Реферат: Требования к геоинформационным системам и содержанию баз данных
Реферат: Требования к геоинформационным системам и содержанию баз данных
Министерство образования и науки Российской Федерации
Волгоградский Государственный Университет
Факультет Управления и Региональной Экономики
Кафедра экономики природопользования
Реферат
По дисциплине: "Географические информационные системы"
на тему: "Требования к ГИС и содержанию баз данных"
Волгоград 2008
Оглавление
Введение. 3
1. Требования к ГИС.. 5
1.1 Принципы организации ГИС.. 5
1.2 Структура ГИС и ее основные функции. 8
2. Базы данных. 13
2.1 Понятие о базе данных. 13
2.2 Файловые базы данных. 19
2.3 Взаимодействие баз геолого-геофизических данных. 24
Литература. 28
Геоэкологический прогноз, а также создание системы мониторинга в районах интенсивного техногенного воздействия требуют привлечения и комплексного анализа разнообразной информации как природного, так и социально-экономического характера. Для этого необходима организация системы автоматизированного сбора, обработки и анализа природной информации, построенной на базе современных ЭВМ и автоматических устройствах ввода–вывода информации. Возможность оперативной обработки больших объемов геоэкологической информации, включая картографическую, наиболее существенна при оценке состояния геосистем регионального уровня, а также для территориального планирования и управления ресурсами окружающей среды. В современных условиях планирования народного хозяйства с обязательным проведением геоэкологических экспертиз природоохранная информация приобретает качество особого вида ресурса (информационного) со всеми специфическими требованиями к методам ее получения и обработки. Такая оценка информации требует принципиально нового подхода к организационным структурам производства и переработки данных об окружающей среде на базе современной промышленной технологии.
Этой цели служат геоинформационные системы (ГИС).
ГИС – это компьютерные системы сбора, хранения, выборки, анализа и отображения пространственных данных. Создание автоматизированных систем природной информации входит в круг задач геоэкоинформатики – научного направления, разрабатывающего теорию, методы и технологию информационного обеспечения и автоматизации биосферных и геоэкологических исследований в целях рационализации природопользования и охраны природы.
ГИС является эффективным средством для изучения интегральных эффектов антропогенного воздействия на окружающую среду, поскольку она аккумулирует и обрабатывает данные за длительный период времени для крупных географических регионов.
Одна из важнейших проблем создания ГИС – это информационное обеспечение региональных геоэкологических моделей, включающее как выбор источников для формирования базы данных, определение точности поступающей информации, так и определения набора параметров, необходимых и достаточных для изучения динамики геосистем различного иерархического уровня.
1. Требования к ГИС
1.1 Принципы организации ГИС
Геоинформационная технология зародилась в начале 60-х годов для автоматизации ряда операций по обработке географических данных. Первые системы создавались при отсутствии программного обеспечения, наличии примитивной вычислительной техники и устройств ввода–вывода графических данных.
Развитие информационных систем шло как по пути увеличения обрабатываемых объемов данных, так и усложнения структуры хранящейся информации. Поэтому информационные массивы, предназначенные для обработки на ЭВМ, организуются в базы данных (БД). Для обеспечения достаточно сложных операций по поиску и выборке данных в БД, их объединению в информационные массивы требуемой структуры разрабатываются системы управления базами данных.
В настоящий момент ГИС представляют собой сложную информационную систему, включающую мощную операционную систему, интерфейс пользователя, системы ведения без данных, отображения графической информации.
Наряду с ГИС широкое распространение получила организация проблемно-ориентированных БД, предназначенных для картографирования природных и социально-экономических явлений. Такие БД называются картографическими банками данных (КБД).
Важнейшая функция КБД заключается в автоматизированном картопостроении, выполняемой автоматизированной картографической системой (АКС), которая является неотъемлемой частью также ГИС.
В последние годы при создании информационных систем (ИС) в географии повышенное внимание уделяется построению экспертных систем (ЭС). Под ЭС понимается система логического вывода, основывающаяся на фактах (знаниях) и эвристических приемах (эмпирических правилах) обработки данных. Основные составляющие части ЭС: 1) база знаний (БЗ) – организованные наборы фактов и 2) механизм логического решения поставленной задачи.
Появление в последние годы массового интереса к построению ГИС требует выработки принципов оценки создаваемых информационных систем, их классификации, определения потенциальных возможностей. В определенной мере это возможно при выработке требований к идеальной ГИС:
1. Возможность обработки массивов покомпонентной гетерогенной пространственно-координированной информации.
2. Способность поддерживать базы данных для широкого класса географических объектов.
3. Возможность диалогового режима работы пользователя.
4. Гибкая конфигурация системы, возможность быстрой настройки системы на решение разнообразных задач.
