Открытое занятие 12.02.2014г.

Круглый стол на тему: «Информационные технологии в земельно-имущественных отношениях».

Место проведения: ОГБОУ СПО Инзенский государственный техникум отраслевых технологий, экономики и права (учебный корпус финансово-экономического факультета, каб.№8)
Время проведения: 11.00час.

Группа: ЗИО-9-31.

Цели занятия:

Цель урока - изучение информационных технологий, углубление и закрепление знаний об информационных системах в области земельно-имущественных отношений.

1. Обучающие:

- углубление и закрепление знаний по предмету информационные технологии в профессиональной деятельности

- знакомство с новыми информационными системами в области земельно-имущественных отношений

2. Развивающие:

- расширение кругозора студентов

- развитие мотивации к изучению предмета информационные технологии в профессиональной деятельности

3. Воспитательные:

- воспитание толерантного отношения друг к другу, умение слушать товарища.

Ход занятия:

1. Орг.момент.

2. Вступительное слово преподавателя о роли и значение ИТ.

3. Доклады студентов об информационных системах в ЗИО.

4. Презентация и доклад на тему: «Компьютерные вирусы».

5. Подведение итогов занятия.

Современные информационно-коммуникационные технологии

В настоящее время, хотим мы этого или нет, мы все живем в информационном обществе. При этом, те возможности, которые теперь открываются, используются весьма слабо. Информационные и коммуникационные технологии признаны во всем мире ключевыми технологиями XXI века, которые на ближайшие десятилетия будут являться залогом экономического роста государства и основным двигателем научно-технического прогресса.

Необходимость управления земельными ресурсами в новых социально-экономических условиях требует широкого применения принципов формирования и организации научных исследований, проектного дела, а также создания единого информационного поля в землеустроительной отрасли. Развитие современного землеустройства определяется методами и средствами исследований, совершенствующихся в настоящее время, особенно в связи с использованием системного подхода, математики, вычислительной техники и компьютерных технологий. Землеустройство неразрывно связано с новой прогрессивной сферой исследований - геоинформатикой, возникшей на стыке картографии, информатики, географии, математики и др. наук. Задачи геоинформации выходят за рамки картографии, делая ее основой для интеграции различных дисциплин из разных областей знаний для комплексных системных исследований.

Развитие вычислительной техники и геоинформати­ки, оснащение землеустроительных предприятий мощ­ными компьютерами, периферийными устройствами, средствами цифровой картографии и фотограмметрии, появление систем автоматизированного земельного ка­дастра существенно изменили содержание и технологию землеустроительных работ, что дало возможность при­ступить к созданию системы автоматизированного зем­леустроительного проектирования.

Внедрение автоматизированных систем в землеуст­роительное производство

прошло три этапа.

На первом этапе (70-е годы) автоматизировались рас­четы по агроэкономическому обоснованию, сметно-фи-нансовой и технической частям проектов землеустрой­ства, когда на ЭВМ по заданным исходным данным, нормативным показателям с использованием специ­ально разработанных для этих целей программ в авто­матизированном режиме рассчитывались проектные данные и заполнялись формуляры необходимых таб­лиц (экспликация и трансформация земель; балансы кормов, трудовых ресурсов, питательных веществ в почве; сводных и пообъектных смет и т. п.).

На втором этапе (80-е годы) автоматизировалась не только расчетная часть проектов землеустройства, но и содержательная часть, основанная на экономико-мате­матических оптимизационных или имитационных мо­делях. При применении оптимизационных моделей уже не вручную, а в автоматизированном режиме на ЭВМ вычислялись коэффициенты и заполнялись матрицы экономико-математических землеустроительных задач, которые затем решались с использованием стандартных математических программ симплексного или распреде­лительного метода.

Полученные решения обрабатывались соответствую­щим образом и служили для подготовки расчетной час­ти проектов землеустройства, которая также выполня­лась на ЭВМ.

При применении имитационных моделей использо­вались разработанные землеустроителями специальные программы, позволяющие оценивать различные вариан­ты проектов землеустройства по системе технических, экологических и экономических показателей и выби­рать наилучший в диалоговом режиме. Таким образом, проигрывая на компьютере различные варианты (сцена­рии) организации производства и территории, землеуст­роитель-проектировщик выбирал более подходящее проектное решение, которое затем в традиционной форме (вручную) наносил на проектный план.

На третьем этапе (90-е годы) с появлением в россий­ском землеустроительном производстве геоинформаци­онных (GIS) и земельно-информационных (LIS) сис­тем, основанных на новейшем программном обеспече­нии с богатыми возможностями, при разработке проек­тов землеустройства стали применяться методы автоматизированного проектирования, основанные на цифровых моделях местности и оперировании не только цифровыми расчетными, но и цифровыми графически­ми данными.

С этого времени перспективы развития землеустрои­тельного проектирования все в большей мере стали оп­ределяться новейшими возможностями автоматизиро­ванных и геоинформационных технологий.

Необходимость и целесообразность применения ав­томатизированных систем проектирования в настоя­щее время обусловлены и другими причинами. Прежде всего объемы землеустроительных работ в ходе земель­ных преобразований существенно возросли. Они связа­ны с реорганизацией землевладений и землепользова­нии сельскохозяйственных предприятий, перераспреде­лением земель, отводами земель юридическим и физи­ческим лицам, активизацией земельного оборота. Количество разрабатываемых землеустроительных объектов будет расти и дальше в связи с решением при­родоохранных и строительных задач, разделением соб­ственности в России на федеральную, субъектов Феде­рации, муниципальную и частную, межеванием земель, демаркацией и делимитацией границ и т. д.

Географические и Земельно-информационные системы являются специализированными Геоинформационными системами. Они функционально направлены на решение задач в области географии и управления земельными ресурсами, соответственно. Геоинформационные системы (ГИС) являются классом информационных систем, имеющих свои особенности. Они построены с учетом закономерностей геоинформатики и методов, применяемых в этой науке. ГИС как интегрированные информационные системы предназначены для решения различных задач науки и производства на основе использования пространственно - локализованных данных об объектах.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СИСТЕМЕ ГКН(государственный кадастр недвижимости)

Компьютерные технологии незаменимы в научных исследованиях, присутствуют во многих областях человеческой деятельности, особенно актуально их использование в сферах связанных с земельными ресурсами: землеустройством, управлением, мониторингом, кадастром.

В нашей стране сначала существовал земельный кадастр, сейчас формируется кадастр недвижимости. В ходе преобразования земельных отношений в Российской Федерации содержание и количество задач, решаемых кадастром, существенно расширились, и в настоящее время кадастр можно трактовать как науку, как информационный ресурс и как производственную деятельность (Рисунок 1) [1, c. 9].

Рисунок 1. Современное содержание кадастра

Полнота и актуальность кадастровой информации, быстро изменяющаяся с течением времени, гарантируется ведением кадастра на основе современных компьютерных технологиях. В целях автоматизированного ведения сначала земельного, а потом и кадастра недвижимости Правительство Российской Федерации утвердило несколько федеральных целевых программ, основные цели которых:

В результате реализации этих программ создана и функционирует автоматизированная информационная система государственного кадастра недвижимости (АИС ГКН). Основной целью АИС ГКН является формирование информационного ресурса как полного и достоверного источника информации обо всех объектах недвижимости, а также создание механизма доступа к информационным ресурсам ГКН и развитие сервисных услуг на основе портальных Интернет технологий. В рамках этих услуг наибольший интерес вызывает сервис публичной кадастровой карты (ПКК) [8].

