Географические информационные системы (ГИС) / Картографическая информация

Геоинформационная система (ГИС) — система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах.

Понятие геоинформационной системы также используется в более узком смысле — как инструмента (программного продукта), позволяющего пользователям искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности,так и дополнительную информацию об объектах.

Структура ГИС:

  • Данные (пространственные данные):
    • позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности, его координаты в выбранной системе координат;
    • непозиционные (атрибутивные, или метаданные) - описательные текстовые, электронные документы, данные графического типа, включая фотографии объектов, трехмерные изображения объектов, видеоматериалы и т.д.
  • Аппаратное обеспечение (ЭВМ, компьютерные сети, накопители, сканеры, дигитайзеры и т. д.);
  • Программное обеспечение (ОС, приложение и надстройки к нему);
  • Технологии (методы, порядок действий и т. д.);
  • Операторы, администраторы, пользователи.

Типичный набор функций ГИС

  • ввод данных в машинную среду (data input) путем их импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью оцифровывания источников;
  • преобразование или трансформация данных (data transformation), включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;
  • хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;
  • картометрические операции (см. картометрия), включая вычисление расстояний между объектами в проекции карты или на эллипсоиде, длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов;
  • операции обработки данных геодезических измерений (COGO);
  • операции оверлея (наложение);
  • операции "картографической алгебры" (map algebra) для логико-арифметической обработки растрового слоя как единого целого;
  • пространственный анализ (spatial analysis) - группа функций, обеспечивающих анализ размещения связей и иных пространственных отношений объектов, включая анализ зон видимости/невидимости, анализ соседства (см. анализ близости), анализ сетей, создание и обработку цифровых моделей рельефа, анализ объектов в пределах буферных зон и др.;
  • пространственное моделирование или геомоделирование (spatial modeling, geo-modeling), включая операции, аналогичные используемым в математико-картографическом моделировании и картографическом методе исследования;
  • визуализация исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки, включая картографическую визуализацию, проектирование и создание (генерацию) картографических и иных пространственных изображений, включая трехмерные;
  • вывод данных (data output) - графической, табличной и текстовой документации, в том числе ее тиражирование, документирование, или генерацию отчетов (reporting);
  • обслуживание процесса принятия решений (decision making)

Дополнительный набор функций

  • цифровая обработка изображений (данных дистанционного зондирования);
  • средства экспертных систем;
  • средства настройки на требования пользователя (customization);
  • средства расширения функциональных возможностей ГИС:
    • встроенные макроязыки (макросы);
    • инструментарии разработчика (developer's toolkit).

Как работает ГИС?

Каждому пространственному объекту соответствует запись в базе данных с набором атрибутивной информации. ГИС хранит информацию в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач.

Примеры слоев

  • Населенные пункты
  • Гидротехнические сооружения (шлюзы, каналы, насосные станции, дамбы)
  • Мосты
  • ЛЭП
  • Газопроводы
  • Заповедные территории (местного, национального и международного значения)
  • Сельхозугодья (пашни, сады, виноградники, пастбища, рисовые чеки)
  • Земли водного, лесного, природоохранного и с/х назначения
  • Растительный покров (плавни, леса)
  • Административное деление, государственная граница
  • Водотоки (реки, протоки, малые реки)
  • Водоемы (озера, рыбпруды и т.д.)
  • Рельеф

Векторная и растровая модели данных

ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных - векторными и растровыми. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных.

В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y (в современных ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата). Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств (например, плотность населения).

Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами (описывает непрерывные объекты и явления). Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке.

Классы решаемых задач

Информационно-справочные задачи

ГИС позволяют просматривать любой участок любой карты из имеющейся базы данных (БД) и получить доступ к информации, связанной с объектами на данном участке карты

Пространственный анализ и моделирование

Класс наиболее сложных, но, в то же время, и наиболее полезных для поддержки принятия решений задач, например, моделирование различных внештатных ситуаций и прогнозирование экологических и социальных последствий аварий.