5. Способность «воспринимать» и обрабатывать пространственные особенности геоэкологических ситуаций.
Разработка ГИС включает этап проектирования структуры, определения целей и задач, потенциальных пользователей. Проектирование ГИС, как сложной информационной системы, требует использования методов системного анализа, с помощью которых решаются следующие задачи:
– построение концептуальной модели ГИС, определение ее подсистем, характера взаимосвязи между ними;
– структуризация географической информации с учетом специфики обработки, хранения и представления на ЭВМ и автоматических устройствах;
– определение этапов преобразования и обработки поступающей природной и социально-экономической информации;
– создание человеко-машинных систем для математического моделирования природных и социально-экономических процессов в структуре ГИС.
Использование информационной технологии в геоэкологии предполагает автоматизацию процессов сбора и анализа параметров геосистем. Получение и обработка информации рассматриваются как единый процесс, включающий ряд последовательных этапов (табл. 1).
Этапы информационной технологии в создании и эксплуатации ГИС включают следующие стадии: сбор первичных данных, ввод и хранение данных, анализ данных, анализ сценариев и принятие решений. Необходимо отметить, что выделенные этапы являются наиболее общими и повторяются при создании конкретных ГИС, различаясь в деталях, связанных с целями и задачами ГИС, а также техническими возможностями системы.
Очевидно, что источники информации, процедура ее получения, методы анализа должны рассматриваться как этапы единого технологического процесса, объединяемого общностью целей и задач построения и эксплуатации ГИС. Это означает, что в основу проектирования и создания ГИС должна быть положена единая методология. Поскольку ГИС можно рассматривать как средство машинного представления данных и знаний комплекса наук о Земле, то в качестве методологической основы ГИС должно быть выбрано направление их построения как инструментария познания закономерностей структуры и организации геосистем при помощи средств информатики, включающего математическое моделирование и машинную графику.
1.2 Структура ГИС и ее основные функции
В самом общем виде структура ГИС может быть представлена следующим образом (рис. 1): диалоговая система пользователя программно-технический комплекс, базы данных, блок моделей,
блок оценки и принятия решений. Построение ГИС выполняется по блочному (модельному) принципу. Это дает возможность расширять систему за счет добавления новых блоков (программ) или работать только с определенной частью (модулем) ГИС.
Рис. 1. Структура ГИС
Многоцелевые ГИС могут быть использованы для решения различных задач. Выполнение решаемых задач связано с осуществлением определенных функций. Так, наряду с другими, ГИС выполняет следующие основные функции: подготовку и ведение банков данных; информационно-справочные; имитационного моделирования; экспертного моделирования; автоматизированного картографирования.
ГИС может рассматриваться как информационная основа (база данных) для изучения природных особенностей региона и как инструмент исследования динамики или прогноза явлений и процессов (система моделей).
Кроме этого, ГИС может использоваться как информационно-справочная система, по определенному запросу выполняющая поиск и выборку данных. Следующий момент работы ГИС связан с разработкой математических моделей или системы экспертных оценок с целью анализа динамики геосистем.
Для решения каждой из перечисленных задач необходима разработка алгоритмического и программного обеспечения, а также создание диалоговых человеко-машинных систем, поддерживающих работу пользователя и представление результатов моделирования в традиционном картографическом виде.
Программно-технический комплекс. В настоящий момент ГИС комплектуются как графические станции, использующие разнообразные средства ввода–вывода графической информации. Для организации региональных ГИС требуется ЭВМ с достаточно большим объемом оперативной памяти и значительным быстродействием, работающая как в интерактивном, так и в пакетном режиме. С этой целью могут быть использованы как большие ЭВМ (для обработки космической информации), так и персональные компьютеры.
Устройства ввода графической информации подразделяются на автоматические (сканеры) и полуавтоматические (цифрователи). Для построения картографических изображений используются: графопостроители, матричные принтеры, цветные струйные печатающие устройства. В состав графической системы входит также цветной графический дисплей, который обеспечивает диалоговый режим пользователя.
Информационный блок (базы данных). Информационные массивы в ГИС объединяются в базы данных, доступ к которым обеспечивается СУБД. Основное назначение баз данных заключается в обслуживании информационных потребностей пользователя, а также поддержке системы моделей ГИС. В БД хранится не только фактологическая информация на определенный момент времени, но также начальные условия и коэффициенты уравнений модели, используемых в режиме имитационного моделирования.
Для поиска и выборки данных используются различные команды запросов пользователя. Использование или комбинирование различных команд дает возможность представлять результаты запроса в различном виде: табличном, графическом, картографическом. В зависимости от запроса, фактическая информация может быть дополнена статистически параметрами: средним значением, дисперсией и т.д.
