Реферат: Ы, включают методы обработки данных многих ранее су­ществовавших автоматизированных систем (АС), с другой обладают спецификой в организации и обработке данных

ВВЕДЕНИЕ
Современные геоинформационные системы (ГИС) представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих ранее су­ществовавших автоматизированных систем (АС), с другой - обладают спецификой в организации и обработке данных. Практически это опре­деляет ГИС как многоцелевые, многоаспектные системы.

В частности, как системы управления ГИС являются новой основой автоматизированных систем управления (АСУ). Это обусловливает по­вышенное значение ГИС - современного средства организации многих видов производств. Не случайно в декабре 1996 г. было принято поста­новление Правительства России "ГИС как органы государственной вла­сти (ОГВ)".

Определение ГИС как "компьютеризованной базы данных (БД)", "как системы управления", в которой хранятся "пространственные данные" [10], следует считать неверным либо устаревшим по ряду причин. Во-первых, база данных ( и не одна) может входить в состав ГИС, а полная технология обработки информации в ГИС значительно шире, чем рабо­та с базой данных. Во-вторых, современная ГИС рассчитана не просто на обработку данных, а на проведение во многих ситуациях экспертных оценок. Другими словами, ГИС должна включать в свой состав экспер­тную систему, а этого только на уровне базы данных достичь невозмож­но, так как экспертная система является более общей по отношению к БД. Наконец, данные, которые обрабатывает и хранит ГИС, имеют не только пространственную, но и временную характеристику, что важно в первую очередь для географических данных.

Хотя разработка ГИС началась более 30 лет назад (тогда это были чисто географические информационные системы), их бурное развитие и качественно новое представление произошло за последние 7-8 лет бла­годаря принятию за основу этих систем идеологии и технологии систем автоматизированного проектирования, интеграции всех процессов об­работки данных на базе географических данных.

На основе анализа целей и задач различных ГИС, функционирую­щих в настоящее время, более точным следует считать определение ГИС как геоинформационных систем, а не как географических информационных систем. Это обусловлено и тем, что процент чисто географичес­ких данных в таких системах незначителен, технологии обработки дан­ных имеют мало общего с традиционной обработкой географических данных и, наконец, географические данные служат лишь базой решения большого числа прикладных задач, цели которых далеки от географии. Разумеется, это не исключает существование чисто географических ин­формационных систем - аббревиатура та же - ГИС, однако в дальней­шем мы будем понимать под ГИС геоинформационные системы.

Итак ГИС - автоматизированная информационная система, пред­назначенная для обработки пространственно - временных данных, ос­новой интеграции которых служит географическая информация.

В ГИС осуществляется комплексная обработка информации - от ее сбора до хранения, обновления и представления, в связи с этим следует рассмотреть ГИС с различных позиций.

Как системы управления ГИС предназначены для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению землями и ресурсами, городским хозяйством, по управлению транспортом и роз­ничной торговлей, использованию океанов или других пространствен­ных объектов. При этом для принятия решений в числе других всегда используют картографические данные.

В отличие от АСУ в ГИС появляется множество новых технологий пространственного анализа данных. В силу этого ГИС служат мощным средством преобразования и синтеза разнообразных данных для задач управления.

Как автоматизированные информационные системы ГИС объединяют ряд технологий или технологических процессов известных информационных систем типа автоматизирован­ных систем научных исследований (АСНИ), систем автоматизирован­ного проектирования (САПР), автоматизированных справочно-инфор­мационных систем (АСИС) и др. Основу интеграции технологий ГИС составляют технологии САПР. Поскольку технологии САПР достаточ­но апробированы, это, с одной стороны, обеспечило качественно более высокий уровень развития ГИС, с другой - существенно упростило ре­шение проблемы обмена данными и выбора систем технического обес­печения. Этим самым ГИС стали в один ряд с автоматизированными системами общего назначения типа САПР, АСНИ, АСИС.

