Области применения ГИС – технологий, этапы создания, перспективы, тенденции развития.
Первым вопросом человека, не знакомого с географическими информационными системами (ГИС), будет, конечно, "а зачем мне это нужно?". Действительно, мы не пользуемся атласами и картами каждую минуту нашей жизни и, как известно, из произведений классиков, географию изучать не обязательно - для этого извозчики есть. К тому же информации, причем не всегда приятной, из разных источников мы и так получаем больше, чем иногда хотелось бы. И нужно ли ее еще и систематизировать? Тут есть о чем задуматься. ГИС - это нечто большее, чем карта, перенесенная на компьютер. Для начала дадим определение: ГИС - это особый тип базы данных об окружающем мире - географическая база данных, которая представляется в виде серий наборов географических данных, которые моделируют географическую среду посредством простых обобщенных структур данных. ГИС включает наборы современных инструментальных средств для работы с географическими данными. Это “информационная система для географии”. По сути, в основе ГИС лежит структурированная база данных, которая описывает мир в географическом аспекте.
Области применения геоинформационных систем
Учеными подсчитано, что 85% информации, с которой сталкивается человек в своей жизни, имеет территориальную привязку. Поэтому перечислить все области применения ГИС просто невозможно. Этим системам можно найти применение практически в любой сфере трудовой деятельности человека. ГИС эффективны во всех областях, где осуществляется учет и управление территорией и объектами на ней. Это практически все направления деятельности органов управления и администраций: земельные ресурсы и объекты недвижимости, транспорт, инженерные коммуникации, развитие бизнеса, обеспечение правопорядка и безопасности, управление ЧС, демография, экология, здравоохранение, рекламные агентства и т. д.
ГИС позволяют точнейшим образом учитывать координаты объектов и площади участков. В области транспорта ГИС давно уже показали свою эффективность благодаря возможности построения оптимальных маршрутов, как для отдельных перевозок, так и для целых транспортных систем, в масштабе отдельного города или целой страны. При этом возможность использования наиболее актуальной информации о состоянии дорожной сети и пропускной способности позволяет строить действительно оптимальные маршруты.
ГИС позволяют вести учет численности, структуры и распределения населения и одновременно использовать эту информацию для планирования развития социальной инфраструктуры, транспортной сети, оптимального размещения объектов здравоохранения, противопожарных отрядов и сил правопорядка.
С помощью ГИС можно проводить мониторинг экологической ситуации и учет природных ресурсов. Они не только могут дать ответ, где сейчас находятся "тонкие места", но и благодаря возможностям моделирования подсказать, куда нужно направить силы и средства, чтобы такие "тонкие места" не возникали в будущем. С помощью геоинформационных систем определяются взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью сельскохозяйственных культур), выявляются места разрывов электросетей.
Риэлтеры используют ГИС для поиска, к примеру, всех домов на определенной территории, имеющих шиферные крыши, три комнаты и 10-метровые кухни, а затем выдачи более подробного описания этих строений. Запрос может быть уточнен введением дополнительных параметров, например, стоимостных. Можно получить список всех домов, находящих на определенном расстоянии от конкретной магистрали, лесопаркового массива или места работы.
Компания, занимающаяся инженерными коммуникациями, может четко спланировать ремонтные или профилактические работы, начиная с получения полной информации и отображения на экране компьютера (или на бумажных копиях) соответствующих участков, скажем водопровода, и заканчивая автоматическим определением жителей, на которых эти работы повлияют, с уведомлением их о сроках предполагаемого отключения или перебоев с водоснабжением (на рис. изображены тепловые сети, канализация, водопровод, электрические сети, телефонная канализация и др).[1] Рис.1.Скриншот участка карты в ArcGIS. (www. *****)
Для космических и аэрофотоснимков важно то, что ГИС могут выявлять участки поверхности с заданным набором свойств, отраженных на снимках в разных участках спектра. Но на самом деле эта технология может с успехом применяться и в других областях. Например, в реставрации: снимки картины в разных областях спектра (в том числе и в невидимых).
Геоинформационная система может использоваться для осмотра как больших территорий (панорама города, штата или страны), так и ограниченного пространства, к примеру, зала казино. С помощью этого программного продукта управленческий персонал казино получает карты с цветовым кодированием, отражающим движение денег в играх, размеры ставок, взятие "банка" и другие данные из игорных автоматов. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами.
В связи с развитием мобильных компьютеров, ГИС все в большей мере перемещаются из офиса прямо на место выполнения полевых работ. Беспроводные мобильные устройства с поддержкой системы глобального позиционирования (GPS) широко используются для доступа к наборам данных полевых измерений и другой ГИС-информации. Мобильные ГИС как один из важных рабочих инструментов используется пожарными службами, туристическими фирмами для прокладки маршрутов, инженерно-техническими бригадами, геодезистами, землемерами, коммунальными службами, военными и другими.
ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие научные горизонты. Возможность визуализации карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, которые позволяют проводить научные наблюдения и их анализ.
Процесс создания ГИС
Создание ГИС - это работа для специалистов IT, каждый этап создания сложной системы очерчивает свой круг обязанностей для различных специалистов IT. В момент общего проектирования и сбора сведений о будущей системе совместно работают аналитики предметной области (эту работу чаще всего выполняют менеджеры проекта) - они общаются с заказчиком, формализуют требования к создаваемой системе и планируют общую работу над проектом. Совместно с менеджерами в процессе разработки требований часто присутствуют специалисты по качеству - их задача не допустить включения в техническое задание явно невыполнимых пунктов и по мере формирования ТЗ строить планы по тестированию создаваемой системы и готовить соответствующие документы о том, что именно и каким именно образом будет протестировано. Специалисты по тестированию работают не только в разрезе проверки качества уже написанных частей новой системы, но и проводят сравнительный анализ возможностей новой системы с уже существующими, тестируют разработанные алгоритмы еще до момента их реализации на языке высокого уровня, проводят анализ возможностей для технологий, планируемых к применению. Тестеры в свою очередь проверяют не только наличие заявленного функционала, но и корректность его работы, и корректность работы применяемых технологий. Для своей работы тестеры используют не только ручное тестирование интерфейса, но и всевозможные скрипты для ускорения операций и технологии автоматизации тестирования, позволяющие ускорить процессы проверки. После того как требования к системе формализованы, необходимо определиться с технологиями, используемыми в разработке, алгоритмами решения поставленных задач и архитектурой будущей системы. На этом этапе в работу включаются технические лидеры. Разработанную архитектуру реализуют программисты, которые могут пользоваться преимуществом ГИС - поддержкой многих языков и сред прикладных разработок (NET и Java для создания Web-приложений и Web - сервисов, COM и. NET для добавления на ГИС-сервер новых пользовательских компонент, COM, .NET, Java и C++ для разработки настольных клиентских приложений).[2] Это позволяет обеспечить программирование с использованием широкого выбора инструментов на нравящихся программистам языках. Данное преимущество не оставляет ограничений 
на решение следующих типовых задач:
поиск кратчайшего пути по графу;
нахождение площади неправильных фигур;
нахождение объединения и пересечения для всевозможных графических примитивов;
переводить координаты из системы в систему;
проводить расчеты логистики для доставок;
выполнять полный набор статистических операций;
разрабатывать нетривиальные алгоритмы поиска в БД;
проводить передачу и компрессию данных,
визуализацию 2D и 3d картин и многое другое.
Модуль 3D позволяет строить и анализировать поверхности, вычислять и отображать уклоны, экспозиции, создавать отмывки рельефа и другие.[3]
Технологии итоговой реализации тоже могут быть очень разными: готовая ГИС может быть представлена в виде COM-сервера, или WEB-сервиса, а также в виде приложения для любого мобильного или встроенного устройства, или классического настольного приложения. А может существовать во всех видах сразу, и тогда кроме создания самой ГИС, необходимо предоставить набор готовых интерфейсов для нее. ГИС-сервер совместим с другими ИТ-технологиями и может поддерживать: многоуровневые вычисления; доступ к СУБД и их использование; корпоративные серверы приложений, такие как. NET и J2EE, многие среды разработки приложений (C++, COM, .NET, Java, SOAP) для создания интегральной ГИС-логики совместно с другими корпоративными технологиями.
Для создания и предоставления пользовательских Web-сервисов ГИС-сервер содержит набор инструментов SOAP, поддерживающих выполнение запросов на основе XML API. Разработчики могут реализовать предоставляемые ГИС-функции в виде SOAP Web-сервисов и доступ к этим сервисам в распределенной вычислительной среде по Интернет. Например, специализированные Web-сервисы можно создать для:
· поиска ближайшей больницы, отвечающей определенным условиям (имеет заданное количество коек, штат специалистов нужного профиля и т. д.).
· определение местоположения по адресу и проверка достоверности адреса.
· выполнения запросов к центральной базе геоданных.