Источник: Геоинформационные системы

Избранная библиография

Монографии и брошюры

Методы и средства обработки космических гидромелиоративных данных / Труды ГосНИЦИПР (1989) 

Статьи

Алимаев И.И., Скоринцева И.Б., Басова Т.А., Крылова В.С. - Устойчивое управление пастбищными ресурсами Казахстана с использованием ГИС-технологий (2017) 

Архипкин О.П., Сагатдинова Г.Н., Бралинова Ж.А. - Оценка потенциального развития паводков на основе анализа многолетних временных рядов ДДЗ (2014) 

Архипкин О.П., Сагатдинова Г.Н. - Использование слияния оптических и радарных данных при космическом мониторинге водных объектов (2020) 

Аукажиева Ж.М., Даркенбаева А.Б. - Применение геоинформационной системы в картографии (2011) 

Ахмеджанов А.Х., Караданов Т.К. - Динамика содержания диоксида азота в атмосфере над Казахстаном по данным наземных наблюдений и спутникового зондирования (2020) 

Ашуров А.Ф. - Состояние и развитие землепользования приусадебного фонда и вопросы применение ГИС для управления ими (2018) 

Бакбергенов Н.Н., Абдиров М. А. - Применение спутниковых измерений в водохозяйственных объектах (2019) 

Беглов И.Ф., Беликов И.В. - Опыт создания интерактивной карты по вопросам повышения квалификации специалистов водного хозяйства стран Центральной Азии (2018) 

Влацкий В.В. - Моделирование речного стока с использованием ГИС-технологий (2010) 

Герц Ж.В., Пулатов Б.А., Пулатов А.С. - Применение ГИС-технологий с целью изучения взаимосвязи бонитета почвы и свойств растительного покрова (2017) 

Горохова И.Н., Панкова Е.И., Шишконакова Е.А. - Опыт использования космических снимков для составления карты землепользования орошаемых и залежных земель Светлоярской оросительной системы (2017) 

Горохова И.Н., Панкова Е.И., Чурсин И.Н. - Разработка методических подходов для оценки состояния орошаемых земель юга европейской части России на основе материалов космической съемки (2020) 

Данилов Р.Ю., Кремнева О.Ю., Исмаилов В.Я., Третьяков В.А., Ризванов А.А., Кривошеин В.В., Пачкин А.А. - Общая методика и результаты наземных гиперспектральных исследований сезонного изменения отражательных свойств посевов сельскохозяйственных культур и отдельных видов сорных растений (2020) 

Карин С.А. - Интеграция в едином информационном пространстве разнородных геопространственных данных (2012) 

Караматов О.О., Садыкова Г.Ф. - Геоинформатика и земельно-кадастровое информационное обеспечение оценки эффективности инноваций в сельском хозяйстве (2018) 

Калитов Д.К., Завалей В.А. , Рахимов Т.А., Салыбекова В.С. - Разработка геоинформационных систем управления ресурсами подземных вод Казахстана для целей интегрированного управления водными ресурсами на основе цифровых гидрогеологических карт масштаба 1:500 000 (2014) 

Кирюшин В.И., Слива И.В. - Применение ГИС-технологий при картографировании и проектировании агроландшафтов (2005) 

Кривоконева Е.Ю., Гончарова И.Ю. - Мониторинг земель с применением ГИС-технологий (2011) 

Корытный Л.М. - Проблемное водно-ресурсное картографирование речных бассейнов Азии (2010) 

Керимбай Н.Н., Какимжанов Е.Х., Макаш К.К, Керимбай Б.С. - Создание и использование региональной ГИС на основе применения web-программирования (на примере Карасайского района Алматинской области) (2015) 

Курбанов Б.Т., Джураев Н.М., Хусамитдинов А.С., Ёдгоров Ш.И., Курбанов Б.Б. - Применение ГИС-технологий в исследованиях влияния инженерно-геологических условий площади строительства гидротехнических сооружений (2015) 

Курбанов Б.Т., Аскарходжаев Н.А. - Применение интегрированных ГИС-технологий и методов биоиндикации при анализе аэроэкологической обстановки (2018) 

Курбанов Б.Т. - Решение гидроэкологических проблем на базе современных информационных технологий (2018) 

Литвинов А.Г. - Механизм логического вывода и представление компонентов базы знаний в объектно-ориентированной ГИС (2006) 

