This website works best with JavaScript enabled
Joomla

Дослідження веб-картографії як різновиду геоінформаційних систем

Шкарбан Олена, 17 р., зош І-ІІІ ст. № 1, м. Шпола, Черкаська обл.

Вступ
Збір, узагальнення, систематизація та обробка даних про навколишній світ - основні завдання сучасної науки. Але результати обробки мають цінність тільки в тому випадку, якщо вони подані належним чином. Подання забезпечує ефективне сприйняття інформації людиною або передачу її на виконавчі органи в автоматизованих системах управління.

Із зростанням обсягів інформації набуває значення самостійність завдання ефективного зберігання та пошуку інформації, а зі зростаючою інтеграцією комп'ютерів і розширенням спектру їх застосування - завдання ефективної передачі інформації між комп'ютерами. Дані, що накопичуються людством про реальні об'єкти, як правило, містять «просторову» складову. «Просторову адресу» мають будинки і споруди, земельні ділянки, водні, лісові та інші природні ресурси, транспортні магістралі та інженерні комунікації. Аварії на комунікаціях пов'язані з певною точкою у просторі. Рухомий або нерухомий на дорозі автомобіль, поїзд, що рухається, літак, що летить, морське судно, що пливе, переміщувана деталь на території заводського цеху мають координати на земній поверхні.
Значну допомогу у вирішенні завдань збереження, обробки і представлення інформації з географічною прив'язкою можуть зіграти комп'ютерні технології і, в першу чергу, геоінформаційні системи. Тому метою моєї наукової роботи є розглянути поняття геоінформаційної системи та веб-картографії, як основні складові та завдання ГІС, класифікувати ГІС, описати веб-картографію як різновид ГІС.
Що таке ГІС та її завдання
Якщо обійтися без визначень, а обмежитися описом, то ГІС-технологія, що об'єднує традиційні операції при роботі з базами даних, такими, як запит і статистичний аналіз, з перевагами повноцінної візуалізації і географічного (просторового) аналізу, які надає карта. Ці особливості відрізняють ГІС від інших інформаційних систем і забезпечують унікальні можливості їх застосування в широкому спектрі завдань, пов'язаних з аналізом і прогнозом явищ і подій навколишнього світу, з осмисленням і виділенням головних факторів і причин, а також їх можливих наслідків, з плануванням стратегічних рішень і поточних наслідків зроблених дій. ГІС - це інструментарій, за допомогою якого можна вирішити такі завдання, для яких до цього не існувало готових закінчених рішень.
Робота з ГІС починається з таких простих питань, як: «Що це?» або «Де це знаходиться?». І хоча запити до системи, реально використовувані на практиці, набагато складніші, ідеологічно вони є лише їх різновидом. Наприклад, це може бути питання: «В якому напрямку поширюється забруднення атмосферного повітря?» або «Які населені пункти потраплять в зону випадання радіоактивних опадів?», або «Де проживають хворі на грип?» і т.д.
Одне з ключових завдань, що вирішуються в ГІС - це створення, введення та оновлення цифрових карт і планів, зв'язування їх з базами атрибутивних даних, обмін даними з іншими системами. Вимоги, які спочатку ставлять користувачі до ГІС, варіюють у дуже широкому діапазоні: від «збереження існуючого фонду традиційних планів з причини погіршення стану матеріалу, на якому вони були накреслені, до інтеграції просторових і пов'язаних з ними даних, що постійно оновлюються на одній і тій ж території різними організаціями ». Як правило, в одних і тих же користувачів у міру освоєння ГІС, вимоги змінюються змістовно і якісно від найпростіших до більш складних.
Інформацію для ГІС можуть надавати найрізноманітніші джерела:
•    географічні карти і плани;
•    нормативні та правові документи;
•    фотограмметричні дані, результати польових випробувань;
•    наукові звіти та ін.
Геоінформаційні системи (також ГІС - географічна інформаційна система) - призначені для збору, зберігання, аналізу та графічної візуалізації просторових даних і пов'язаної з ними інформації про представлених в ГІС об'єктах. Іншими словами, це інструменти, що дозволяють користувачам шукати, аналізувати і редагувати цифрові карти, а також додаткову інформацію про об'єкти, наприклад висоту будівлі, адреса, кількість мешканців.
