Что такое геоинформационные системы?

Геоинформационные системы. Лекция 1

Балтыжакова Татьяна Игоревна

Геоинформационная система, географическая информационная система, ГИС, geographic information system, GIS

Существует достаточно много определений того, что такое геоинформационная система. Она может определяться как система, как технология, как цифровая среда, как программное обеспечение.

Какое же определение правильное?

В каком-то смысле все эти определения правильны.

Эта двойственность происходит из самой сути геоинформационных систем, которые могут рассматриваться как программное обеспечение для решения конкретных задач, так и как технология создания таких систем.

Понятие “геоинформационная система”

«…аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества»1

“информационные системы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку, отображение и распространение данных, а также получение на их основе новой информации и знаний о пространственно-координированных явлениях”2

геоинформационная система; ГИС: Информационная система, оперирующая пространственными данными.3

Примечание

Иногда аббревиатура ГИС может встречаться в других значениях, например, государственная информационная система или газоизмерительная станция.

информационная система: Система, предназначенная для хранения, обработки, поиска, распространения, передачи и представления информации.

История развития ГИС

Вообще историю развития ГИС можно начать с самых древнейших времен, когда люди только начали создавать первые карты.

Картографическое изображение гор, рек, долин и маршрутов вокруг Павлова в Чехии, вырезанное на бивне мамонта и датируемое 25 тыс. лет до н.э.

Mappa mundi (Карта из Лондонской псалтыри)

Портулан Чёрного моря из атласа Батисты Аньезе (1553).

Одним из первых применений карт для того, чтобы ответить на вопрос “что и где происходит” можно назвать карту распространения холеры в Париже, подготовленную Шарлем Пике в 1834 году4

Карта распространения желтой лихорадки, созданная Валентином Симаном (Valentine Seaman) в 1797 году.

карта Джона Сноу, которая положила начало пространственному анализу, тематическому картографированию, ГИС, кластеризации и современной эпидемиологии, но на самом деле история не совсем такая, как ее обычно рассказывают. https://www.esri.com/arcgis-blog/products/arcgis-pro/mapping/something-in-the-water-the-mythology-of-snows-map-of-cholera/

Чуть позднее картографические методы стали использоваться в том числе и в социальных исследованиях. Первым таким масштабным исследованием были карты лондонской бедноты, подготовленные Чарльзом Бутом в рамках Исследования жизни и труда в Лондоне (1886-1903 гг.) (Inquiry into Life and Labour in London). Это исследование было одним из больших исследований жизни рабочего класса того времени.

Подробнее почитать про это исследование и ознакомиться подробными оцифрованными версиями карт можно здесь.

Hull House Maps and Papers5, подготовленные под руководством Флоренс Келли. В рамках этого исследования были созданы карты заработной платы для одного из районов Чикаго.

У. Э. Б. Дюбуа́ (W. E. B. Du Bois) - The Seventh Ward of Philadelphia. Distribution of Negro inhabitants throughout the Ward and their social conditions6.

«Разработка методологии выявления вернакулярных районов для оптимизации управления городскими территориями» Николаева Елена (выпуск 2023)

«Разработка метода построения сети центральных мест расселения в городе» Арсеньева Инна (выпуск 2024)

Тедикова А.А., Климоченков М.Д., Мельниченко И.А., Красноцветов М.А., Ус С.С., Кутлыев И.И., Щёкина М.В. История зарождения и развития геоинформатики как науки. Горная промышленность. 2024;(3):90–99. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-3-90-99Источник: https://mining-media.ru/ru/article/newtech/18769-istoriya-zarozhdeniya-i-razvitiya-geoinformatiki-kak-nauki

К 1950-м годам карты начали использоваться для маршрутизации транспортных средств, планирования развития и определения местоположения достопримечательностей.

В период с 1960 по 1975 год три основных технологических достижения в области новых компьютерных технологий привели к рождению современных ГИС:

  • возможность вывода картографических изображений с помощью линейных принтеров; д

  • достижения в области хранения данных

  • увеличение вычислительной мощности мэйнфреймов.