Потребность кадастра оперировать данными и информацией, имеющими пространственную привязку, обусловила необходимость использования компьютерных систем с географической информацией. Такие системы получили название географических информационных систем (ГИС). В системе кадастра России ГИС-технологии используются давно и достаточно широко. Однако большой проблемой является то, что проекты создания геоинформационных систем отличаются большим разнообразием и несогласованностью. В разных системах и регионах используются решения на разных ГИС-платформах: ESRI, MapInfo, Intergraph, ObjectLand.

В кадастре функциональные возможности MapInfo (MapXtreme) реализованы в автоматизированной информационной системе государственного кадастра недвижимости субъекта Российской Федерации, а разработки ESRI (ArcGIS) использованы при формировании справочно-информационного ресурса для предоставления пользователям сведений государственного кадастра недвижимости на территорию Российской Федерации - публичной кадастровой карты (Рисунок 3).

Рисунок 3. Геоинформационные системы при ведении ГКН

Таким образом, (земельный) кадастр недвижимости в настоящее активно развивается не только как информационный ресурс, но и как сфера производственной деятельности. Объём, сроки предоставления кадастровой информации о земельных ресурсах, а также сроки выполнения кадастровых действий и процедур требуют применения современных компьютерных технологий. Это создало предпосылки автоматизации не только отдельных видов кадастровых работ, а в целом технологию ведения (земельного) кадастра недвижимости.

Современные технологии в земельном кадастре

Проведение земельной реформы требует надлежащего информационного обеспечения, т.е. наличия достоверной и актуальной информации о земельном фонде государства. Такое информационное обеспечение реализуется через создание государственного земельного кадастра - "системы необходимых сведений и документов о природном, хозяйственном и правовом режиме земель, их распределение среди землевладельцев, землепользователей, в т.ч. и арендаторов ". В сегодняшних условиях земельный кадастр - это информационная система (вернее, земельно-информационная система (ЗИС), которую еще часто называют многоцелевым кадастром), опирающаяся на современные научные и технологические достижения. Можно сказать, что без современных информационных технологий ведения кадастра на должном уровне вообще невозможно. Это объясняется несколькими причинами:
• повышение степени оперативности и стандартизации при ведении кадастра;
• сокращение затрат на сбор и сохранение кадастровой информации;
• ускорение первоначальной регистрации земли и упрощения доступа к базе данных земельного кадастра;
• упрощение оценки и анализа рыночной и арендной стоимости земли;
• сокращение времени и стоимости передачи прав при ипотеке земли;
• обмен информацией через компьютерные сети с органами государственной власти, налоговыми, природоохранными и другими службами.
Строго говоря, ЗИС - это не кадастровая система в ее классическом понимании (как реестр земельных участков с информацией о них ). ЗИС включает в себя и систему регистрации прав на земельные участки (часто такое сочетание кадастровой и регистрационной систем называют земельно-административной системой, или системой управления земельными ресурсами). Кроме того, к ЗИС входит и другая пространственно-распределенная информация, например, демографическая, экологическая и др. Т.е. ЗИС - это совокупность баз данных, ядром которой выступает именно кадастровая база данных.

Создание эффективной ЗИС - насущная необходимость для России.

Поскольку существующая планово-картографическая основа в

значительной степени устарела, а обновление ее путем выполнения

кадастровых съемок традиционными методами потребует много времени и

рабочей силы, учитывая тот факт, что работы нужно выполнить на

большой территории, необходимо искать более эффективные методы сбора

пространственных данных. Такие методы существуют и находят широкое

применение в кадастровых работах во всем мире. Речь идет о космической

съемке и аэрофотосъемке с последующей обработкой полученных

материалов на цифровых фотограмметрических станциях и в программных

пакетах обработки изображений.

Эти методы имеют значительные преимущества перед традиционными:

• современные приборы позволяют получать снимки (аналоговые и

цифровые) с большим разрешением (15 - 25 для аэрофотосъемки, 1 м - для

космического), которые могут использоваться для построения:

кадастровых карт; схем землеустройства крестьянских (фермерских)

хозяйств, административных районов и областей и др.;

• дистанционные методы позволяют получать данные на большие

территории за сравнительно короткое время.

• возможность получения многоспектральных данных, дающих основание

для составления не только кадастровых, но и тематических карт [5].

Для целей земельного кадастра, в основном, используется

аэрофотосъемка. Аэрофотосъемка представляет собой дистанционный

метод получения пространственных данных, основанный на неконтактной

регистрации электромагнитного излучения земной поверхности в видимом

и ближнем инфракрасном диапазоне [1].

Технология построения кадастровых ЗИС на основе использования

материалов аэрофотосъемки является достаточно сложной и включает в

себя следующие этапы:

1. Получение данных (собственно аэрофотосъемочный процесс).

2. Обработка данных с использованием цифровых фотограмметрических

станций.

3. Фотограмметрический сбор данных.

4. Обработка цифровой картографической информации с целью

построения собственно базы пространственных данных [7].

Перед выполнением работ по аэрофотосъемке устанавливаются

требования к исходной картографической информации, которые

определяются заданным масштабом карты. Согласно нему, настраивается

масштаб аэрофотосъемки, который в значительной степени определяет

эффективность всего процесса аэрофотосъемки. Этот параметр, в свою

очередь, определяется качеством изображения (по точности определения

координат и детальностью изображения), на которое влияют различные

факторы, среди которых одним из главных являются параметры камеры.

Параметры камеры имеют большое значение, поскольку при высоком разрешении изображения масштаб аэросъемки можно принять значительно меньшим заданного масштаба карты, что, естественно, приведет к экономии времени и затрат на съемочные работы [3].

В современной практике аэрофотосъемки в России используются

аналоговые камеры, в которых изображение формируется на фотопленке.

Изображения, полученные с помощью цифровых камер, по своему

качеству приближаются к фотографическим. Данные, полученные с

помощью аэрофотосъемки, непригодны для использования в качестве

материала для построения ЗИС, так сказать, в «сыром» виде. Для этого их

нужно обработать с целью устранения различного рода искажений,

которые испытывает изображение в процессе съемки, а также

сканирование при конвертации в цифровой формат (для аналоговых

снимков), и получение из снимков информации о тех объектах, которые

нам нужны.

Сегодня существует широкий спектр цифрового фотограмметрического оборудования (рабочие станции, стереоплоттеры), которое позволяет выполнять все эти операции с высокой оперативностью, точностью и объективностью полученной информации. Очень приятно отметить, что наряду с продукцией таких всемирно известных фирм, как

Leica-Helava, Intergraph и др., в России широко используются цифровые

фотограмметрические станции «Дельта» (производитель - НПО

«Геосистемы», г. Винница) [8].

Вся цифровая картографическая информация, полученная фотограмметрическими методами, поступает к подсистеме обработки этой информации, которая обеспечивает формирование полноценной геоинформационной базы данных [4]. Пространственной основой такой базы данных служит созданная в процессе фотограмметрическая

обработки цифровая карта, под которой понимается модель территории, а

не просто ее графическое отображение в принятой системе условных

знаков.

Таким образом, современные технологии в аэрофотосъемке позволяют с высокой оперативностью получать пространственные данные для больших территорий, а современные фотограмметрическая технологии дают возможность получать из этих данных разноплановую информацию, необходимую для эффективного управления земельными ресурсами, быстро и с высокой точностью. В дальнейшем эта информация служит основой для создания ЗИС. Применение технологий связанное с высоким уровнем затрат на приобретение новой техники окупаются при эксплуатации ЗИС.

НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВЕ

Основой ведения земельного кадастра является планово-картографический материал. Перевод картографического фонда в цифровую форму процесс достаточно дорогой и продолжительный в котором происходят значительные изменения, которые требуют корректировки.

Обновление планово-картографического материала традиционно ведется централизованно на основе аэро- или наземных съемок, выполняемых силами специализированных организаций. Недостатки такого подхода в современных условиях очевидны: обновление выполняется периодически, причем период зависит не столько от динамики изменений на местности, сколько от возможностей финансирования и способности топографических предприятий освоить возрастающие объемы работ; в то же время динамика изменений кадастровой информации возросла многократно. Процесс распределения и перераспределения земельных участков становится непрерывным и поэтому к методике и технологии обновления и корректировки планового материала предъявляются новые требования: проблема несоответствия плановых материалов; проблема формирования и учета земельных участков; проблема учета качества земель, необходимость мониторинга.

Использование информационно-коммуникационных технологий в аграрном секторе области приобретает все более широкий характер и становится одним из важных факторов экономического развития. Одновременно возрастают требования и к уровню профессиональной подготовки специалистов. Для них владение современными компьютерными технологиями в агробизнесе становится обязательным.

Земельный кадастр является одним из наиболее перспективных направлений с точки зрения окупаемости затрат. Целью земельно-кадастровых мероприятий является защита прав землепользователей и организация цивилизованного рынка недвижимости на основе экономической оценки земли, а также извлечение прибыли в виде систематически собираемого земельного налога.

Создание информационной основы земельного кадастра возможно при автоматизации сбора, хранения, обновления информации и оформления земельно-учетных документов. Земельно-кадастровая информация подразделяется на семантическую, представленную в виде многочисленных таблиц, и графическую, в виде цифровых кадастровых карт.

Важным вопросом в современных условиях является вооружение исполнителей высокоэффективными технологиями выполнения работ. Наиболее экономичными являются дистанционные методы обследования территорий, основанные на использовании материалов аэро- и космической съемки.

С появлением цифровых фотограмметрических станций обработка материалов аэро- и космической съемки традиционно считающаяся уделом профессиональных фотограмметристов, становится доступной для широкого круга не специализированных организаций. Однако процесс аэросъемки остается централизованным, выполняемым специальными отрядами гражданской авиации с соблюдением всех бюрократических и режимных условий. Создание системы оперативной аэросъемки при этом проблематично. Прогресс в области цифровой фотографии и видеосъемки, в авиамодельном спорте, развитие малой авиации и появление сверхлегких летательных аппаратов - позволяет усовершенствовать систему локальной оперативной аэросъемки в целях мониторинга земель даже в условиях централизации работ.

На рынке космической видеоинформации огромное количество продукции самого разнообразного качества и, соответственно, стоимости, начиная от снимков низкого разрешения, которые характеризуются размером пикселя на местности порядка 100-150 метров, и заканчивая снимками радиолокационного диапазона, разрешающая способность которых достигает 25 см. Весь этот диапазон доступен сейчас для пользователя.

Наши интересы начинаются от снимков, разрешающая способность которых составляет приблизительно 10-15 метров. Современные космические снимки это, как правило, цифровые многозональные снимки. Весь видимый диапазон разбит на элементарные фрагменты. В данном диапазоне разрешающей способности основными источниками информации являются снимки космических аппаратов Landsat (американский), «Астер» (американский) и Spot (французский). Они обладают разрешающей способностью до 15 метров. Один снимок покрывает территорию приблизительно 180 на 180 километров (~3,5 га), это примерно ¼ Омской области. Снимки имеют хорошие стоимостные показатели, один снимок стоит 1200 $, в пересчёте на квадратный километр съёмки - 4 цента.

Дешифрирование позволяет выделить различные элементы местности на момент съемки. Основное назначение дешифрирования с точки зрения экологии - это возможность выявления различных загрязнений окружающей среды. Многозональные снимки обладают способностью комбинации цветов, окрашенные в различные цветовые палитры, позволяют получить цветные синтезированные фотографии для того, чтобы хорошо распознать характер растительности. По цветовому контрасту можно отличить древесную растительность от кустарниковой и т. д.

Опытный дешифровщик, не зная местность, может определить, где присутствуют продукты переработки нефти, загрязнение хлором, угнетённая растительность, радиация, и следовательно найти самые благополучные места для жизни. Несмотря на 15-ти метровое разрешение этих снимков, можно получить очень интересную информацию. Обработка цветного снимка, который удовлетворяет нас по изобразительным свойствам, заключается в приведении этого изображения в систему координат. В основе используются существующие карты и планы: выбираются опорные точки с планового материала для нанесения опоры; производится идентификация с точками на растровом изображении.

С использованием специального математического аппарата, заложенного в программном комплексе Roscad, выполняется преобразование: растровое изображение карты совмещается с растровым изображением снимка. Ограничений для систем координат практически никаких нет. В результате получается совмещенное изображение двух растров. Технология предусматривает обработку нескольких снимков.

При сравнении космического снимка и плана горного отвода месторождения (масштаб 1:25000) можно увидеть:

· белая полоса - это фактическое положение нефтепромысловой дороги;

· чёрная полоса - это её положение на карте.

Таким образом, мы обнаруживаем ошибку положения нефтепромысловой дороги на картографическом материале. Такого рода ошибки карт очень хорошо просматриваются по космическим снимкам, способным охватить всю территорию месторождения, всю зону ответственности нефтяной или газовой компании, или всего региона.

Достоинства использования таких космических снимков: снимки не секретные; ориентирование данных снимков может быть выполнено в любой системе координат (даже географической) или WGS84, которые не являются секретными; огромный охват снятой территории позволяет вести различные работы, в частности, по инвентаризации трансконтинентальных объектов, таких как магистральные нефтепроводы, дороги.

Таким образом использование космических снимков - это одно из перспективных направлений в настоящее время и при использовании таких космических снимков исчезает много проблем, с которыми постоянно сталкиваются землеустроители при ведении кадастрового учёта.

Экспертная система

Экспе́ртная систе́ма (ЭС, англ. expert system) - компьютерная система, способная частично заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации. Современные ЭС начали разрабатываться исследователями искусственного интеллекта в 1970-х годах, а в 1980-х получили коммерческое подкрепление. Предтечи экспертных систем были предложены в 1832 году С. Н. Корсаковым, создавшим механические устройства, так называемые «интеллектуальные машины», позволявшие находить решения по заданным условиям, например определять наиболее подходящие лекарства по наблюдаемым у пациента симптомам заболевания^[1].

В информатике экспертные системы рассматриваются совместно с базами знаний как модели поведения экспертов в определенной области знаний с использованием процедур логического вывода и принятия решений, а базы знаний - как совокупность фактов и правил логического вывода в выбранной предметной области деятельности.

Похожие действия выполняет такой программный инструмент как «Мастер». Мастера применяются как в системных программах так и в прикладных для упрощения интерактивного общения с пользователем (например, при установке ПО). Главное отличие мастеров от ЭС - отсутствие базы знаний - все действия жестко запрограммированы. Это просто набор форм для заполнения пользователем.

Другие подобные программы - поисковые или справочные (энциклопедические) системы. По запросу пользователя они предоставляют наиболее подходящие (релевантные) разделы базы статей (представления об объектах областей знаний, их виртуальную модель).

