Міністерство освіти і науки України

Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка

Кафедра ботаніки, зоології та охорони природи

КУРСОВА РОБОТА

Геоінформаційні системи як системи вивчення, аналізу та оцінки впливу екологічних факторів на навколишнє середовище

Виконала: студентка 45 групи

Бусел Н.М.

Науковий керівник: к.б.н., доц. кафедри

ботаніки, зоології та охорони природи

Карпенко Ю.О.

Чернігів – 2007

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1 Поняття про геоінформаційні технології, їх класифікація та місце в сучасній екології

1.1 Поняття про ГІС

1.2 Класифікація ГІС

1.3 Геоінформаційні системи в екології

РОЗДІЛ 2 Концептуальне моделювання геоінформаційних систем в системі моніторингу

2.1 Поняття про концептуальне моделювання

2.2 Парадигми в технології обробки геопросторових даних

2.3 Концептуальна модель узагальненої ГІС

2.4 Концептуальне моделювання геопросторових даних

2.5 Трирівнева архітектура геоінформаційних ситем

РОЗДІЛ 3 Геоінформаційні системи  новий крок в дослідженні земельних ресурсів

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

Розвиток сучасних технологій передбачає комп`ютеризацію практично всіх систем аналізу та спостереження. Новий вік технічного розвитку характеризується появою геоінформаційних ситем (ГІС). Геоінформаційні технології, ГІС-технології — технологічна основа створення географічних інформаційних систем, що дозволяють реалізувати їхні функціональні можливості. Для створення і функціонування ГІС необхідні комп'ютерна техніка, відповідне програмне забезпечення, початкові дані, включаючи атрибутивні, і, звичайно ж, люди, що уміють не тільки користуватися комп'ютером і програмним забезпеченням, а осмислено з їх допомогою оперувати інформацією, зокрема що має і просторову складову.

У сучасних ГІС з'явилася можливість тривимірного представлення території. Тривимірні моделі об'єктів, що упроваджуються в 3-мірний ландшафт, спроектований на основі цифрових картографічних даних і матеріалів дистанційного зондування, дозволяють підвищити якість візуального аналізу території і забезпечують ухвалення зважених рішень з більшою ефективністю. Сучасні геоінформаційні системи і засновані на них технологічні рішення потрібні не тільки крупним регіонам, містам або підприємствам і відомствам з розкиданими на обширній території об'єктами, але і невеликим населеним пунктам, які поки, як правило, слабо залучені в процеси геоінформатізації.

Мета роботи полягає в тому, що проаналізувати місце геоінформаційних систем в системі сучасного екологічного дослідження стану навколишнього природного середовища.

Завдання роботи:

1. розглянути поняття про геоінформаційні технології, їх класифікація та місце в сучасній екології;

2. проаналізувати суть концептуального моделювання геоінформаційних систем в системі моніторингу;

3. охарактеризувати можливості використання геоінформаційних систем в дослідженні земельних ресурсів.

РОЗДІЛ 1 Поняття про геоінформаційні технології, їх класифікацію та місце в сучасній екології

1.1 Поняття про ГІС

Поняття "геоінформатика", "географічна інформаційна система" аналізуються в багатьох публікаціях [1,4,13]. На сторінках наукової періодики та в монографіях продовжується дискусія - чого більше в геоінформатиці: географії, геодезії, математики чи інформатики? Не вступаючи дискусію, зупинимося на визначеннях, які найбільш повно розкривають проблему. Мова йде про нову предметну сферу - геоінформатику, в назві якої визначається як сам гіперскладний об'єкт дослідження у вигляді геосистеми, так і комплексний метод його дослідження на основі комп'ютерних інформаційних технологій.

Предметом геоінформатики, як і географії, є географічна оболонка Землі завтовшки в декілька кілометрів (атмосфера, літосфера, гідросфера, біосфера), а також процеси взаємодії всіх її складових. Враховуючи роль і вплив людини на природу, в геосистему включають також соціосферу і техносферу. До фундаментальних методів і принципів географічного підходу в вивченні геосистеми відносять: територіальність, комплексність, конкретність і глобальність на основі використання загальної для географічної науки картографічної мови [3, 57].