ГІС застосовуються в картографії, геології, метеорології, землеустрої, екології, муніципальному управлінні, транспорті, економіці, обороні.
Відповідь на запитання: «Що знаходиться…?» в певному місці розташування може бути знайдено різними способами:
•    за назвою місцевості;
•    за поштовою адресою;
•    за координатами;
•    за вказаною точкою на карті.
За допомогою ГІС можна розв’язати велике коло різноманітних завдань.
Далі розглянемо історію становлення та класифікацію геоінформаційних систем.
Класифікація ГІС
Існування ГІС можна поділити на такі періоди:
•    Піонерський період (пізні 1950е - ранні 1970е рр..)
-    Дослідження принципових можливостей, суміжних областей знань і технологій, напрацювання емпіричного досвіду, перші великі проекти і теоретичні роботи.
-    Поява електронних обчислювальних машин (ЕОМ) в 50-х роках.
-    Поява відцефровувачів, плотерів, графічних дисплеїв і інших периферійних пристроїв в 60-х.
-    Створення програмних алгоритмів і процедур графічного відображення інформації на дисплеях і за допомогою плотерів.
-    Створення формальних методів просторового аналізу.
-    Створення програмних засобів управління базами даних.
•    Період державних ініціатив (поч. 1970е - поч. 1980е рр..)
-    Державна підтримка ГІС стимулювала розвиток експериментальних робіт в області ГІС, заснованих на використанні баз даних з вуличних мереж:
-    Автоматизовані системи навігації.
-    Системи вивезення міських відходів та сміття.
-    Рух транспортних засобів у надзвичайних ситуаціях і т. д.
•    Період комерційного розвитку (ранні 1980е - теперішній час)
-    Широкий ринок різноманітних програмних засобів, розвиток настільних ГІС, розширення області їх застосування за рахунок інтеграції з базами непросторових даних, поява мережевих додатків, поява значного числа непрофесійних користувачів, системи, що підтримують індивідуальні набори даних на окремих комп'ютерах, відкривають шлях системам, що підтримує корпоративні та розподілені бази геоданих.
•    Користувальницький період (пізні 1980-ті - теперішній час)
ГІС використовуються в різних сферах людської діяльності:
•    Управління земельними ресурсами, земельні кадастри. Для вирішення проблем, що мають просторову прив'язку і почали створювати ГІС. Типові завдання - складання кадастрів, класифікаційних карт, визначення площ ділянок і кордонів,меж між ними і т. д.
•    Інвентаризація, облік, планування розміщення об'єктів розподіленої виробничої інфраструктури та управління ними. Наприклад, нафтогазовидобувні компанії або компанії, що управляють енергетичною мережею, системою бензозаправних станцій, магазинів і т. п.
•    Проектування, інженерні пошуки, планування в будівництві, архітектурі. Такі ГІС дозволяють вирішувати повний комплекс завдань із розвитку території, оптимізації інфраструктури споруджуваного району, потрібного кількості техніки, сил і засобів.
•    Тематичне картографування.
•    Управління наземним, повітряним та водним транспортом. ГІС дозволяє вирішувати завдання управління рухомими об'єктами за умови виконання заданої системи відносин між ними і нерухомими об'єктами. У будь-який момент можна дізнатися, де знаходиться транспортний засіб, розрахувати завантаження, оптимальну траєкторію руху, час прибуття і т. д.
•    Управління природними ресурсами, природоохоронна діяльність та екологія. ГІС допомагає визначити поточний стан і запаси спостережуваних ресурсів, моделює процеси в природному середовищі, здійснює екологічний моніторинг місцевості.
•    Геологія, мінерально-сировинні ресурси, гірничодобувна промисловість. ГІС здійснює розрахунки запасів корисних копалин за результатами проб (розвідувальне буріння, пробні шурфи) при відомій моделі процесу утворення родовища.
•    Надзвичайні ситуації. За допомогою ГІС проводиться прогнозування надзвичайних ситуацій (пожеж, повеней, землетрусів, селей, ураганів), розрахунок ступеня потенційної небезпеки і прийняття рішень про надання допомоги, розрахунок необхідної кількості сил і засобів для ліквідації надзвичайних ситуацій, розрахунок оптимальних маршрутів руху до місця лиха, оцінка нанесеного збитку.