В настоящее время «классическая» концепция экспертных систем, сложившаяся в 70-80 годах прошлого века, переживает серьезный кризис, по всей видимости связанный с её глубокой ориентацией на общепринятый в те годы текстовый человеко-машинный интерфейс, который в настоящее время в пользовательских приложениях полностью вытеснен графическим. Кроме того, «классический» подход к построению экспертных систем плохо согласуется с реляционной моделью данных, что делает невозможным эффективное использование современных промышленных СУБД для организации баз знаний таких систем. Все приводимые в литературных и интернет-источниках примеры «известных» или «распространенных» экспертных систем на самом деле относятся к 80-м годам прошлого столетия и в настоящее время давно не существуют, либо безнадежно устарели и поддерживаются лишь немногочисленными энтузиастами. С другой стороны, нередко в качестве маркетингового хода экспертными системами объявляются современные программные продукты, в «классическом» понимании таковыми не являющиеся (например, компьютерные справочно-правовые системы). Предпринимаемые энтузиастами попытки объединить «классические» подходы к разработке экспертных систем с современными подходами к построению пользовательского интерфейса не находят поддержки среди крупных компаний-производителей программного обеспечения и по этой причине остаются пока в экспериментальной стадии.

Структура ЭС интеллектуальных систем:

• Интерфейс пользователя

• Пользователь

• Интеллектуальный редактор базы знаний

• Эксперт

• Инженер по знаниям

• Рабочая (оперативная) память

• База знаний

• Решатель (механизм вывода)

• Подсистема объяснений

База знаний состоит из правил анализа информации от пользователя по конкретной проблеме. ЭС анализирует ситуацию и, в зависимости от направленности ЭС, дает рекомендации по разрешению проблемы.

Как правило, база знаний экспертной системы содержит факты (статические сведения о предметной области) и правила - набор инструкций, применяя которые к известным фактам можно получать новые факты.

Обычно факты в базе знаний описывают те явления, которые являются постоянными для данной предметной области. Характеристики, значения которых зависят от условий конкретной задачи, ЭС получает от пользователя в процессе работы, и сохраняет их в рабочей памяти.

База знаний ЭС создается при помощи трех групп людей:

1. эксперты той проблемной области, к которой относятся задачи, решаемые ЭС;

2. инженеры по знаниям, являющиеся специалистами по разработке ИИС;

3. программисты, осуществляющие реализацию ЭС.

Режимы функционирования

ЭС может функционировать в 2-х режимах.

1. Режим ввода знаний - в этом режиме эксперт с помощью инженера по знаниям посредством редактора базы знаний вводит известные ему сведения о предметной области в базу знаний ЭС.

2. Режим консультации - пользователь ведет диалог с ЭС, сообщая ей сведения о текущей задаче и получая рекомендации ЭС.

ЭС можно классифицировать по решаемой задаче

• Интерпретация данных

• Диагностирование

• Мониторинг

• Проектирование

• Прогнозирование

• Сводное Планирование

• Оптимизация

• Обучение

• Управление

• Ремонт

• Отладка

А также ЭС классифицируются по связи с реальным временем. Можно выделить следующие ЭС:

• Статические ЭС - это ЭС, решающие задачи в условиях не изменяющихся во времени исходных данных и знаний.

• Квазидинамические ЭС интерпретируют ситуацию, которая меняется с некоторым фиксированным интервалом времени.

• Динамические ЭС - это ЭС, решающие задачи в условиях изменяющихся во времени исходных данных и знаний.

И в заключении хотелось бы сказать, что в настоящее время необходимо и целесообразно применять ЭС во всех областях деятельности человека.

Система автоматизированного проектирования

Система автоматизированного проектирования - автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.

Расшифровки и толкования аббревиатуры

• Система автоматизированного проектирования. Наиболее популярная расшифровка. В современной технической, учебной литературе и государственных стандартах аббревиатура САПР раскрывается именно так.

• Система автоматизации проектных работ. Такая расшифровка точнее соответствует аббревиатуре, однако более тяжеловесна и используется реже.

• Система автоматического проектирования. Это неверное толкование. Понятие «автоматический» подразумевает самостоятельную работу системы без участия человека. В САПР часть функций выполняет человек, а автоматическими являются только отдельные проектные операции и процедуры. Слово «автоматизированный», по сравнению со словом «автоматический», подчёркивает участие человека в процессе.

• Программное средство для автоматизации проектирования. Это излишне узкое толкование. В настоящее время часто понимают САПР лишь как прикладное программное обеспечение для осуществления проектной деятельности. Однако в отечественной литературе и государственных стандартах САПР определяется как более ёмкое понятие, включающее не только программные средства.

Существует английский эквивалент системы.

Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD (англ. computer-aided design), подразумевающая использование компьютерных технологий в проектировании. Однако в ГОСТ 15971-90 это словосочетание приводится как стандартизированный англоязычный эквивалент термина «автоматизированное проектирование». Понятие CAD не является полным эквивалентом САПР как организационно-технической системы. Термин САПР на английский язык может также переводиться как CAD system, automated design system, CAE system.

В ряде зарубежных источников устанавливается определённая соподчиненность понятий CAD, CAE, CAM. Термин CAE определяется как наиболее общее понятие, включающее любое использование компьютерных технологий в инженерной деятельности, включая CAD и CAM.

Цели создания и задачи

В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.

Основная цель создания САПР - повышение эффективности труда инженеров, включая:

• сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;

• сокращения сроков проектирования;

• сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;

• повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

• сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Достижение этих целей обеспечивается путем:

• автоматизации оформления документации;

• информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;

• использования технологий параллельного проектирования;

• унификации проектных решений и процессов проектирования;

• повторного использования проектных решений, данных и наработок;

• стратегического проектирования;

• замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;

• повышения качества управления проектированием;

• применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

Визуализация результатов моделирования столкновения, выполненная в NTNU

Анимированная модель поршневого двигателя в Autodesk Inventor

3D-модель болта и чертёж на её основе

Создание 3D-модели в CAD трёхмерного геометрического проектирования

Подсистемы

Составными структурными частями САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Каждая подсистема - это выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая выполнение некоторых функционально-законченных последовательностей проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов. По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.

• Обслуживающие подсистемы - объектно-независимые подсистемы, реализующие функции, общие для подсистем или САПР в целом: обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, оформление, передачу и вывод данных, сопровождение программного обеспечения и т. п., их совокупность называют системной средой (или оболочкой) САПР.

• Проектирующие подсистемы - объектно-ориентированные подсистемы, реализующие определенный этап проектирования или группу связанных проектных задач. В зависимости от отношения к объекту проектирования, делятся на:

  • Объектные - выполняющие проектные процедуры и операции, непосредственно связанные с конкретным типом объектов проектирования.

  • Инвариантные - выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, имеющие смысл для многих типов объектов проектирования.

Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.

Компоненты и обеспечение

Каждая подсистема, в свою очередь состоит из компонентов, обеспечивающих функционирование подсистемы.

Компонент выполняет определенную функцию в подсистеме и представляет собой наименьший (неделимый) самостоятельно разрабатываемый или покупной элемент САПР (программа, файл модели транзистора, графический дисплей, инструкция и т. п.).

Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения САПР. Выделяют следующие виды обеспечения САПР:

• Техническое обеспечение (ТО) - совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства).

• Математическое обеспечение (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы, используемые для решения задач автоматизированного проектирования. По назначению и способам реализации делят на две части:

  • математические методы и построенные на них математические модели;

  • формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.