Блок моделей. Данный блок включает программное обеспечение, предназначенное для различных операций по обработке данных. Поскольку ГИС строится как многоцелевая и многофункциональная информационно-моделирующая система, то в ее состав включаются пакеты прикладных программ, а также банк стандартизованных моделей.
Центральное место в ГИС занимает система автоматизированного картографирования. При организации ГИС могут быть использованы уже готовые модели или программные блоки, отвечающие требованиям решаемых задач. Стандартизация частных моделей, моделирующих отдельные свойства ландшафта или его компонентов (почва, растительность, миграция веществ в ландшафте) упрощает процедуру информационного обеспечения моделей, а главное, дает возможность использовать имеющийся опыт в области моделирования конкретных процессов в ландшафте при решении новых задач.
Важное место в ГИС отводится блоку экспертного моделирования и экспертных оценок. В данной части ГИС ведущая роль отводится эксперту, специалисту в конкретной предметной области. Работа данного подблока ГИС состоит в автоматизации традиционных методов анализа и синтеза геокологической информации, выполняемых экспертом на основе набора эмпирических правил.
Система управления диалогом пользователя. Функционирование ГИС как целостной системы обеспечивается системой управления диалогом пользователя. Данный блок осуществляет взаимосвязь между отдельными подсистемами ГИС, организуя диалоговое взаимодействие пользователя с системой. В зависимости от решаемой задачи выполняется автоматическая настройка ГИС на ее решение. Для этого из банка моделей выбирается необходимая модель, из информационного блока все необходимые данные.
Диалоговый режим ГИС рассчитан на пользователей различной степени подготовленности: прикладных программистов, аналитиков и исследователей и случайных пользователей. Для каждого типа пользователя выбирается свой уровень ведения диалога.
Блок оценки и принятия решений. Результаты работы ГИС анализируются в блоке оценки и принятия решений. Следует отметить, что система управления диалогом пользователя неразрывно связана с блоком оценки и принятия решений посредством формирования набора сценариев, выборов методов отображения (табличного, картографического) получаемых результатов.
Блок оценки, как и диалоговая система, рассчитан на различные режимы работы ГИС. Наиболее простой – это использование ГИС как информационно-справочной системы, более сложный, касается разработки автоматизированной методики анализа результатов имитационного моделирования.
Выбор сценариев напрямую связан с оценкой геоэкологических ситуаций и во многом опирается на знание эксперта о наиболее типичных или вероятных условиях поведения изучаемого природного объекта под воздействием возмущающих факторов.
В современных системах контроля и управления качеством окружающей среды важное место занимает оперативность получения результатов машинного прогнозирования. ЛПР требуется в сжатые сроки просмотреть различные сценарии моделирования, проанализировать полученные результаты и предложить наиболее оптимальные управленческие решения, опирающиеся на результаты работы моделей ГИС.
2. Базы данных
Большие объемы первичной геоинформации, регистрируемой как четырех уровнях наблюдения, требуют организации их хранения в памяти микро-, мини- и супер-ЭВМ по специальным правилам и принципам, позволяющим осуществлять многократное к ним обращение с целью использования данных для обработки и интерпретации, выбора стратегии дальнейших прогнозно-поисковых или разведочно-эксплуатационных работ, принятия по результатам обработки и интерпретации оптимальных управленческих решений.
При этом важно, чтобы организация данных и их хранение в различных технических средствах [микро-ЭВМ («Искра», «Электроника», IBM и др.) в режиме персонального компьютера, мини-ЭВМ (СМ ЭВМ, БВК (СМ-1), управляющие вычислительные комплексы УВК (СМ-2, СМ-4, СМ-1420, СМ-1810 и др.), а также супер-ЭВМ (экспедиционные вычислительные комплексы ЭГВК ПС-2000 и СМ-2, ЕС-10/55 и др.)] отличались единой технологией, обеспечивая возможность их использования для решения различных геологических задач с учетом различия технических средств. Рассмотрим понятия базы данных, различных типов баз данных и их взаимодействия между собой.
2.1 Понятие о базе данных
Описания данных и отношений между ними определяют двумя типами: логическое и физическое. Физическое описание данных обеспечивается физической записью данных на внешних носителях (магнитных лентах, дисках, дискетах и т.д.) и представляет способ хранения информации на этих носителях.
Логическое описание данных указывает на то, в каком виде данные представляет себе пользователь, программист, и задача геоинформатики состоит именно в анализе логического описания геоданных и их взаимоотношений между собой для дальнейших операций хранения, передачи и обработки.
Согласно определениям Ассоциации по языкам систем обработки данных (CODASYL) выделяют следующие описания данных.
Страницы: 1, 2