ГИС сервер состоит из двух основных компонентов: ГИС-сервер и среда разработки Web-приложений (Web Application Development Framework, ADF™) для. NET и Java. ГИС-сервер предоставляет объекты ArcObjects для использования Web - и корпоративными приложениями. Он включает библиотеку базовых объектов ArcObjects и предоставляет масштабируемую среду для запуска ArcObjects на центральном, разделяемом сервере. Среда ADF 
позволяет создавать и распространять настольные и Web-приложения на. NET или Java, которые используют ArcObjects, запускаемые на ГИС-сервере. ADF включает пакет разработчика с программными объектными компонентами, элементами управления Web controls, шаблонами Web-приложений, справкой для разработчиков и примерами программных кодов. Также в нее включена runtime-лицензия для рас пространения Web-приложений без необходимости установки ArcObjects на Web-сервере. [4]
Параллельно с созданием самой ГИС необходимо еще решить задачу подготовки данных для нее. Разработчиками создан доступ к развитой ГИС-логике с целью выполнения аналитических и пространственных запросов к центральной корпоративной базе геоданных. Например, необходим доступ к функциям, реализующим развитую ГИС - логику для:
· определения местоположения событий вдоль линейных объектов с помощью системы линейных координат.
· геокодирования и определения местоположения адресов.
· 
выполнения трассировки по инженерным и коммунальным сетям.
· буферизации, наложения и извлечения пространственных объектов.
Специалисты по данным конвертируют и извлекают гео-данные из общих хранилищ, отсекая лишнее для каждой конкретной решаемой задачи, а также принимают участие в процессе поиска решений оптимальной по времени компрессии, поиска и отображения данных, также они принимают участие в разработке инструментов обработки и конвертации данных.
Тенденции развития ГИС
Новые веяния в компьютерной области, такие как широкое распространение Интернет-технологий, развитие технологии СУБД, объектно-ориентированное программирование, разработка мобильных компьютеров и широкомасштабное применение ГИС, привели к новому видению роли и места ГИС-технологии. ГИС-серверы совместимы со стандартной ИТ-средой и очень хорошо работают вместе с другим корпоративным программным обеспечением, таким как Web-серверы и разные СУБД, и корпоративными средами, такими как NET и Java™ 2 Platform Enterprise Edition (J2EE). Это позволяет интегрировать ГИС со многими другими технологиями информационных систем. Поддержка моделей, основанных на файловых системах, включает доступ к разным наборам ГИС - данных, включая покрытия, шейп-файлы, гриды, изображения и нерегулярные триангуляционные сети (TIN). Модель базы геоданных управляет теми же типами географической информации в реляционных базах данных, предоставляя многие преимущества управления данными, предлагаемые СУБД.
ГИС-технология продолжает расти и развиваться. Ее эволюция будет основываться на ряде фундаментальных ГИС-характеристик с учетом трендов развития вычислительной техники и Интернет-технологий. Вот некоторые важные факторы:
• Концептуально ГИС развивается от технологии для работы с базой данных и обмена данными в направлении, основой которого является накопление и получение знания.
• ГИС-системы являются распределенными. При обмене и использовании информации пользователи полагаются на совместно накапливаемые знания и опыт. Речь идет о распределенном сотрудничестве при решении разнообразных ГИС-задач. Неотъемлемой частью ГИС-платформы все в большей мере становятся средства создания распределенных ГИС.
• Необходимо создание порталов с ГИС-каталогами, которые предоставят централизованный доступ к распределенным информационным наборам из разных организаций. Создание ГИС-порталов поможет интеграции управления распределенными ГИС-данными.[5]
Резюме
Как видно, из перечисленных типовых ГИС-задач - область создания ГИС является очень наукоемкой, для скорейшего решения задач поиска путей и объектов, а также просчета операций поддержки бизнеса, разрабатываются сложные алгоритмы компрессии/декомпрессии данных «на лету», проводятся расчеты траекторий с применением сплайновых технологий, оптимизированный поиск по графу и другие графовые задачи, оптимизируются алгоритмы компьютерной графики, решаются задачи математического моделирования, разрабатываются алгоритмы интеллектуального поиска и многое другое, что позволяет считать, что в ГИС-технологиях научный поиск далеко не завершен. Для полномасштабного использования ГИС-технологий в рамках отрасли необходима линейка решений, обеспечивающая возможность построения корпоративных геоинформационных систем. При этом предполагается, что в рамках системы требуется хранить и обрабатывать большие объемы информации и обеспечить одновременную работу многих территориально удаленных пользователей. Следовательно, требуемая технология должна обеспечивать возможность разработки Internet приложений, работающих с базами данных в архитектуре клиент/сервер. Технология ESRI на данный момент наиболее полно удовлетворяет всему комплексу задач и обеспечивает минимум потерь при переходе на разные уровни приложений.
Автор
Softech
[1] Берлянт : Учебник для вузов. – М.:АспектПресс, 2001. – 336c.
[2] По материалам ООО "Программные Технологии"
[3] Что такое ArcGIS? 2001–2004 ESRI
[4] Что такое ArcGIS? 2001–2004 ESRI
[5] Что такое ArcGIS? 2001–2004 ESRI