Как геосистемы ГИС включают технологии (прежде всего технологии сбора информации) таких систем, как географические инфор­мационные системы (ГИС), системы картографической информации (СКИ), автоматизированные системы картографирования (АСК), автоматизированные фотограмметрические системы (АФС), земельные информационные системы (ЗИС), автоматизированные кадастровые системы (АКС) и т.п.

Как системы, использующие базы данных, ГИС характеризуются широким набором данных, собираемых с помощью раз­ных методов и технологий. При этом следует подчеркнуть, что они объе­диняют в себе как базы данных обычной (цифровой) информации, так и графические базы данных. В связи с большим значением экспертных задач, решаемых при помощи ГИС, возрастает роль экспертных систем, входящих в состав ГИС.

Как системы моделирования ГИС используют максималь­ное количество методов и процессов моделирования, применяемых в других автоматизированных системах.

Как системы получения проектных решений ГИС во многом применяют методы автоматизированного проектирования и решают ряд специальных проектных задач, которые в типовом автома­тизированном проектировании не встречаются.

Как системы представления информации ГИС являются развитием автоматизированных систем документационного обеспечения (АСДО) с использованием современных технологий муль­тимедиа. Это определяет большую наглядность выходных данных ГИС по сравнению с обычными географическими картами. Технологии вы­вода данных позволяют оперативно получать визуальное представление картографической информации с различными нагрузками, переходить от одного масштаба к другому, получать атрибутивные данные в таблич­ной или графовой форме.

Как интегрированные системы ГИС являют собой пример объединения различных методов и технологий в единый комп­лекс, созданный при интеграции технологий на базе технологий САПР и интеграции данных на основе географической информации.

Как прикладные системы ГИС не имеют себе равных по широте применения, так как используются на транспорте, в навигации, геологии, географии, военном деле, топографии, экономике, экологии и т.д. Благодаря широким возможностям ГИС на их основе интенсивно развивается тематическое картографирование.

Как системы массового пользования ГИС позволяют применять картографическую информацию на уровне деловой графи­ки, что делает их доступными любому школьнику или бизнесмену, не только специалисту географу. Именно поэтому при принятии решений на основе ГИС - технологий не всегда создают карты, но всегда исполь­зуют картографические данные.

В последнее время более 100 организаций и фирм распространяют в России зарубежные системы для создания ГИС-технологиЙ. При этом базой создания ГИС служат так называемые инструментальные пакеты, представляющие программно-технологические комплексы.

Основу процессов обработки составляет цифровое моделирование. Оно позволяет осуществлять векторно-топологическое моделирование, буфери­зацию объектов, анализ сетей, построение цифровых моделей местно­сти и т.д.

В инструментальных системах поддерживается набор моделей (циф­ровых представлений) пространственных данных (векторная, топологичес­кая и нетопологическая модели, квадродерево, растровая модель, линей­ные сети) для ввода данных, их анализа, моделирования и представления.

ГИС нового поколения отличает ориентация на пользовательские модели данных с учетом предметной области и особенностей приложе­ний. Их модели данных определяются классами объектов, наборами ат­рибутов, расширенными возможностями реализации запросов и опера­ций над объектами по сравнению с предыдущим поколением. Они по­зволяют обрабатывать геоинформационные данные по распределенной технологии, что повышает гибкость и производительность систем.

Как правило, модули и приложения образуют единую пользователь­скую среду инструментальных ГИС. К ядру подключаются тематически ориентированные модули, дополняемые приложениями для управления моделями данных, построения цифровых моделей, обработки растро­вых изображений, выполнения расчетов, анализа и проектирования, орга­низации интерфейсов. При этом имеется возможность подключения мо­дулей, разработанных конкретным пользователем. Это повышает уни­версальность систем и эффективность при решении нетиповых задач.

Возрастает значение модулей для трехмерного (3D) проектирова­ния, генерации планов, автоматического документирования проектов и выбора оптимальных вариантов.

Инструментальные ГИС-системы могут включать набор модулей для формирования и ведения банков земельных данных о состоянии жилого и нежилого фондов, информационного обеспечения администрации го­рода, ведения кадастра недвижимости, анализа, оценки и планирования городских территорий, управления коммунальным хозяйством и т.д.