•    Військова справа. Вирішення широкого кола специфічних завдань, пов'язаних з розрахунком зон видимості, оптимальних маршрутів руху пересіченою місцевістю з урахуванням протидії і т. п.
•    Сільське господарство. Прогнозування врожайності і збільшення виробництва сільськогосподарської продукції, оптимізація її транспортування і збуту.
Структура ГІС
ГІС зберігає інформацію про реальний світ у вигляді набору тематичних пластів, які об'єднані на основі географічного положення .
ГІС-система включає в себе п'ять ключових складових;
•    апаратні засоби. Це комп'ютер, на якому запущена ГІС. В даний час ГІС працюють на різних типах комп'ютерних платформ, від централізованих серверів до окремих або зв'язаних мережею настільних комп'ютерів;
•    програмне забезпечення. Містить засоби та інструменти, необхідні для зберігання, аналізу і візуалізації географічної інформації. До таких програмних продуктів відносяться: інструменти для введення та оперування географічною інформацією; система управління базою даних; інструменти підтримки просторових запитів, аналізу та візуалізації;
Геоінформаційні системи в Інтернеті
Процес починається зі створення бази даних. В якості джерела отримання вихідних часто користуються оцифруванням звичайних паперових карт.
В Інтернеті використання ГІС втілено в електронні карти місцевості і в супутникову навігацію.
Електронна карта, створена в ГІС, підтримується: багатим і могутнім інструментарієм створення і редагування об'єктів базами даних спеціалізованими пристроями сканування, друку та іншими технічними рішеннями засобами Інтернет космічними знімками, інформацією із супутників.
В даний час для визначення положення точок або об'єктів у просторі широко застосовуються глобальні навігаційні супутникові системи Використовуючи дане поле, за допомогою спеціального приймача і програмного забезпечення можна визначати положення точок і об'єктів у просторі та часі.
Можливості веб-картографії
Серед безодні інформації, що надається Інтернетом, в останні роки з'явилася і просторова. Я спробую дати зріз сучасних технологій, що використовуються в веб-картографії, зробити невеликий екскурс в історію та оцінити поточну ситуацію.
Веб-картографія - це область комп'ютерних технологій, пов'язана з доставкою просторових даних кінцевому користувачеві. Часто з цим поняттям зустрічається термін web mapping services (картографічні веб-сервіси), також використовуються і терміни "веб-картографія" та "вебГІС.
Основними завданнями веб-картографії є:
•    візуалізація існуючої інформації і просторове уявлення даних;
•    полегшення роботи з просторовою інформацією в вебі, пошук, прокладка маршрутів і інші послуги, засновані на використанні відомостей про розташування об'єктів (location based services, LBS).
Хоча для більшості користувачів Інтернету веб-картографія асоціюється зі знаменитими продуктами компанії Google, що вийшли на ринок у 2005 році, фактично датою народження веб-картографії можна вважати рік 1993-й, коли вперше був запущений веб-сервіс Xerox PARC Map Viewer, що дозволяв в інтерактивному режимі відправляти запити з браузера сервера і отримувати фрагменти карт у форматі GIF. Саме це додаток і концепція його функціональності стали родоначальниками більшості пізніших версій веб-ГІС.
Переломним став 2005 рік, коли компанія Google практично одночасно запустила два глобальних картографічних сервіси - Google-Maps і Google-Earth.
Ключовим словом тут є слово "глобальний" - жоден із запущених раніше сервісів не міг похвалитися такою широкою географією. Крім того, був використаний принципово новий підхід в організації самого сервісу: замість класичного способу, при якому користувач надсилає запит на сервер, чекає обробки і отримує назад згенеровану "на льоту" картинку, тут всі дані підготовлюються і обробляються заздалегідь, що дозволило добитися незвичайно швидкої роботи з картами та "безшовних" даних при навігації.
Наступні три роки (до теперішнього часу) характеризуються колосальним зростанням інтересу до веб-картографії та її можливостей, а також значним зростанням великої кількості сервісів, що в тій чи іншій формі використовують картографічні веб-технологи.
Основні види додатків веб-картографіі
Я спробую дати найпростішу класифікацію численним інструментам розробки веб-ГІС-додатків. Звичайно, в силу того, що кожен виробник прагне розробити комплексний засіб, що включає технології створення, візуалізації та публікації даних в Інтернеті, запропонована мною класифікація може вважатися умовною, проте вона дозволить зорієнтуватися в океані існуючих рішень і пропозицій.