Інформатика вивчає закономірності та методи збору, накопичення, передачі й обробки інформації з використанням електронних обчислювальних машин [5, 8]. Виходячи з цього, можна конкретизувати предмет і задачі геоінформатики, які полягають у дослідженні інформаційних потоків про геосистему, у вивченні закономірностей та методів збору, накопичення, передачі й обробки інформації про об'єкти та явища геосистеми з використанням комп'ютерних технологій. Сутність геоінформаційного методу дослідження полягає в реалізації методів та принципів географічного підходу до вивчення геосистеми на основі інформаційних технологій збору даних, створення комп'ютерних баз знань та баз геопросторових даних, програмних засобів просторового аналізу та моделювання, а такожмови взаємодії в системі "людина - комп'ютер" за електронними картами та комбінованими геозображеннями.

Геоінформатика, яка має корені у двох метанауках (географія та інформатика), також розглядається як метанаука, оскільки вона багатоаспектна за своїм застосуванням в інформаційному моделюванні різних явищ і об'єктів, що характеризуються просторово-часовими властивостями, а також має багато розділів, де вивчаються і розробляються спеціальні методи та системи обробки і використання геопросторових даних [4].

Геоінформаційні системи є практично-цільовим продуктом геоінформатики, організаційно-технологічним середовищем активізації геоінформаційних ресурсів локальних територій, регіонів, країн і світу в цілому. ГІС розглядають як сукупність засобів інформаційних технологій для збору геопросторових даних, створення і використання цифрових моделей геосистеми із застосуванням усього арсеналу методів і засобів комп'ютерної обробки та візуалізації інформації, формалізації та накопичення знань, у тому числі й на основі комунікативної потужності інформаційних мереж.

ГІС надає географам (а точніше - усім геоспеціалістам: геодезистам, геологам, геофізикам, картографам та багатьом іншим) такі засоби обробки просторової інформації, "які вони шукали на упродовж 2000 років. ГІС є одночасно телескопом, мікроскопом, комп'ютером і копіювальною машиною для цілей регіонального аналізу і синтезу"[15]. Але застосування геоінформаційних систем не обмежується суто географічними проблемами, уже сьогодні вони потенційно здатні забезпечити просторово-часовою інформацією усі ланки моделювання та управління в різноманітних сферах професійної діяльності (управління територіями, військова справа, кадастри природних ресурсів і нерухомості, екологія, навігація і транспорт, містобудування тощо). Завдяки ГІС зростає роль географічної інформації як загальнолюдського та соціального предмету споживання.

1.2 Класифікація ГІС

Виходячи з високого ступеня міждисциплінарності ГІС, в основу класифікації можна покласти такі групи ознак (мал. 1):

за призначенням - цільове використання та характер задач, що вирішуються;

за проблемно-тематичною орієнтацією - сфера застосування;

за територіальним охопленням - розмір території, що представлена в базі геопросторових даних;

за переважним способом організації геопросторових даних — формати введення, зберігання, обробки і відображення географічної інформації;за ступенем доступу та використання геопросторових даних - рівень інформаційних мереж, в середовищі яких функціонує система (від глобальних до локальних обчислювальних мереж - ЛОМ).

Мал. 1. Типи ГІС за класифікаційними ознаками.

Ця система ознак утворює п'ятивимірний простір класифікації ГІС, в якому певна геоінформаційна система може бути асоційована з точкою, координати якої відповідають класифікаційним ознакам геоінформаційної системи. Так, кадастрова ГІС може бути дослідною, охоплювати територію певного регіону, базуватися переважно на векторних форматах просторових даних та мати доступ до корпоративної мережі.

1.3 Геоінформаційні системи в екології

Становлення екологічного управління і регулювання екологічних процесів вимагає серйозної технічної підтримки і використання сучасних технологій для вирішення задач різного плану і різного масштабу, пов’язаних з охороною довкілля на рівнях від локального до загальнонаціонального. Важко заперечити той факт, що переважна більшість інформації має географічний аспект і тому її можна просторово аналізувати і наочно представляти у вигляді карт, схем, діаграм, графіків та малюнків. Для ефективного аналізу і візуалізації просторової інформації існують потужні засоби – геграфічні інформаційні системи (ГІС), які не лише дозволяють створювати електронні карти на основі високовмісних баз даних, але з допомогою різнопланового аналізу наявної просторової інформації вирішувати проблеми різної складності в галузях

• охорони навколишнього природного середовища

• управління використанням природних ресурсів

• екологічного менеджменту.