Разнообразие ГИС порождает необходимость их анализа и выбора для решения практических задач в конкретной области. В данной книге освещена эта проблема. В ней дается анализ ГИС как современной ин­формационной системы и приводятся варианты решения практических задач в управлении, экологии, контроле и учете и т.д.

^ 1 Системный анализ ГИС

Многие разработчики автоматизированных систем (фактически ГИС) не совсем уверенно могут дать ответ на вопрос, относятся эти системы к классу ГИС или нет. Это обусловлено разнообразием технологий и даже терминологией многочисленных существовавших ранее (и суще­ствующих теперь) систем сбора и обработки пространственно-времен­ных данных.

Сами ГИС также могут значительно отличаться друг от друга по воз­можностям, основным технологиям обработки данных (и их числу), по требуемой технической конфигурации, вычислительным ресурсам и т.д. Например, в одних инструментальных пакетах ГИС термин "дуга" за­имствован из теории графов и служит для обозначения полилинии, в других пакетах - полилинию называют "полилинией", а дугу - "дугой".

В силу этого особую актуальность приобретает осуществляемая на основе методов системного анализа обобщенная оценка типичных при­знаков принадлежности информационной системы к классу ГИС и ее отличительных свойств.

Необходимо подчеркнуть, что ГИС относится к классу интегриро­ванных систем. Современные тенденции создания интегрированных ав­томатизированных систем (в том числе ГИС) включают разные аспекты интеграции - интеграцию данных, технологий и технических средств.

^ Интеграция данных заключается в применении системного подхо­да проектирования моделей данных, создании некоей универсальной информационной модели и соответствующих протоколов обмена дан­ными.

^ Интеграция технических средств в настоящее время выражается в создании распределенных систем обработки, применении концепций "открытых систем" и современных методов проектирования систем на основе CASE-технологий (Computer Aided System Engineering).

^ Интеграция технологий в информационных системах подразумева­ет не простое суммирование известных технологических процессов и решений, а получение оптимальных технологических решений обработ­ки информации на основе известных методов и разработки новых, ра­нее не встречавшихся технологий. Разработка автоматизированной информационной технологии на базе существовавшей неавтоматизиро­ванной технологии в подавляющем большинстве случаев оказывается нерентабельной и неэффективной. Элемент новизны, как правило, оп­ределяет и эффективность новой автоматизированной технологии.

Для анализа обобщенной ГИС дадим основные понятия иерархии информационной интегрированной системы (рис. 1.1).




Верхним уровнем понятий является интегрированная система - независимый комплекс, в котором выполняются все процессы обработ­ки, обмена и представления информации. Схема системы включает в себя системные уровни, подсистемы, процессы, задачи. Система может быть полной и неполной.

Полной будем называть систему, которая в процессе работы осуще­ствляет технологический цикл, включающий следующие процессы:

ввод (или возможность ввода) всех видов информации данной пред­метной области для решения задач, поставленных перед системой;

обработку информации с привлечением набора существующих средств, применяемых для решения данного класса задач;

вывод или представление данных в формах вывода согласно зада­нию без использования других систем.

Неполной будем называть систему, которая осуществляет час­тичную обработку данных, частичный ввод данных или использует дру­гие системы в процессе обработки.

Более низким уровнем по отношению к системе является систем­ный уровень. Этим термином определим часть системы, объединяю­щую подсистемы и процессы обработки по функциональным и техно­логическим признакам. Системный уровень может включать от одной до нескольких подсистем.

Подсистему определим как часть системы, объединенную по фун­кциональным методам обработки данных, включающим разные алго­ритмы и способы моделирования. Подсистема может быть локальной или распределенной.

Распределенной будем считать подсистему, состоящую из фрагментов, которые располагаются на различных узлах сети компью­теров, возможно, управляются различными системами и допускают уча­стие в работе нескольких пользователей из разных узлов сети.