• Программное обеспечение (ПО). Подразделяется на общесистемное и прикладное:

  • прикладное ПО реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Включает пакеты прикладных программ, предназначенные для обслуживания определенных этапов проектирования или решения групп однотипных задач внутри различных этапов (модуль проектирования трубопроводов, пакет схемотехнического моделирования, геометрический решатель САПР).

  • общесистемное ПО предназначено для управления компонентами технического обеспечения и обеспечения функционирования прикладных программ. Примером компонента общесистемного ПО является операционная система.

• Информационное обеспечение (ИО) - совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть ИО САПР - базы данных.

• Лингвистическое обеспечение (ЛО) - совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, а также для осуществления диалога проектировщик-ЭВМ и обмена данными между техническими средствами САПР. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания.

  • В лингвистическом обеспечении выделяют класс различного типа языков проектирования и моделирования (VHDL, VERILOG, UML, GPSS).

• Методическое обеспечение (МетО) - описание технологии функционирования САПР, методов выбора и применения пользователями технологических приемов для получения конкретных результатов. Включает в себя теорию процессов, происходящих в проектируемых объектах, методы анализа, синтеза систем и их составных частей, различные методики проектирования. Иногда к МетО относят также МО и ЛО.

• Организационное обеспечение (ОО) - совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, организационную структуру объекта и системы автоматизации, деятельность в условиях функционирования системы, форму представления результатов проектирования… В ОО входят штатные расписания, должностные инструкции, правила эксплуатации, приказы, положения и т. п.

В САПР как проектируемой системе выделяют также эргономическое и правовое обеспечения.

• Эргономическое обеспечение объединяет взаимосвязанные требования, направленные на согласование психологических, психофизиологических, антропометрических характеристик и возможностей человека с техническими характеристиками средств автоматизации и параметрами рабочей среды на рабочем месте.

• Правовое обеспечение состоит из правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании САПР, и юридический статус результатов её функционирования.

Классификация с использованием английских терминов

В области классификации САПР используется ряд устоявшихся англоязычных терминов, применяемых для классификации программных приложений и средств автоматизации САПР по отраслевому и целевому назначению.

По отраслевому назначению

• MCAD (англ. mechanical computer-aided design) - автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA);

• EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) - САПР электронных устройств, радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);

• AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) - САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, Piranesi, ArchiCAD).

По целевому назначению

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования.

• CAD (англ. computer-aided design/drafting) - средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.

  • CADD (англ. computer-aided design and drafting) - проектирование и создание чертежей.

  • CAGD (англ. computer-aided geometric design) - геометрическое моделирование.

• CAE (англ. computer-aided engineering) - средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.

  • CAA (англ. computer-aided analysis) - подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.

• CAM (англ. computer-aided manufacturing) - средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем). Русским аналогом термина является АСТПП - автоматизированная система технологической подготовки производства.

Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными или интегрированными.

С помощью CAD-средств создаётся геометрическая модель изделия, которая используется в качестве входных данных в системах CAM, и на основе которой в системах CAE формируется требуемая для инженерного анализа модель исследуемого процесса.

Географическая информационная система

Геоинформационная система (ГИС) - система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах.

Понятие геоинформационной системы также используется в более узком смысле - как инструмента (программного продукта), позволяющего пользователям искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности,так и дополнительную информацию об объектах.

Редактирование слоя в системе

Применение

ГИС включает в себя возможности cистем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяется в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях.

ГИС различают

• По территориальному охвату:

глобальные (global GIS), субконтинентальные, национальные, зачастую имеющие статус государственных, региональные (regional GIS), субрегиональные, локальные, или местные (local GIS).

• По предметной области информационного моделирования:

городские (муниципальные) (urban GIS), ГИС недропользователя, горно-геологические ГИС, природоохранные ГИС (environmental GIS) и т. п.; среди них особое наименование, как особо широко распространённые, получили земельные информационные системы.

• По проблемной ориентации:

Определяются решаемыми задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

Различают также

• Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением.

• Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование.

Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Представление данных

Данные в ГИС описывают реальные объекты, такие как дороги, здания, водоемы, лесные массивы. Реальные объекты можно разделить на две абстрактные категории: дискретные (дома, территориальные зоны) и непрерывные (рельеф, уровень осадков, среднегодовая температура). Для представления этих двух категорий объектов используются векторные и растровые данные.

1. Растровые данные

Растровые данные хранятся в виде наборов величин, упорядоченных в форме прямоугольной сетки. Ячейки этой сетки называются пикселями. Наиболее распространенным способом получения растровых данных о поверхности Земли является дистанционное зондирование, проводимое при помощи спутников. Хранение растровых данных может осуществляться в графических форматах, например TIF или JPEG, или в бинарном виде в базах данных.

2. Векторные данные

Наиболее распространенными типами векторных объектов являются:

• Точки

Используются для обозначения географических объектов, для которых важно местоположение, а не их форма или размеры. Возможность обозначения объекта точкой зависит от масштаба карты. В то время как на карте мира города целесообразно обозначать точечными объектами, то на карте города сам город представляется в виде множества объектов. В ГИС точечный объект изображается в виде некоторой геометрической фигуры небольших размеров (квадратик, кружок, крестик), либо пиктограммой, передающей тип реального объекта.

• Полилинии

Служат для изображения линейных объектов. Полилиния - ломаная линия, составленная из отрезков прямых. Полилиниями изображаются дороги, железнодорожные пути, реки, улицы, водопровод. Допустимость изображения объектов полилиниями также зависит от масштаба карты. Например, крупная река в масштабах континента вполне может изображаться линейным объектом, тогда как уже в масштабах города требуется её изображение площадным объектом. Характеристикой линейного объекта является длина.

• Многоугольники (полигоны)

Служат для обозначения площадных объектов с четкими границами. Примерами могут служить озера, парки, здания, страны, континенты. Характеризуются площадью и длиной периметра.

Семантические данные могут быть привязаны к векторным: например, на карте территориального зонирования к площадным объектам, представляющим зоны, может быть привязана характеристика типа зоны. Структуру и типы данных определяет пользователь. На основе численных значений, присвоенных векторным объектам на карте, может строиться тематическая карта, на которой эти значения обозначены цветами в соответствии с цветовой шкалой, либо окружностями разного размера.

Непрерывные поля величин могут быть описаны векторными данными. Поля при этом изображаются в виде изолиний или контурных линий. Одним из способов представления рельефа является нерегулярная триангуляционная сетка (TIN, triangulated irregular networks). Такая сетка формируется множеством точек с привязанными значениями (в данном случае высота). Значения в произвольной точке внутри сетки получаются путем интерполяции значений в узлах треугольника, в который попадает эта точка.

Векторные данные обычно имеют намного меньший размер, чем растровые. Их легко трансформировать и проводить над ними бинарные операции. Векторные данные позволяют проводить различные типы пространственного анализа, к примеру поиск кратчайшего пути в дорожной сети.

Вопросы, на которые может ответить ГИС

1. Что находится в…? (определяется место).

2. Где это находится? (пространственный анализ).

3. Что изменилось начиная с…? (определить временные изменения на определенной площади).

4. Какие пространственные структуры существуют?

5. Что если? (моделирование, что произойдет, если добавить новую дорогу).

Хронология развития ГИС

Начальный период (кон. 1950-х - нач. 1970-х гг.)

Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

• Запуск первого искусственного спутника Земли

• Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах.

• Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х.

• Создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров.