Досвід показує, що використання ГІС технологій від фірми ESRI робить управління в галузі охорони довкілля значно ефективнішим і дозволяє вирішувати завдання швидко, творчо, грамотно, на основі даних, що постійно оновлюються.

Геоінформаційні системи й технології — це сучасні комп'ютерні технології для картографування й аналізу об'єктів природи, а також подій, що відбуваються на планеті, в нашій життєдіяльності; це важливий засіб розуміння стану довкілля й управління ним. У світі ГІС розробляються з початку 70-х років XX ст. і широко використовуються в ландшафтній архітектурі й генеральному плануванні.

Геоінформаційні системи дають змогу швидко й комплексно інтерпретувати накопичену інформацію, маніпулювати нею, оперативно її поновлювати та аналізувати, поєднувати з прийняттям управлінських рішень на різних рівнях: локальному, регіональному, глобальному.

Як образно-знакові геоінформаційні моделі дійсності ГІС основуються на автоматизації інформаційних процесів, базах картографічних і аерокосмічних даних. ГІС дають змогу обробляти значний обсяг фактичних і картографічних даних, аналізувати їх узгоджено з конкретними об'єктами й територіями. Головна цінність такої інформаційної системи з позиції управління полягає в можливості прив'язки всіх даних до об'єкта з координатами х, у, (г), автоматичного збільшення чи зменшення масштабу карт. При геоекологічному менеджменті ГІС істотно полегшують процес прийняття рішень.

В Україні перші спроби створення ГІС здійснено наприкінці 70-х років XX ст. Одна з них — це розробка містобудівної інформаційної системи для Києва, в якій планувалося звести інформацію про природні умови системи місто—передмістя, представити узагальнені дані про об'єкт, скласти мікрокліматичну карту, виконати розрахунки температури, швидкості вітру, поширення зон викидів промислових підприємств на певній площі за різних метеорологічних умов.

Нині в Україні ГІС-технології набули широкого розвитку. Державними установами розроблено векторні тематичні карти масштабу 1 : 200 000 для всієї країни та 1 : 50 000 для окремих територій.

ГІС широко впроваджуються в управління заповідними територіями. Так, у Канаді в штаті Альберта створюється ГІС для заповідників; було визнано, що вона ефективна для менеджменту в 41 сфері, в тому числі для аналізу власності на землю, управління фінансами, екологічної оцінки територій, визначення стабільності екосистем тощо.

В Україні є практика застосування ГІС в управлінні заповідними територіями — Карпатського національного природного парку, заповіднику Розточчя; розроблено менеджмент-план водно-болотних угідь Сиваша.

РОЗДІЛ 2 Концептуальне моделювання геоінформаційних систем в системі моніторингу

2.1 Поняття про концептуальне моделювання

Концептуальне моделювання - одна з найважливіших складових сучасної методології розробки інформаційних систем. Концептуальна модель (KM) визначається як "формальне подання проблемної сфери на поняттєвому рівні" [1, 15]. При концептуальному моделюванні ігноруються технологічні деталі реалізації систем з метою дослідження об'єктів проблемної сфери, їх властивостей та взаємодії на більш високому рівні абстрагування (концептів - понять і термінів). Фактично мова йде про формування бази знань певної предметної сфери. Від повноти та якості концептуальної моделі значною мірою залежить увесь життєвий цикл інформаційної системи, включаючи ефективність її супроводження та розвитку на етапі експлуатації. Концептуальна модель містить метазнання, метадані та знання про систему, вона відіграє роль своєрідного містка між майбутніми користувачами і розробниками системи. KM не є самоціллю, вона створюється як основа цілісного та узгодженого проектування усіх інших компонентів системи. З огляду на це, концептуальне моделювання повинно забезпечувати такі основні функції:

підтримувати структури та засоби, котрі дозволяють відображати знання про предметну сферу і систему прозоро та ясно для кращої взаємодії розробників і користувачів системи;