В отличие от распределенной локальная подсистема сгруппирова­на в одной точке сети и, хак правило, обслуживается одним пользователем.

В подсистему входит процесс обработки данных - совокупность мето­дов, обеспечивающих реализацию алгоритма обработки или одного метода моделирования, решающего одну или несколько задач обработки данных. Он подразделяется на локальный, системный, распределенный.

Значение терминов локальный и распределенный аналогично значе­нию их для подсистем. Системный процесс предназначен для обслуживания системы; как правило, он является "прозрачным" (т.е. незаметным) для пользователя.

Задача как элемент системы определяется простейшим циклом об­работки типизированных данных. В этом контексте задача может быть связана с алгоритмами обработки (с вычислениями) или технологичес­кими процессами, не связанными с вычислениями типа ввода данных, формирования данных, визуального контроля данных, функционирова­ния автоматизированных датчиков или устройств и т.п.

Рассмотренные понятия относятся к элементам системы (ГИС). Системный подход позволяет в равной степени анализировать как системы, так и процессы. Поэтому для интегрированных процессов об­работки данных (в ГИС) иерархия понятий аналогично рассмотренной выше для систем будет выглядеть так:

интегрированный процесс;

системный уровень обработки;

блок процессов;

процесс;

класс задач;

Следует подчеркнуть разницу между системным уровнем и подсис­темой. Подсистема имеет всегда технологическое назначение, логическое описанием физическую реализацию. Так, подсистема семан­тического моделирования может быть реализована как составная часть технологии сбора информации или как самостоятельная технология, на­пример, при формировании графических моделей.

^ Системный уровень является описательным понятием, т.е. имеет технологическое назначение и может иметь (а может и не иметь) логическое описание.

Физическая реализация осуществляется обычно на уровне подсис­темы. Определение основополагающих принципов функционирования любой автоматизированной системы (в том числе ГИС), достижение ее целостности, оптимизация структуры осуществляются на основе мето­дов системного анализа.

Анализ, выполненный с использованием методов формализации об­щей теории систем, будет отвечать требованиям целостности и един­ства рассматриваемых проблем и задач, позволит определить структуру обобщенной ГИС и минимальные требования, которым должна удов­летворять такая система.

^ Общие сведения о системном построении информационной системы

Для системного анализа обобщенной ГИС необходимо выбрать метод описаний разнородных процессов. Целесообразно использовать положения общей теории систем (ОТС), обоснованные в работах М.Дж. Месаровича и Ю.А. Урманцева, и методы структурного анализа, широко применяемые при разработке программных проектов и систем.

Отмеченные теоретические подходы имеют небольшие специфичес­кие различия в формах представления, но содержат концептуальное един­ство. Поэтому при их использовании будем применять положения, кото­рые взаимно непротиворечивы и дополняют друг друга.

При практических исследованиях приходится иметь дело с функци­ональными системами. Для формализации этого класса систем более удобно описание, даваемое М. Месаровичем .

Системный подход позволяет представить процесс построения лю­бой информационной системы в виде схемы, содержащей семь этапов (рис. 1.2), которые определяют создание системы от постановки задачи до ее реализации.





Первый этап - формирование основных требований к системе на словесном (вербальном) уровне без должной формализации.

Второй этап - определение концепции решения проблем и задач или построения системы.

Третий этап - детализация общей задачи создания и применения системы, определение системы описаний для перехода от словесных фор­мулировок к схемному или логически взаимосвязанному описанию фун­кций и задач системы, которое позволит разбить систему на основные составляющие ее части. Говоря другими словами, осуществляется фор­мализованное представление взаимосвязи частей и процессов системы. В результате определится структурная схема системы.

На первых трех этапах происходит формирование инфологиче­ской модели.

Четвертый этап - алгоритмизация методов и решений задач, стоящих перед системой, выбор моделей данных, математических и тех­нологических решений.

Пятый этап - оптимизация решений, осуществляемая на основе дополнительного исследования предметной области и специфики реша­емых задач. Этим заканчивается построение системы на логическом уровне проектирования.