Первые геоинформационные системы появились в 60-х годах прошлого века в Швеции и Канаде. Эти геоинформационные системы были узко специализированными и создавались для управления земельными ресурсами.

Первая ГИС

Роджер Томлинсон (17 ноября 1933 г. - 7 февраля 2014) - «отец ГИС», Канада, 1960-е, Канадская географическая информационная система (CGIS), которая просуществовала до конца 1990-х годов, ее данные теперь доступны на портале GeoGratis. Фактически он был первым человеком, придумавшим термин “геоинформационная система”.

CGIS была уникальна тем, что реализовала многоуровневый подход к работе с картой.

The early days of GIS were very lonely. Noone knew what it meant. My work has certainly been missionary work of the hardest kind

Бюро переписи населения США также одним из первых приняло основные принципы ГИС. Бюро приступило к оцифровке границ переписи, дорог и городских территорий.

Ordnance Survey в Великобритании приступило к разработке своих топографических карт. Они использовали компьютеры для упрощения процесса обновления будущих изданий карт, а в 1971 году цифровое картографирование было введено в крупномасштабное производство карт ОС.

Swedish land databank system (SLDS), начало 70-х годов.

1964 год, Говард Фишер (Howard Taylor Fisher), SYMAP (Synergetic mapping).

Одна из первых карт, сделанных в SYMAP

Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственнного анализа

SYMAP была создана после ознакомления Фишера с цифровыми картами городского планирования, подготовленными группой Эдгара Хорвуда (Edgar Horwood). Фишер получил финансирование от Фонд Форда для того, чтобы продолжить работу над тематическим картографированием. В том числе на средства этого Фонда и была основана в 1965 году Гарвардской лабораторией компьютерной графики и пространственного анализа (Harvard Laboratory for Computer Graphics and Spatial analysis).

Говард Фишер

Первая векторная ГИС

В этой лаборатории и была создана первая векторная ГИС - Odyssey. Главной целью ее создания было спроектировать векторную ГИС, которая бы имела поддержку инструментов пространственного анализа.

Далее на основе Odyssey были созданы различные дополнения и расширения к основному функционалу.

Основание компании Esri

В 1969 Джек Дэнджермонд (Jack Dangermond), сотрудник Гарвадской лаборатории компьютерной графики, и его жена Лаура основали Институт исследований экологических систем (Environmental Systems Research Institute), Inc. (Esri).

I had some notion of applying computer mapping to my profession

В настоящее время ESRI около 40% рынка7 геоинформационных систем.

Джек Дэнджермонд

История ГИС в России

В нашей стране отсчет истории создания и развития ГИС можно вести от заседания XXIII Конгресса международного географического союза в Москве в 1976 г.

По его итогам был опубликован сборник, в котором, судя по всему, впервые на русском языке появляется термин географическая информационная система.

В 1970-х годах в Нижегородском НИИ прикладной математики и картографии (НИИПМК) была разработана «методология, заложенная в технологии создания твердых копий топографических карт различных масштабов для Роскартографии». Она позволяла за короткое время на новой компьютерной базе создать автоматизированную картографическую систему и во многом превосходила появившееся ранее методики.8

опыт геоинформатики на территориях постсоветского пространства во многом был связан с адаптацией зарубежных технологий. При этом исследования проводились во многих городах: Владивосток, Уфа, Москва, Казань, Тобольск и др. В 1980-х годах осуществлялись исследования по пространственному анализу, картографо-математическому моделированию, тематическому картографированию и их автоматизации, проводились теоретическое обоснование и разработка первых геоинформационных систем.

А первой отечественной геоинформационной системой считается разработанная в 1986 г. Н.Л. Беручишвили, физико-географом и ландшафтоведом, геоинформационная система Марткопського физико-географического стационара Тбилисского университета.

Современный период развития ГИС

Период с 1990 года в истории ГИС принято называть коммерческим периодом. Именно в эти годы ГИС начинают широко проникать во многие сферы науки, производства и общей деятельности человека.