• Создание формальных методов пространственного анализа.

• Создание программных средств управления базами данных.

Период государственных инициатив (1970е - нач. 1980х гг.)

Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям:

• Автоматизированные системы навигации.

• Системы вывоза городских отходов и мусора.

• Движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т. д.

Период коммерческого развития (с нач. 1980-х гг. - наст. время)

Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

Пользовательский период (кон. 1980-х - наст. время)

Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры. Морфометрический анализ рельефа на основе ГИС-технологий новое направление в этой области.

Географическая информационная система (ГИС)

Геоинформатика - наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по приложению ГИС для практических и научных целей.
Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.
Что такое ГИС?
Однозначное краткое определение этому явлению дать достаточно сложно. Географическая информационная система (ГИС) - это возможность нового взгляда на окружающий нас мир. Если обойтись без обобщений и образов, то ГИС - это современная компьютерная технология для картирования и анализа объектов реального мира, также событий, происходящих на нашей планете. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.

Создание карт и географический анализ не являются чем-то абсолютно новым. Однако технология ГИС предоставляет новый, более соответствующий современности, более эффективный, удобный и быстрый подход к анализу проблем и решению задач, стоящих перед человечеством в целом, и конкретной организацией или группой людей, в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза. До начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и полноценного анализа географической информации с целью обоснованного принятия оптимальных решений, основанных на современных подходах и средствах.

В настоящее время ГИС - это многомиллионная индустрия, в которую вовлечены сотни тысяч людей во всем мире. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности - будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи.

Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

Как работает ГИС?

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы.

Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам, или ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ или округ переписи населения, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги и т.п. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения или местоположений объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте где находится интересующий вас объект или явление, такие как дом, в котором проживает ваш знакомый или находится нужная вам организация, где произошло землетрясение или наводнение, по какому маршруту проще и быстрее добраться до нужного вам пункта или дома.

Что ГИС могут сделать для вас?

Делать пространственные запросы и проводить анализ. Способность ГИС проводить поиск в базах данных и осуществлять пространственные запросы позволила многим компаниях сэкономить миллионы долларов. ГИС помогает сократить время получения ответов на запросы клиентов; выявлять территории подходящие для требуемых мероприятий; выявлять взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью с/х культур); выявлять места разрывов электросетей. Риэлторы используют ГИС для поиска, к примеру, всех домов на определенной территории, имеющих шиферные крыши, три комнаты и 10-метровые кухни, а затем выдать более подробное описание этих строений. Запрос может быть уточнен введением дополнительных параметров, например стоимостных. Можно получить список всех домов, находящих на определенном расстоянии от определенной магистрали, лесопаркового массива или места работы.

Улучшить интеграцию внутри организации. Многие применяющие ГИС организации обнаружили, что одно из основных ее преимуществ заключается в новых возможностях улучшения управления собственной организацией и ее ресурсами на основе географического объединения имеющихся данных и возможности их совместного использования и согласованной модификации разными подразделениями. Возможность совместного использования и постоянно наращиваемая и исправляемая разными структурными подразделениями база данных позволяет повысить эффективность работы как каждого подразделения, так и организации в целом. Так, 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, например водопровода, и заканчивая автоматическим определением жителей, на которых эти работы повлияют, и уведомлением их о сроках предполагаемого отключения или перебоев с водоснабжением.

Принятие более обоснованных решений. ГИС, как и другие информационные технологии, подтверждает известную поговорку о том, что лучшая информированность помогает принять лучшее решение. Однако, ГИС - это не инструмент для выдачи решений, а средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений, обеспечивающее ответы на запросы и функции анализа пространственных данных, представления результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде. ГИС помогает, например, в решении таких задач, как предоставление разнообразной информации по запросам органов планирования, разрешение территориальных конфликтов, выбор оптимальных (с разных точек зрения и по разным критериям) мест для размещения объектов и т. д. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет ответственным работникам сосредоточить свои усилия на поиске решения, не тратя значительного времени на сбор и обмысливание доступных разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффектный и эффективный.

Создание карт. Картам в ГИС отведено особое место. Процесс создания карт в ГИС намного более прост и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Он начинается с создания базы данных. В качестве источника получения исходных данных можно пользоваться и оцифровкой обычных бумажных карт. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (без деления на отдельные листы и регионы) и не связанными с конкретным масштабом. На основе таких баз данных можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) на любую территорию, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее выделением и отображением требуемыми символами. В любое время база данных может пополняться новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные можно корректировать по мере необходимости. В крупных организациях созданная топографическая база данных может использоваться в качестве основы другими отделами и подразделениями, при этом возможно быстрое копирование данных и их пересылка по локальным и глобальным сетям.

Картография

Картогра́фия (от греч. χάρτης - бумага из папируса + γράφειν - рисовать) - наука об исследовании, моделировании и отображении пространственного расположения, сочетания и взаимосвязи объектов и явлений природы и общества. В более широкой трактовке картография включает технологию и производственную деятельность.

Объектами картографии являются Земля, небесные тела, звёздное небо и Вселенная. Картография бывает разных видов, и изучает поверхность земли. Составление карт.

Наиболее популярными плодами картографии являются образно-знаковые модели пространства в виде: плоских карт, рельефных и объёмных карт, глобусов. Они могут быть представлены на твёрдых, плоских или объёмных материалах (бумага, пластик) или в виде изображения на видеомониторе.

Разделами картографии являются: математическая картография и составление и оформление карт

Математическая картография изучает способы отображения поверхности Земли на плоскости. Поскольку поверхность Земли (приблизительно сферическая, для описания которой часто пользуются понятием земного сфероида) имеет определенную, не равную бесконечности кривизну, её нельзя отобразить на плоскости с сохранением всех пространственных соотношений одновременно: углов между направлениями, расстояний и площадей. Можно сохранить только некоторые из этих соотношений. Важное понятие в математической картографии - картографическая проекция, - функция, задающая преобразование сфероидических координат точки (т.е., координат на земном сфероиде, выражающихся в угловой мере) в плоские прямоугольные координаты в той или иной картографической проекции (проще говоря, в лист карты, который можно разложить перед собой на поверхности стола). Другой значительный раздел математической картографии - картометрия, которая позволяет по данным карты измерять расстояния, углы и площади на реальной поверхности Земли.

Составление и оформление карт - область картографии, область технического дизайна, изучающая наиболее адекватные способы отображения картографической информации. Эта область картографии тесно взаимосвязана с психологией восприятия, семиотикой, и т. п. гуманитарными аспектами.

Поскольку на картах отображается информация, относящаяся к самым различным наукам, выделяют также такие разделы картографии как историческая картография, геологическая картография, экономическая картография, почвоведческая картография и т. д. Эти разделы относятся к картографии лишь как к методу, по содержанию они относятся к соответствующим наукам.

Цифровая картография

Относительно недавно появилась цифровая (компьютерная) картография, занимающаяся компьютерной обработкой картографических данных. Цифровая картография является не столько самостоятельным разделом картографии, сколько её инструментом, обусловленным современным уровнем развития технологии. Например, не отменяя способов пересчёта координат при отображении поверхности Земли на плоскости (изучается таким фундаментальным разделом, как Математическая картография), цифровая картография изменила способы визуализации картографических произведений (изучаются разделом Составление и оформление карт).

Так, если раньше авторский оригинал карты чертился тушью, то на сегодняшний момент он вычерчивается на экране монитора компьютера. Для этого используют Автоматизированные картографические системы (АКС), созданные на базе специального класса программного обеспечения (ПО).