Шестой этап - реализация системы. В терминах проектирования говорят о переходе к физическому (уровню) построению системы.

Седьмой этап - модернизация создания информационной систе­мы (в том числе ГИС), предусматривающая учет возможных ситуаций функционирования, а также тенденций развития программно-техноло­гических средств.

В соответствии с этой схемой мы находимся на третьем этапе иссле­дований и наша задача - представление обобщенной ГИС как сложной системы в виде основных составляющих ее частей. Для решения этой задачи используем метод общей теории систем (ОТС).

Определим функциональную систему S как отображение входного множества Х (множества первичных элементов ) на выходное множе­ство Y. В формальном представлении ОТС это будет соответствовать записи:

S: Х Y.

В общем случае любая сложная система считается неоднородной (гетерогенной), поэтому целесообразно разбить ее на однородные ком­поненты (подсистемы) путем построения стратифицированной (много­уровневой) системы (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Структура сложной стратифицированной системы

Страты - это уровни, определяемые по совокупности сходных при­знаков. В зависимости от критериев оценки система может разбиваться по-разному, например на системные уровни, если критерием являются технологические признаки.

Стратификация (разделение системы S на уровни) возможна, если множества входной (X) и выходной (Y) информации неоднородны и представимы в виде декартовых произведений (), т.е. если входная и вы­ходная информация образует два независимых базиса Xi и Yi:

Х=(Х1Хi ... Хп); Y= (Y1Yi ... Yn). (1.1)

В этом случае система S может быть описана в виде совокупности п уровней. Для каждого уровня имеет место

S1: X1W1Y1;

^ Si: XiEiWiYi;

Sn: XnEnYn,

где Е, W- соответственно нисходящие и восходящие информационные потоки, обеспечивающие связь между уровнями (см. рис. 1.3).

Именно наличие нисходящих и восходящих потоков объединяет под­уровни в единую систему. Отсутствие таких потоков приводит к тому, что исходная система 5 разбивается на совокупность независимых бо­лее мелких систем.

Возможность разложения входных/выходных данных на независимые группы (1.1) и выявление нисходящих и восходящих информационных по­токов позволяет разбивать систему на системные уровни, системные уров­ни - на подсистемы, процессы - на задачи и т.д.

Многоуровневость может быть обусловлена различными критерия­ми, в частности разнородностью входных/выходных данных или техно­логическими признаками. Например, выходные множества представля­ются в виде и документов, и информационных данных. Следовательно, выявление такой разнородности служит основой построения системы в виде совокупности уровней.

ОТС в равной мере применима для анализа как систем, так и про­цессов обработки данных. Это позволяет определить структуру созда­ваемой системы и описать ее технологии.

^ 1.2. Построение схемы обобщенной ГИС
При системном подходе процесс разработки ГИС интерпретируется как поиск оптимальной структуры системы путем разбиения ее на под­системы. При этом реализуется концепция разработки "сверху вниз".

Построение схемы обобщенной ГИС можно осуществить на основе анализа входных/выходных информационных потоков, функционирую­щих в автоматизированной системе,

Совокупность входных и выходных данных ГИС может быть пред­ставлена в виде независимых технологических совокупностей трех групп: сбора, моделирования и хранения, представления. Действительно, сбор информации производится независимо от хранения данных. Данные хра­нятся независимо от процедур сбора и представления информации. На представление (выдачу) информации в той или иной форме дается зада­ние независимо от способов моделирования.

Эти условия являются достаточными для того, чтобы представить входные Х и выходные Y потоки обобщенной ГИС в виде независимых совокупностей (в форме декартовых произведений), аналогично выра­жению (1.1):


Х=(X1T3cT3мT3п); Y=(XyЦММЦМК), ( 1.2.)