Митягина М.И., Лаврова О.Ю. - Выход естественных углеводородов со дна Каспийского моря в районе туркменского шельфа, выявленный по спутниковым данным (2020) 

Моисеенко Г.С., Левашов С.Д. - Применение эмпирических ортогональных функций при спутниковом мониторинге верхнего слоя морской воды (2020) 

Мухамеджанов И.Д., Лупян Е.А., Уваров И.А. - Спутниковый мониторинг сезонной динамики водохранилищ Вахшского каскада (2018) 

Мухамеджанов И.Д., Лупян Е.А., Уваров И.А. - Особенности спутникового мониторинга гидросооружений Вахшского каскада на примере Нурекского водохранилища (2018) 

Мубораков Х., Рузиев А.С., Абдуллаев И.У. - Об использовании материалов ДЗЗ для расчетов проектных параметров и мониторинга режима водохранилищ (2018) 

Нарбаев Ш.К., Ахмадалиев В.А. - Зонирование территории по данным ГИС в системе устойчивого землепользования (2018) 

Никанорова А.Д. - Применение сценарного подхода для оценки устойчивости системы водопользования в Ферганской долине (2014) 

Ниязов Дж. Б., Саидов С.М., Имомов К.Ф. - Исследования селеопасного участка сая Теболай (Таджикистан) с применением ГИС технологий (2018) 

Ниязов Дж. Б., Калашникова О. Ю., Гафуров А. А. - Методика прогноза водности высокогорных рек Центральной Азии на основе снимков MODIS (2020) 

Панкова Е.И., Конюшкова М.В., Горохова И.Н. - О проблеме оценки засоленности почв и методике крупномасштабного цифрового картографирования засоленных почв (2017) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в освоении пустынной экосистемы Каракумы (Часть 1) (2016) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в освоении пустынной экосистемы Каракумы (Часть 2) (2017) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в освоении пустынной экосистемы Каракумы (Часть 3) (2017) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в освоении пустынной экосистемы Каракумы (Часть 4) (2017) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в освоении пустынной экосистемы Каракумы (Часть 5) (2017) 

Пенджиев А.М., Гурбанов Э.Х. - Основы геоинформационной системы в развитии малой гидроэнергетики Туркменистана (2015) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационных систем в развитии солнечной энергетики Туркменистана (2015) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в развитии геотермальной энергетики в Туркменистане (2015) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в развитии ветроэнергетики в Туркменистане (2016) 

Пенджиев А.М. - Основы ГИС в развитии ветроэнергетики в Туркменистане (2015) 

Рощенко Е.М., Жерельева С.Г. - Географическая информационная система в практике управления водными ресурсами (2001) 

Семакова Э.Р. - Предварительные результаты построения цифровой модели рельефа для некоторых районов Центрального и Западного Тянь-Шаня (2015) 

Семакова Э.Р., Семаков Д.Г. - О возможности использования методов дистанционного зондирования Земли при расчётах гляциологических показателей для горных районов Узбекистана (2017) 

Соколов В.И., Ухалин Ю.С., Тий Л.В. - Информационные системы и базы данных в гидрографическом управлении водными ресурсами (2001) 

Талызов А.А., Ушакова А.С., Щербаков А.О. - Современные требования к разработке моделей и методов оценки характеристик поверхностного стока (2013) 

Терехов А.Г. - Технические характеристики водного канала Кара-Ертис – Карамай: спутниковые оценки (2017) 

Терехов А.Г. - Спутниковая диагностика изменений сельскохозяйственного водообеспечения Синьцзян-Уйгурского автономного района КНР на основе эффекта охлаждения поверхности пашни при ирригации по данным 2002-2019 гг. (2020) 

Хаитов Б.У. - Построение сети специальных линий на топографической поверхности (2010) 

Хаитов Б.У. - Изохронный анализ топографической поверхности (2010) 

Хакимова К.Р., Эгамбердиева М.М., Эшназаров Д. - Использование ГИС-технологий для создания электронных экологических карт (2018) 

Харитонова Т.И., Сурков Н.В. - Ландшафтный подход к моделированию динамики влажности почвенно-растительного покрова дистанционными методами (2020) 