Автоматизированная картографическая система - аппаратно-программный комплекс, предназначенный для создания, хранения и преобразования цифровых карт и состоящий из подсистем:
- цифрового преобразования фотоснимков;
- цифрового преобразования микрофильмов и микрофиш;
- создания картографических оригиналов;
- изготовления печатных форм и печати тиража карт;
- цифрового преобразования графических оригиналов и тиражных оттисков карт;
- обновления и составления карт различных масштабов и назначений;
- формирования и выдачи цифровых карт и моделей местности;
- хранения и управления банком картографических данных.

При этом не следует путать АКС и Географические информационные системы (ГИС), т. к. их задачи различны. Однако, на практике один и тот же набор ПО является интегрированным пакетом, используемым для построения и АКС, и ГИС.

Цифровая картография.

Геоинформатика

Существуют профессии, для которых карта - основной и часто единственный источник полной, точной и вполне достоверной информации. Это, например, штурманы, военные, строители, дорожники. Возьмем проектировщиков шоссейных дорог. Сколько расчетов и прикидок нужно выполнить им только для того, чтобы выбрать лучший вариант прокладки дороги между двумя населенными пунктами! В этих расчетах приходится учитывать и рельеф местности (крутизна подъемов и спусков), и тип грунтов, и требуемый объем земляных работ, и растительность на трассе (за порубку леса или отчуждение пашни полагается платить), и многое другое. Информацию для расчетов можно получить, как говорят географы, снять с крупномасштабной местности.

Другой пример - очень популярная ныне задача о расчете зон действия станций радиотелефонной связи. Как известно, радиолучи используемых для этой связи диапазонов распространяются практически прямолинейно, поэтому каждое встретившееся на пути препятствие ухудшает качество сигнала. Значит, чтобы выбрать лучшее место для антенн передающей станции, нужно проанализировать размещение всех окрестных горок и оврагов, высоких лесов, зданий и тому подобного. Можно, конечно, глядеть на карту и рисовать на ней "радиотени" от всяких возвышенных объектов, но легко понять, какой это адски долгий и кропотливый труд.

Сегодня, когда чуть ли не в каждой квартире стоит персональный компьютер, возлагать на людей подобные вычисления просто грешно. Все расчеты с успехом может сделать машина. Но для этого ей опять-таки нужны снятые с карты данные о местности - абсолютные высоты по всей трассе дороги, пространства, покрытые лесом, местоположение населенных пунктов и прочее. Сбор и ввод в память компьютера такой информации ложится на человека, а потому выигрыш получается не слишком большим.

А как было бы хорошо, если бы ЭВМ сама смогла читать и анализировать карту! Первыми, кому эта мысль пришла в голову, были военные. Еще бы: читающий карту компьютер - просто идеальная вещь для управления ракетами и другим самонаводящимся оружием. Вслед за военными подобные мысли посетили и гражданских специалистов. Вот отсюда и начинается рождение машинной (цифровой) картографии и геоинформатики.

Первое основное направление применения цифровых карт на практике - автоматизация решения сложных и громоздких вычислительных задач. Их спектр необычайно широк - проектирование и строительство, транспорт и связь, экология и чрезвычайные ситуации, кадастры земель и природных ресурсов.

Второе направление внедрения цифровых карт - оперативное отображение обстановки - также берет свое начало в военном деле. Наверняка всем знакомы по фильмам и литературным произведениям о войне огромные карты, лежавшие в штабах и отражавшие обстановку на фронте. Понятно, что обстановка эта постоянно менялась и карту постоянно приходилось перерисовывать. Но на это нужно время, и немалое. А если обстановка меняется ежеминутно, как бывает, скажем, при отражении воздушного нападения, и решения командующему нужно принимать мгновенно? Никакой картограф не сможет наносить на карту условные знаки с такой скоростью.

Наконец, оперативная информация может поступать от автоматизированных систем, то есть уже в цифровой форме. Вот тут-то особенно нужны цифровые карты. На экране дисплея можно очень удобно и быстро наносить новые и удалять старые условные значки, а если информация поступает уже закодированной, то это совсем хорошо - на фоне карты сами собой будут появляться и передвигаться различные объекты.

Оперативное отображение нужно не только военным. Скорости сегодня растут везде, и наблюдать за постоянно меняющейся обстановкой должны диспетчеры аэропортов, сотрудники органов гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций и многие другие.

С постоянно меняющейся обстановкой связано и третье направление использования цифровых карт. Речь идет об издании обычных бумажных карт. До сих пор подготовка к изданию даже не очень сложной карты была делом весьма трудоемким - требовалось вручную нанести на пластик ее изображение. Затем, при переизданиях, тем же путем вносить произошедшие изменения. Наличие цифровой карты делает этот процесс почти автоматическим. Стоит только указать, какими условными знаками изображать объекты местности, как карта будет готова к выводу. Картографу останется только подправить, подчистить (опять-таки на экране) полученное изображение.

Вот по этим трем основным направлениям и началось вторжение геоинформатики в управление, хозяйство, науку.

Проблем у новой отрасли информатики сразу же оказалось много. Научить машину читать карту значило представить карту в виде, который легко и просто укладывался бы в память ЭВМ и был бы доступен анализу с помощью традиционных машинных операций. Первое, что приходит в голову, - поступить так же, как для обработки изображений, то есть представить карту в виде частой прямоугольной сетки точек, каждая из которых кодируется соответствующим цветом, и заложить всю последовательность этих кодов в память ЭВМ. Сделать это было совсем нетрудно - существует большое семейство устройств, называемых сканирующими, которые выполняют такие операции в считанные минуты. Но как ни бились кибернетики, научить ЭВМ анализировать совокупность разноцветных точек (ее стали называть растровой картой), которые изображали карту, сделать это не удалось. В сущности, проблема машинного чтения карты не менее сложна, чем одна из главных задач искусственного интеллекта - распознавание образов.

Оставался другой путь - преобразовать карту так, чтобы она стала максимально понятной для ЭВМ. Для этого всю информацию о земной поверхности нужно было перевести из графической формы в цифровую, то есть вместо изображения карты ввести в ЭВМ список всех изображенных на них объектов, причем каждый из них должен обозначаться кодом, характеризующим тип объекта (например, река, лес, дом, дорога), и числами, определяющими его координаты.

Тут встретилась первая трудность. Хорошо, если объект невелик по размеру и его положение можно передать парой координат. А если он (например, река) представляет на карте длинную извилистую линию? Значит, вслед за кодом должна выстраиваться длинная цепочка координат, определяющих положение некоторых точек этой реки. А как часто должны стоять эти точки? Понятно, что чем чаще, тем лучше, но память ЭВМ небеспредельна. Значит, необходимо расставлять эти точки так, чтобы они служили приближением действительного положения объекта с некоторой определенной точностью.

Проблемы возникали и решались, и в результате получилось то, что сегодня называют цифровой картой в векторной форме, или просто - векторной картой. Это и есть построенная по четко зафиксированным правилам последовательность объектов, представленных своими кодами и координатами.

По способу представления координат объекты векторной карты делятся на точечные (те, которые можно представить одной парой координат), линейные (для их представления потребуется цепочка координат, определяющих траекторию объекта) и площадные (они также представляются цепочкой координат, которые определяют границу этих объектов).

Какие объекты включаются в цифровые карты? Это целиком зависит от того, какие задачи вы собираетесь решать. Скажем, вам надо найти кратчайшие дороги между городами. Для этого вполне достаточно цифровой карты, состоящей из населенных пунктов и дорог.