где ТЗс - техническое задание на сбор информации;

ТЗм - техническое задание на хранение, обновление и модели­рование;

ТЗп - техническое задание на представление данных после окончательной обработки;

^ Х1 - множество первичных данных, измеряемых или собира­емых с помощью различных технологий

Хy - множество унифицированных данных, получаемых после сбора и первичной обработки;

ЦММ - цифровая модель местности, хранимая в базе данных ГИС;

ЦМК - цифровая модель карты, сгенерированная для визуаль­ного представления на дисплее или для печати.

В рамках данной теории цифровая модель карты представляет со­бой отображение цифровой модели местности с помощью средств ком­пьютерной визуализации. Применение ЦММ и ЦМК наглядно просле­живается в технологии работы модульной системы MGE (Modular GIS Environment) и ряда других пакетов ГИС. В этой системе аналогом циф­ровой модели местности выступают объекты базы данных и графичес­кая информация, аналогом цифровой карты — проект (карты). Для ото­бражения проекта осуществляют преобразование проекта в чертеж - генерацию чертежа. Визуальному представлению ЦМК соответствует сге­нерированный чертеж. Другими словами, ЦМК можно определить как результат формирования ЦММ для визуального отображения в виде карты.

Множество Х представляет собой сложную совокупность данных, получаемых с помощью разных технологий: по фотоснимкам, геодези­ческими методами на местности, с карт, при помощи систем GPS (Global Position System), из архивных табличных данных и т.д.

На основе ОТС с учетом выражения (1.2.) представим обобщенную ГИС в виде стратифицированной трехуровневой структуры (рис. 1.4):

УСО: X1ТЗсНТмXy;

УМХ:Xy TЗм НТпЦММ; (1.3)

УП: ТЗп ЦММЦМК,

где УСО - системный уровень сбора и первичной обработки информации;

УМХ - системный уровень моделирования, хранения и обновления;

УП - системный уровень представления данных;

НТм, НТп - нормативные требования к данным при моделировании и пред­ставлении информации соответственно; они являются анало­гами промежуточных восходящих информационных потоков.




Рис. 1.4. Структура обобщенной ГИС

Для концептуального построения ГИС согласно (1.3.) необходимо определить НТм, НТп , т.е. информационную основу.

Таким образом, применяя системный подход, можно построить структурную схему обобщенной ГИС в виде трехуровневой системы (см. рис. 1.4) и по этим уровням проводить сравнение различных ГИС между собой, а также сравнение ГИС и других автоматизированных систем.

Нормативные требования в (1.3) определяются при дальнейшем ана­лизе, т.е. при переходе к следующим этапам построения.

Мы употребляем термин обобщенная ГИС, так как абстраги­руемся от конкретного ее применения.

Функционирование обобщенной ГИС согласно ее формализованному описанию (1.3) и схеме (см. рис. 1.4) осуществляется следующим образом. На первом системном уровне (УСО) происходит сбор первич­ных данных X1, получаемых с помощью разных методов и технологий и потому имеющих разные структуру, формат и представление. В ходе пер­вичной обработки эти разнородные данные корректируются и унифи­цируются. В результате формируется некое унифицированное подмно­жество данных Хy, которое частично хранится в виде архивов и полнос­тью передается на уровень моделирования и хранения.

На втором системном уровне (УМХ) осуществляются: анализ унифицированной информации Хy, установление связей между частями модели; устранение избыточности, если такая имеется; проверка на це­лостность и непротиворечивость данных; определение первичных и вне­шних ключей; формирование метаданных и т.д. Подмножество Ху со­держит необходимые данные для построения цифровой модели местно­сти, которая хранится в базе данных в виде совокупности графической и символьной информации. ЦММ служит основой для решения приклад­ных задач на базе различных методов моделирования. Эти процессы также происходят на уровне УМХ. В результате обработки сформиро­ванная цифровая модель или результат ее использования подготавлива­ются для визуального представления. Для этого она передается на тре­тий системный уровень.

На третьем системном уровне (УП) ЦММ преобразуется в цифровую модель карты, которая и служит основой представления ин­формации.

Анализируя группы задач обработки данных на трех системных уров­нях, можно отметить следующее.