Віртуальний глобус (Google Maps, Google Earth, Virtual Earth, ArcGIS Explorer) - простий і ефективний засіб швидкого створення і публікації даних в Інтернеті. Ця категорія інструментів характеризується можливістю масового поширення і швидкістю доставки геопросторових даних користувачам.
В якості клієнта можуть використовувати як веб-браузер, так і окремий додаток.
Користувальницькі ГІС (ArcGIS, Map info, QGIS, gvSIG) - велика і складна категорія, тісно пов'язана з веб-картографією. Як правило, користувацькі "коробкові" ГІС, з одного боку, здатні відігравати роль клієнтів, що працюють з даними, що постачаються картографічними веб-серверами, а з іншого - в них здійснюється масова підготовка та аналіз даних перед публікацією у мережі.
Картографічні веб-сервери (MapServer, GeoServer, OpenLayers та ін) - ціле сімейство продуктів вільно поширюваного і пропрієтарного характеру, призначеного для швидкої публікації користувача даних в Інтернеті. Ці інструменти дозволяють створити інтерфейс потрібної складності, інтегрувати сервіси з базою даних, підтримувати класи просторових даних (PostgreSQL, SQL Server, MySQL, ArcSDE). Головна відмінність подібних систем від Google Maps - повний контроль над програмним забезпеченням і самими даними, однак за це доводиться розплачуватися більшою складністю установки іналаштуванням, часто вимагає хоча б початкового знання мов програмування (JavaScript, PHP) і основ адміністрування.
Стандарти веб-картографії
Загальні принципи і стандарти в області розробки програмного забезпечення картографічних веб-сервісів розробляються і декларуються міжнародною некомерційною організацією Open Geospatial Consortium (OGC) [www.opengeospatial.org.]. Ця організація була заснована в 1994 році і на момент створення включала тільки вісім членів. З 1992 по 2004 рік їх число зросло до 250, і на сьогоднішній день в OGС представлені найбільші комерційні, академічні та державні організації, що займаються розробкою або дослідженнями в області геоінформаційного ПЗ (у тому числі Boeing, Oracle, ESRI, MapInfo, Intergraph, Google ).
Однією з перших розробок OGC були стандарти GML - Geography Markup Language - мови групи XML, призначеного для опису географічно прив'язаних об'єктів. GML може бути використаний і як мова моделювання так, і як мова передачі геопросторової інформації в Інтернет.
Веб-картографія Google
Карти Google (Google Maps) – набір засобів, побудованих на основі безкоштовного картографічного сервісу і технології, що надаються компанією «Google». Створені у 2005 році.
Сервіс являє собою карту та супутникові знімки планети Земля (а також Місяця і Марса). До сервісу додається інтегрований бізнес-довідник і карта автомобільних доріг, з пошуком маршрутів.
На відміну від інших аналогічних сервісів, що показують супутникові знімки в звичайному браузері (наприклад, Google Maps), в даному сервісі використовується спеціальна, завантажувана на комп'ютер користувача клієнтська програма Google Earth. Такий підхід хоча і вимагає закачування і установки програми, але зате в подальшому забезпечує додаткові можливості, важко реалізовані за допомогою веб-інтерфейсу.
Google Earth автоматично підкачує з Інтернету необхідні користувачу зображення та інші дані, зберігає їх у пам'яті комп'ютера і на жорсткому диску для подальшого використання.
Є величезна кількість додаткових даних, які можна підключити за бажанням користувача. Наприклад, назви населених пунктів, водойм, аеропортів, дороги, залізниці та інша інформація. Крім цього, для багатьох міст є ще більш детальна інформація - назви вулиць, магазинів, заправок, готелей, і т. д. Є годинні пояси (синхронізовані через Інтернет з відповідною базою даних), на якому відображені (з просторовою прив'язкою) посилання на статті з Вікіпедії.
Користувачі можуть створювати свої власні відмітки і накладати свої зображення зверху супутникових (це можуть бути карти, або більш детальні знімки, отримані з інших джерел). Цими відмітками можна обмінюватися з іншими користувачами програми через форум Google Earth Community.