Компьютеры становятся мощнее и быстрее, при этом становясь все доступнее для широкого круга пользователей, что привело к общему росту вариантов программного обеспечения.

В период с 2000-х годов все более доступными становятся цифровые картографические данные, появляются различные навигационные приложения.

Так как кроме картографических данных становятся все доступнее в том числе и данные дистанционного зондирования, в том числе их использование и обработка получило развитие в ГИС.

Современный нам этап развития геоинформационных систем можно охарактеризовать следующими тенденциями:

  • появление ГИС с открытым исходным кодом, в противовес коммерческим пропроетарным продуктам;

  • наличие общедоступной географической информации, в том числе благодаря краудсорсинговым проектам (OSM, Wikimapia);

  • проникновение ГИС в повседневную жизнь благодаря широкому распространению смартфонов и появлению приложений, использующих географическую информацию (навигационные приложения, сервисы доставки);

  • синтез анализа данных и геоинформатики.

Современные зарубежные ГИС

В качестве самых распространенных в мире ГИС следует упомянуть ArcGIS, QGIS, MapInfo.

ArcGIS (ранее ArcView и ArcMap) - самая распространенная в мире коммерческая геоинформационная система. Разработчиком этой системы является компания ESRI - фактический монополист на рынке ГИС.

ArcGIS Pro поддерживает визуализацию данных; расширенный анализ; и авторитетное ведение данных в 2D, 3D и 4D. Оно поддерживает совместное использование данных в наборе продуктов ArcGIS, таких как ArcGIS Online и ArcGIS Enterprise, и позволяет пользователям работать на разных платформах через Веб-ГИС.

Своему широкому распространению эта система отчасти обязана тем, что компания-разработчик поставляла (и продолжает поставлять) систему на льготных условиях для учебных заведений, поэтому существует целое поколение специалистов, для которых она является основным ПО.

QGIS относится к бесплатному свободно распространяемому программному обеспечению, кроме просто работы в ней позволяет писать пользовательские модули и надстройки. Например, российская компания NextGIS разработала на базе QGIS свою систему с дополнительными функциями и технической поддержкой пользователей.

QGIS это дружественная к пользователю географическая информационная система (ГИС) с открыты кодом, распространяющаяся под GNU General Public License. QGIS является проектом Open Source Geospatial Foundation (OSGeo). Она работает на Linux, Unix, Mac OSX, Windows и Android, поддерживает множество векторных, растровых форматов, баз данных и обладает широкими возможностями.

Отечественные ГИС

В настоящее время существует созданный Минстроем Перечень российского программного обеспечения для субъектов градостроительной деятельности в соответствии с данными единого реестра российского программного обеспечения для ЭВМ

ГИС Панорама

Официальный сайт: http://www.gisinfo.ru/

ГИС Аксиома

Официальный сайт: https://axioma-gis.ru/

NextGIS QGIS

Официальный сайт: https://nextgis.ru/nextgis-qgis/

Сноски

  1. Кошкарев А.В. Картография и геоинформатика: пути взаимодействия // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1990. No1. С.32.

  2. Геоинформатика: Учеб. для студ. вузов / Е.Г.Капралов, А. В. Кошкарев, В. С. Тикунов и др.; Под ред. В. С.Тикунова. — М : Издательский центр «Академия», 2005. — 480 с.

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

  4. Charles Picquet Maps One of the First Applications of Spatial Analysis in Epidemology https://www.historyofinformation.com/detail.php?entryid=4237

  5. https://florencekelley.northwestern.edu/historical/hullhouse/

  6. https://en.wikipedia.org/wiki/The_Philadelphia_Negro

  7. Forbes profile. Jack Dangermond https://www.forbes.com/profile/jack-dangermond/?sh=726658156c6e

  8. Тедикова А.А., Климоченков М.Д., Мельниченко И.А., Красноцветов М.А., Ус С.С., Кутлыев И.И., Щёкина М.В. История зарождения и развития геоинформатики как науки. Горная промышленность. 2024;(3):90–99. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-3-90-99