На первом уровне наиболее широко представлены задачи первич­ной обработки информации: распознавания, структуризации, декомпо­зиции, компоновки, измерения, сжатия, контроля, унификации.

Для второго уровня определяющими являются задачи типизации, геометрического преобразования, экспертного типа, построения циф­ровых моделей, синтеза и т.п.

На третьем уровне наиболее значимы задачи оптимизации, компо­новки, синтеза и т.п.

Естественно, что различные задачи и методы моделирования могут в разной степени присутствовать на каждом уровне, но вид уровня оп­ределяет их значение.

В общем виде ГИС может включать следующие подсистемы:

семантического моделирования ( кодирования) собираемой инфор­мации (первый уровень);

имитационного моделирования для контроля входной информации (первый уровень);

геометрического моделирования (первый, второй и третий уровни);

имитационного моделирования для контроля модельных решений (второй уровень);

коррекции информации на основе векторных или скалярных кри­териев (первый и второй уровень);

интерактивного (эвристического ) моделирования (второй уровень);

семантического моделирования (кодирования) информации, хра­нимой в БД (второй уровень),

документационного обеспечения (третий уровень).

При сборе первичной информации основным является семантичес­кое моделирование. Инвариантное моделирование имеет приоритет на втором уровне. Эвристическое моделирование занимает ведущее место при интерактивной обработке и в процессах контроля и коррекции. На­конец, информационное моделирование является основным в подсисте­мах документационного обеспечения.

Таким образом, независимо от вида инструментальной системы, со­ставляющей основу конкретной ГИС, любая ГИС должна обладать об­щими признаками и свойствами обобщенной ГИС.

Определим ГИС как полную (информационную систему), если в ней присутствуют все три системных уровня, определенных выше. В противном случае будем говорить о неполной ГИС.

Данный метод анализа применим не только к ГИС, но и к любой автоматизированной системе, включая САПР, АСИС, АСУ. Таким обра­зом, любая информационная система, система управления при анало­гичных заданных условиях (1.2) представима в виде трехуровневой системы. Эта общность структур систем, различающихся задачами и целями, а также общность преобразования информации дает основа­ние говорить и об общности концепций и методов обработки данных в этих системах. Следовательно, на уровне системной структуры ГИС и других АС существует общность принципов обработки данных для ши­рокого круга прикладных задач, включая управление, организацию про­изводства, проектирование, хранение и обновление данных. Эта общ­ность является следствием интеграции.
ВЫВОД
Системный подход позволяет построить схему ГИС в виде основ­ных уровней обработки информации и проводить сравнительный ана­лиз как с другими автоматизированными системами, так и среди гео­информационных систем, предназначенных для решения различных за­дач.

^ 2 Место ГИС среди других автоматизированных систем
Автоматизированная обработка информации в ГИС предполагает использование ряда технологических процессов из различных смежных предметных областей: фотограмметрии, САПР, АСНИ и т. д. В силу это­го целесообразно рассмотреть технологии функционирования достаточ­но апробированных автоматизированных систем, таких, как АСНИ, САПР, АСИС, экспертные системы (ЭС), что позволит при оптималь­ном учете их специфики использовать технологические достижения и решения, применимые во всех исследуемых предметных областях.
^ 2.1. Основные принципы функционирования АСНИ
АСНИ технологически настроена на сбор и первичную обработку разнообразной информации, что является также и потребностью ГИС. По этой причине можно рассматривать АСНИ как систему, наиболее близ­кую к ГИС на этапах сбора и первичной обработки данных.

Относительно обобщенной ГИС (см. рис. 1.4) технологии АСНИ приемлемы на уровне УСО.

По формам организации АСНИ делятся на три группы: специальные, локальные и глобальные.

Специальные АСНИ решают узкий класс задач на заданном наборе параметров. Их основная задача - контроль протекания процессов и предотвращение нежелательных ситуаций. Наиболее широко эта группа АСНИ представлена в интегрированном производстве, она в боль­шой степени использует измерительно-вычислительные комплексы и относится функционально к классу контрольно-измерительных. Эта груп­па не имеет аналогов в среде ГИС.