Веб-картографія Яндекс
Яндекс.Карти - пошуково-інформаційний картографічний сервіс Яндекса. Відкритий в 2004 році. На сервісі представлені карти масштабом до 1:2000. Найбільш точно і повно представлені карти Росії, України, Білорусії і Казахстану. На картах Західної та Центральної Європи, Туреччини, Таїланду, Ізраїлю та Єгипту представлені всі великі населені пункти, залізниці, автомобільні магістралі. На картах інших країн світу представлені тільки найбільші міста і міжміські шосе.
30 січня 2012 Яндекс купив карти всіх країн світу у сервісу NAVTEQ, де в особливих подробицях зображені дорожня мережа, міжміські магістралі, будинки та вулиці. З часом новий контент з'явиться на Яндекс.Картах. В результаті у сервісу стане універсальним картографічним сервісом, що охоплює всю планету.
Карти, доступні в чотирьох варіантах: схеми, супутникові знімки, суміжні та Народна карта. Набір можливостей по роботі з картами досить великий, але в найбільш повному обсязі доступний лише для обмеженого числа міст.
Карти Google: хороші карти, багато якісних панорам.
Карти Yandex: більш детальні карти для певних територій, панорами також кращі.
Карти Google: хороші тим, що на них відображується різні частини світу.
На картах багатьох місцевостей відображується картинка, якої вже немає, трапляються помилки і в площі селищ на обох серверах.
Отже, карти обох серверів слід вдосконалювати. Є неточності і на картах Google і на картах Яндека.
Практичне значення проведеного дослідження
Веб-картографія як різновид геоінформаційних систем має широкий спектр застосування: веб-можливості, за наявності Інтернету, можна використовувати і на уроках, і в повсякденному житті. Так, наприклад, вивчаючи материк Австралію, на уроці географії ми мали змогу безпосередньо через супутникову систему потрапити в саме серце австралійської Великої пустелі Вікторія. Ми були вражені побаченим: на сотні кілометрів нічого немає живого. Таке враження, що опинилеся десь не на Землі, чи навіть на Місяці, а на Марсі – довкола лише безжиттєві червоні ландшафти. На іншому ж боці Землі – в Амазонському селеві, серед волого тропічного лісу ще у ХІХ ст.. виросло і розквітло місто Манаус. Надприбутки від торгівлі натуральним каучуком, який давало дерево каучуконос-гевея, принесли славу і багатство цьому бразильському місту.
Через систему Google Earth легко можна потрапити в саме серце Амазонії і самому впевнитись у правдивості цих слів. Бентежить лише одне: це велике місто неначе загубилося серед вологого екваторіального лісу і на сьогоднішній день воно втратило свої колишні позиції.
В ході наукового дослідження я намагалася дати відповідь на запитання «А навіщо мені потрібні ГІС?». ГІС, як правило, асоціюється у всіх з картою. Однак ми не користуємося атласами та картами кожну хвилину нашого життя! До того ж інформації, причому не завжди зрозумілою і потрібною, з різних джерел ми і так отримуємо більше, ніж іноді хотілося б. І ми довели, що всю цю інформацію слід систематизувати, щоб краще її сприймати. В епоху доступного Інтернету, користувачі все частіше звертаються до веб-карт, для розв’язання певного класу завдань.
В ході написання наукової роботи я:
-    дослідила, що таке геоінформаційна система, які завдання вона можна виконати, які джерела можуть поставляти найрізноманітніші джерела інформацію, які основні її складові;
-    описала особливості історичних періодів ГІС;
-    навела класифікацію та сфери використання геоінформаційних систем;
-    описала основні поняття, стандарти, які використовують у веб-картографії;
-    дослідила засоби Карти Google (Google Maps), Google Earth та Яндекс.Карти;
-    порівняла можливості Google Maps та Яндекс.Карти.
Сучасні ГІС набагато доступніші і поширені. Компанія Google зробила доступним кожному багато чого з того, що раніше було доступне лише професіоналам. Багато ще недоліків, які слід усувати, але знання стають надбанням всіх і як те, що років десять тому вміли робити одиниці, сьогодні зможе зробити і школяр. Однак така суть прогресу…

Створення і підтримка сайту pbb.lviv.ua

#fc3424 #5835a1 #1975f2 #2fc86b #f_syc9 #eef12086 #150714100123