежде всего функции организации выбора объектов по тем или иным условиям, функции редактирования структуры и информации в базах данных, функции картографической визуализации, картометрические функции, функции построения буферных зон, анализа наложений, функции сетевого анализа и др. Здесь же кратко рассмотрены многообразные аспекты специализированного анализа, например, ориентированного на вопросы геологии или географии: метод размытых (нечетких) множеств, нейронных сетей, теория хаоса, катастроф, фрактальный анализ. Особое место, ввиду важности для многих наук о Земле, имеющих дело с пространственно-координированными данными, занимают методы классификаций, поэтому они выделены в специальный подраздел. 

К особой группе геомоделирующих функций ГИС также принято относить цифровое моделирование рельефа (ЦМР). Опыт создания и использования ЦМР, наследующий традиции и методики ранних этапов развития геоинформатики и автоматизированной картографии, богат примерами решения разнообразных научных и научно-прикладных задач, в том числе на основе ЦМР национального масштаба. Многоцелевое использование ЦМР основано на функциях их обработки программными средствами ГИС и включает расчет производных морфометрических характеристик (углов наклона и экспозиций склонов), оценку формы склонов, экстракцию из ЦМР сети тальвегов и водоразделов и иных структурных элементов, оценку зон видимости/невидимости, построение трехмерных изображений. Завершает блок материал по математико-картографическому моделированию в рамках информационных технологий. Этот вид моделирования позволяет органически комплексировать математические и картографические модели в системе «создание-использование карт» для конструирования или анализа тематического содержания карт. 

Охарактеризована методика создания элементарных и сложных (цепочкообразных, сетевых и древовидных) математико-картографических моделей. Третий подраздел второй главы касается вывода и документирования результатов обработки данных. Здесь прежде всего рассматриваются методы картографической визуализации. Разумеется, программные средства ГИС — далеко не самый лучший (эффективный, дешевый и удобный) инструмент для производства карт, наследующих принципы и традиции «докомпьютерного» этапа картосоставления и картоиздания. Для этих целей разработаны и с большим успехом применяются автоматизированные картографические системы, системы настольного картографирования и графические редакторы. В данном блоке помещены также материалы о нетрадиционных формах визуализации, в первую очередь об анаморфозах. 

Рассмотрены методы создания линейных, площадных и объемных анаморфоз. Очень важны и наглядны виртуально-реальностные изображения, позволяющие имитировать облеты, объезды территории на виртуальном самолете, вертолете, автомобиле в реальном времени, совершать движения в какой-либо среде (например, погружение под воду с имитацией эффектов освещения и динамики движения) и т.д. Завершают главу анимации карт, анаморфоз и виртуально-реальностные изображения. Анимации развития явлений в пространстве и во времени позволяют отображать процессы их эволюции и др. 

В третьей главе изложены способы интеграции методов дистанционного зондирования и спутникового позиционирования в геоинформационной среде. Охарактеризованы сетевые технологии и комплексные мультимедийные системы в трех ракурсах: как идея, т.е. способ хранения, организации и передачи информации различного типа; как оборудование, которое позволяет работать с информацией различной природы и доставлять ее потребителю и, наконец, как продукт, составленный из данных всевозможных типов, объединенных общей идеей и представляющий интерес для конечного пользователя. Четвертая глава посвящена аспектам интеллектуализации геоинформатики. 

ГИС все чаще стали применяться в качестве инструментария, позволяющего более объективно принимать решения в самых разных областях человеческой деятельности, что привело к интеллектуализации геоинформатики. Геоинформатика стала также средством получения новых знаний в целом ряде наук. Здесь прежде всего рассмотрены экспертные системы и нейросети. Важнейшее практическое приложение методов искусственного интеллекта происходит через формирование систем поддержки принятия решений. Они позволяют обеспечить моделирование альтернативных решений на разных этапах, их анализ и выбор вариантов, удовлетворяющих поставленным условиям.

ТематикаГеоинформатика
Скачать
Внимание! Если Вы хотите поделиться с кем-то материалом c этой страницы, используйте вот эту ссылку:
https://www.geokniga.org/books/3067
Прямые ссылки на файлы работать не будут!
1125.49