Что такое геоинформационные системы?

Введение

Географическая информационная система (ГИС) (Geographic Information System, GIS) — это система, предназначенная для сбора, хранения, анализа и визуализации на карте данных об объектах или явлениях, имеющих географическое положение. Её главное отличие от других информационных систем заключается в том, что она связывает сведения о каждом объекте или событии с конкретным местоположением на Земле: где расположена скважина, через какую территорию проходит дорога, в каком районе и с какой плотностью проживает население.

В обычной электронной таблице запись о скважине может выглядеть так: «Скважина № 12, глубина 45 м, координаты 40,96° с. ш., 70,77° в. д.». Таблица лишь хранит эту информацию. ГИС же отображает скважину на карте, сопоставляет её атрибуты с соседними скважинами и позволяет анализировать объекты, находящиеся на заданном расстоянии от неё. Именно способность отвечать на вопрос «где?» на основе данных отличает ГИС от обычной базы данных.

Из чего состоит ГИС?

ГИС можно рассматривать как совокупность нескольких ключевых компонентов:

Данные — основа системы: совокупность информации, описывающей географические объекты или явления.
Программное обеспечение — такие инструменты, как QGIS и ArcGIS Pro, визуализируют и анализируют данные.
Аппаратное обеспечение — компьютеры, серверы, GNSS-приемники (например, GPS) и другое оборудование.
Методика — правила и стандарты сбора, проверки и анализа данных.
Специалисты — люди, которые объединяют все компоненты и принимают решения на основе полученных данных.

Многие воспринимают ГИС исключительно как программу, однако без качественных данных и выверенной методики никакое программное обеспечение не даст достоверного результата.

Пять взаимосвязанных компонентов в центре ГИС: данные, программное обеспечение, оборудование, методика и специалисты

Пространственные и атрибутивные данные

Объект в векторной модели обычно представляется двумя взаимосвязанными частями. Первая — пространственные данные: форма и положение объекта (точка, линия или полигон). Вторая — атрибутивные данные: описательные характеристики объекта в виде таблицы.

Например, школа обозначается точкой (пространственная часть), а в связанной с этой точкой таблице указываются её название, количество учеников и год постройки (атрибутивная часть). Именно благодаря связи этих двух составляющих становится возможным выполнение запросов вроде «показать на карте школы, где учится более 500 учеников».

Такая взаимосвязь определяет главную силу ГИС. Пространственная часть отвечает на вопрос «где?», а атрибутивная часть — на вопросы «что?» и «какое?». Когда они работают в единой системе, карта перестает быть просто картинкой и превращается в интерактивный источник данных, доступный для запросов.

Связь точечного объекта школы на карте с записями её названия, количества учеников и года постройки в атрибутивной таблице

Чем ГИС отличается от электронной карты?

Многие приравнивают ГИС к картографическим приложениям в смартфоне. И те, и другие используют пространственные данные, однако в обычном мобильном приложении пользователь в основном просматривает карту, ищет объекты и прокладывает маршруты. В рабочем же процессе ГИС специалист управляет моделями данных, слоями, запросами и параметрами пространственного анализа. Например, ГИС позволяет решить следующие задачи:

определить все здания в радиусе 500 метров от реки;
наложить два слоя друг на друга и найти зону их взаимного пересечения;
сопоставить плотность населения с расположением больниц и выявить районы с нехваткой медицинского обслуживания.

Достоверность результатов анализа напрямую зависит от качества исходных данных. До начала работы проверяются система координат (CRS) (Coordinate Reference System) каждого слоя и дата обновления в метаданных, выявляются ошибки геометрии и оценивается полнота атрибутов. Например, при буферном анализе на расстоянии 500 метров необходимо подтвердить, использует ли программа геодезические вычисления или слой находится в подходящей для региона метрической проекции. Иначе внешне безупречный результат на карте окажется на практике ошибочным.

В результате подобного анализа создается новая информация, а не просто отображается готовая карта. Именно поэтому ГИС — это не просто средство визуализации, а инструмент поддержки принятия решений. Если мобильная карта отвечает на вопрос «как добраться до этого места?», то ГИС помогает обоснованно выбрать оптимальные участки, например, для строительства новой школы.

Сравнение базового просмотра, поиска и построения маршрутов в картографическом приложении с рабочим процессом слоев, запросов и анализа в ГИС

Где применяется ГИС?

ГИС является межотраслевым инструментом и находит применение во многих сферах деятельности:

градостроительство — земельные участки, инженерные сети, разрешения на строительство;
сельское хозяйство — состояние посевов, оросительные сети;
окружающая среда — мониторинг лесов, водных объектов и источников загрязнения;
чрезвычайные ситуации — оценка зон риска наводнений, оползней и пожаров;
логистика — оптимизация маршрутов доставки.

В земельном кадастре и геодезии ГИС также активно используется для управления слоями, проверки результатов полевых измерений и интеграции разнородных пространственных данных.

Заключение

ГИС объединяет пространственно привязанные данные в единую систему, позволяя получать новые результаты и обоснованные выводы. Она состоит из данных, программного обеспечения, оборудования, методик и специалистов. Когда пространственные и атрибутивные данные работают сообща, ГИС, в отличие от обычной карты, обеспечивает глубокий анализ и поддержку принятия решений. Первый шаг к освоению геоинформационных технологий — научиться отвечать на вопрос «где и почему именно там?» на основе объективных данных.