Хикматов Ф.Х., Аденбаев Б.Е., Юнусов Г.Х, Магдиев Х.Н. - Опыт составления атласа поверхностных вод Узбекистана и сопредельных территорий (2018) 

Цычуева Н.Ю., Малахов Д.В. - Методика детектирования орошаемых угодий с использованием спутниковых данных и ГИС (2016) 

Чембарисов Э.И., Хожамуратова Р.Т., Беликов И.В., Рахимова М.Н. - Опыт применения ГИС-технологий в мелиоративных исследованиях (2017) 

Шатова Т. - Геоинформационные системы (2010) 

Шаазизов Ф.Ш. - Система мониторинга состояния крупных водохранилищных гидроузлов Республики Узбекистан (2010) 

Шаазизов Ф.Ш. - Применение ГИС технологий при моделировании возникновения ЧС природного характера в Ташкентской области Республики Узбекистан (2017) 

Шенбергер И.В. - Основы создания геопространственной информационной системы по экстремальным гидрологическим явлениям (2016) 

Нормативно-методическая и справочная информация

Рощенко Е.М., Беглов И.Ф. - Руководство по использованию Географической информационной системы (ГИС) для национальных контактных точек (2009) 

Диссертации и авторефераты

Рахматуллаев Ш.А. - Совершенствование оперативных методов определения полезной емкости водохранилищ с использованием геоинформационных систем (на примере Акдарьинского водохранилища) (2010) 

Технические нормативы

ГОСТ Р 50828-95 Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования 

ГОСТ Р 51605-2000 Карты цифровые топографические. Общие требования 

ГОСТ Р 51606-2000 Карты цифровые топографические. Система классификации и кодирования цифровой картографической информации. Общие требования 

ГОСТ Р 51607-2000 Карты цифровые топографические. Правила цифрового описания картографической информации. Общие требования 

ГОСТ Р 51608-2000 Карты цифровые топографические. Требования к качеству 

ГОСТ Р 52438-2005 Географические информационные системы. Термины и определения 

ГОСТ Р 52439-2005 Модели местности цифровые. Каталог объектов местности. Требования к составу 

ГОСТ Р 52440-2005 Модели местности цифровые. Общие требования 

ГОСТ Р 52571-2006 Географические информационные системы. Совместимость пространственных данных. Общие требования 

ГОСТ Р 52572-2006 Географические информационные системы. Координатная основа. Общие требования 

ГОСТ Р 52573-2006 Географическая информация. Метаданные 

ГОСТ Р ИСО 19105-2003 Географическая информация. Соответствие и тестирование 

ГОСТ Р ИСО 19113-2003 Географическая информация. Принципы оценки качества 

Соглашения на глобальном и региональном уровне

Соглашение между Правительством Республики Узбекистан и Правительством Республики Таджикистан о сотрудничестве в области геодезии, картографии, землеустройства, кадастра и дистанционного зондирования земли (2018) 

Законодательство

Закон Республики Казахстан «О геодезии и картографии» (2002) 

Постановление Правительства Республики Казахстан от 8 апреля 2020 года № 185 «О внесении изменения в постановление Правительства Республики Казахстан от 4 июня 2003 года № 530 "Об утверждении Правил регистрации, учета и выдачи разрешений на проведение аэросъемочных работ"» 

Постановление Правительства Республики Казахстан от 4 июня 2003 года N 530 «Об утверждении Правил регистрации, учета и выдачи разрешений на проведение аэросъемочных работ» 

Закон Кыргызской Республики «О геодезии и картографии» (2002) 

Постановление Правительства Кыргызской Республики от 22 ноября 2018 года № 547 «О внесении изменений в постановление Правительства Кыргызской Республики "Об утверждении Положения о порядке и условиях предоставления в пользование геологических информационных ресурсов" от 17 марта 2014 года № 144» 

Закон Республики Таджикистан «О геодезии и картографии» (2006) 

Закон Туркменистана «О геодезической и картографической деятельности» (2001) 

Закон Республики Узбекистан «О геодезии и картографии» (1997) 

Постановление Кабинета Министров Республики Узбекистан от 22 ноября 2016 г. № 391 «Об установлении государственных систем геодезических координат и высот на территории Республики Узбекистан» 

Ресурсы