Локальные АСНИ функционируют в рамках лабораторий. Их раз­витие связано с "персонализацией" технологий вычислительной техни­ки, в частности с появлением ЭВМ, персональных баз данных, интел­лектуальных терминалов и т.п. По организации эта группа наиболее близ­ка ГИС, функционирующим на уровне города, области.

Глобальные АСНИ создаются в рамках института, КБ, НПО и т.п. ГИС аналогичного класса обслуживают страну или большой регион. Одним из направлений развития систем этой группы является создание распределенных систем (АСНИ, ГИС), в том числе и на основе локаль­ных вычислительных сетей (ЛВС).

По функциям можно также выделить три группы АСНИ: инфор­мационно-поисковые, подсказывающие и обучающие; расчетные на ос­нове модельного машинного эксперимента; экспериментальных иссле­дований. В свою очередь каждая из этих групп может быть разбита на подгруппы, однако для анализа ГИС это не играет существенной роли.

Возможности АСНИ во многом определяются уровнем вычислитель­ных средств и набором периферийных устройств к ним.

Интеграция предъявляет новые требования к базовым техничес­ким средствам, входящим в состав АСНИ. Для реализации возмож­ности интегрированной обработки информации эти средства долж­ны либо являться элементами распределенной вычислительной сис­темы или локальной сети, либо базироваться на более сложных вы­числительных системах по сравнению с применяемыми для лабора­торных АСНИ.

В настоящее время характерен рост интегрированных систем, кото­рые включают технологии АСНИ на уровнях сбора и первичной обра­ботки данных.

Большое значение при интеграции АСНИ имеют выбор единой ин­формационной основы, составление классификаторов информации и способов ее кодирования. Эффективным средством, повышающим ско­рость кодирования, являются системы речевого ввода-вывода, разработка которых в нашей стране идет с 60-х гг. Однако эти системы не находят достаточно широкого применения при кодировании первичных данных в ГИС.

^ 2.2. Системы автоматизированного проектирования.
Технологии САПР служат основой интеграции всех прочих техно­логий в ГИС. Основное назначение САПР - получение оптимальных проектных решений - отвечает требованиям ГИС на уровне моделиро­вания и хранения (формирования ЦММ) и проектирования (карт) на ос­нове уже собранной, унифицированной информации.

Проектирование в САПР осуществляется путем декомпозиции про­ектной задачи с последующим синтезом общего проектного решения. В процессе синтеза проекта используются информационные ресурсы базы данных в условиях диалогового взаимодействия проектировщиков с комплексом средств автоматизации проектирования.

Технологии проектирования в САПР базируются на следующих принципах:

использование комплексного моделирования;

интерактивное взаимодействие с цифровой моделью;

принятие проектных решений на основе математических моделей и проектных процедур, реализуемых средствами вычислительной техники;

обеспечение единства модели проекта на всех этапах и стадиях проектирования;

использование единой информационной базы для автоматизиро­ванных процедур синтеза и анализа проекта, а также для управления процессом проектирования;

проведение многовариантного проектирования и комплексной оцен­ки проекта с применением методов оптимизации;

обеспечение максимальной инвариантности информационных ре­сурсов, их слабой зависимости от конкретной области применения, про­стоты настройки на отраслевую специфику.

Все перечисленные принципы приемлемы для моделирования и про­ектирования в ГИС.

Проектирование. Анализ технологических процессов в САПР по­зволяет дать простую классификацию типов проектных работ по степе­ни (уровню) интеграции процессов, вполне подходящую для решения задач ГИС:

процедура - элементарная операция обработки информации;

задача-совокупность процедур для получения одного вида проект­ной продукции;

функция (группы специализированных задач) - технологический процесс, в ходе которого выпускается специализированный комплект проектных документов;

комплекс работ - совокупность работ, заканчивающихся выпуском общего комплекта проектных документов;

интегрированные работы - выпуск комплекта документов; поддер­жка и автоматическое обновление базы данны