А для задач посложнее, типа тех, что были описаны в начале статьи, нужна как можно более полная информация о местности. Получается, что информация, содержащаяся в различных цифровых картах, примерно соответствует информации, которую несут обычные (то есть бумажные) карты того же назначения и масштаба. Поэтому когда в обиходе говорят о "масштабе" векторной цифровой карты, это означает, что по своему составу она соответствует бумажной карте указанного масштаба, а вовсе не о том, во сколько раз по сравнению с натурой уменьшено изображение. Для цифровых карт понятие масштаба, как меры уменьшения, попросту бессмысленно - ведь в вашей власти в любой момент умножить значения координат в памяти ЭВМ на любой коэффициент.

Каждый, кто видел обычную топографическую карту, хорошо представляет себе, насколько она сложна. Как правило, один лист такой карты содержит изображения десятков тысяч объектов. И если нужна достаточно полная цифровая карта такого "масштаба", то координаты их всех придется представлять последовательностями, каждая из которых, в свою очередь, может содержать тысячи многозначных чисел.

Поначалу цифровые карты изготавливали с помощью планшетов-кодировщиков. Оператор как бы обводил объекты положенной на планшет бумажной карты считывающим устройством, и координаты этих объектов автоматически заносились в память машины. Чтобы создать цифровую карту таким способом, требовалось иногда до полугода работы.

Потом появились программы-векторизаторы. Помните растровые карты, о которых шла речь выше? Так вот, векторизаторы способны выделить и представить в виде последовательностей координат линии или пятна, содержащиеся на растре, а иногда и установить, что эта линия или пятно означают. Векторизаторы сняли с человека значительную часть работы, но все равно - создать цифровую карту по всем правилам может лишь человек.

Одна из самых внушительных программ цифрового картографирования осуществляется сегодня федеральной службой геодезии и картографии России (Роскартографией). С 1993 г. ведется работа по созданию цифровых топографических карт (ЦТК), то есть наиболее полных и точных карт на всю территорию страны. Сначала были изготовлены карты "масштабов" 1:1 000 000 (в одном сантиметре 10 километров) и 1:200 000 (в одном сантиметре два километра). Сейчас делают карты более крупных "масштабов" (1:25 000 и 1:50 000), то есть гораздо более подробные, на ряд территорий нашей страны, а также цифровые карты крупных городов и промышленных центров.

Цифровые топографические карты и планы являются чрезвычайно сложной и информационно емкой продукцией. Их созданием занимаются шесть специальных центров геоинформации, размещенных во всех концах страны, а также многие аэрогеодезические предприятия Роскартографии.

Практически вся эта информация накапливается в центральном банке цифровых карт, ведущемся в Государственном центре геоинформационных систем и технологий (Госгисцентре), где создается Центральный фонд цифровых топографических карт и планов Федеральной службы геодезии и картографии России. Основной задачей Центрального фонда является обеспечение цифровой картографической продукцией центральных органов государственной власти, а также других заказчиков, нуждающихся в цифровой картографической информации на всю страну или на ее большие территории. Центральный фонд осуществляет методическое руководство деятельностью региональных фондов.

В настоящее время основу хранимой в фонде информации составляют цифровые топографические карты "масштабов" 1:1 000 000 (всего 144 номенклатурных листа) и 1:200 000 (3495 листов), покрывающие всю территорию страны.

Региональные фонды ведутся при региональных центрах геоинформации, расположенных в Петербурге, Екатеринбурге, Новосибирске, Иркутске, Хабаровске. Региональные фонды ЦТК в пределах своих зон ответственности обеспечивают цифровой картографической продукцией местные органы власти и иных заказчиков.

А заказчиков, которым требуется подобная информация, достаточно много. Поэтому одна и та же цифровая карта продается несколько раз, а это дает возможность сделать цену ее продажи намного ниже себестоимости ее изготовления.

В Центральном фонде накапливаются самые сложные - топографические - карты, и это вовсе не случайно. Выше уже говорилось, что в зависимости от решаемой задачи каждому потребителю требуется различная информация о земной поверхности, то есть разные цифровые карты. Можно представить себе, сколько трудов понадобится для создания всех этих различных карт. Но если сделать своего рода заготовку, содержащую максимум доступных данных, то потом достаточно отбирать из нее необходимые тому или иному клиенту объекты.

Вся содержащаяся на цифровых топографических картах информация используется, как правило, для автоматизации расчетов при проектировании путей сообщения, линий связи, промышленных предприятий и иной застройки, а также для моделирования развития природных и антропогенных процессов, определения последствий чрезвычайных ситуаций и планирования устранения их последствий.

Образец цифровой карты - план Москвы

Потребители, решающие более простые задачи, например, использующие цифровые карты в качестве фона для отображения тематической информации, могут сами определить те объекты, которые им требуются и получить ЦТК сокращенного объектового состава.

Сами по себе цифровые карты никакого эффекта дать не могут. Увидеть их на экране дисплея можно лишь с помощью специальных программ.

Комплексы программных средств, позволяющих решать прикладные задачи с помощью цифровых карт, в сочетании с наборами самих карт называются геоинформационными системами (ГИС). Сегодня они получили широчайшее распространение. Десятки и сотни фирм специализируются на разработке программ и создании цифровых карт, на решении разнообразных задач, связанных с обработкой данных о земной поверхности.

Главным фактором, способствующим быстрому росту популярности автоматизированных геоинформационных систем, является уникальная способность этих систем объединять и синтезировать самую разнообразную информацию об окружающей среде на единой пространственной основе. Это достоинство в сочетании с потребностями и возможностями современного информатизированного общества и обусловило широкое использование ГИС-технологий в самых различных областях: в работе органов государственного управления и местного самоуправления, планировании и регулировании землепользования, благоустройстве городов, управлении различными ресурсами, в том числе сельскохозяйственными, проектировании дорог и трубопроводов, мониторинге и оценке техногенных воздействий на окружающую среду, работах по оценке и продаже земель и недвижимости, пространственном и временном управлении транспортными потоками, оценках демографической ситуации и сопряженных статистических параметров, анализе происшествий - аварий, пожаров, преступности и т. п.

Основной особенностью ГИС, определяющей ее преимущества в сравнении с другими автоматизированными информационными системами, является наличие геоинформационной основы, то есть цифровых карт, дающих необходимую информацию о земной поверхности объекта управления или исследования. Это особенно важно для самого большого по площади государства мира - России. Геоинформационная основа обеспечивает:

- точную привязку, систематизацию, отбор и интеграцию всей поступающей и хранимой информации (единое адресное пространство);

- комплексность и наглядность информации для принятия решений;

- возможность динамического моделирования процессов и явлений;

- возможность автоматизированного решения задач, связанных с анализом особенности территории;

- возможность оперативного анализа ситуации в экстренных случаях.

Но все это, повторим, воплощается в реальность только с помощью программного обеспечения, и не какого-нибудь примитивного, а относящегося к категории сложнейших.

Как бы ни различались геоинформационные задачи, в них всегда можно обнаружить общие элементы. Очевидно, что решение любой задачи требует отображения результатов решения в наглядном виде (то есть в виде тематической карты, диаграммы, графика, таблицы) на экране дисплея. Для ввода и уточнения исходных данных обязательно нужны программы-редакторы, позволяющие удобно и быстро наносить на цифровые карты новые объекты, удалять или перемещать уже имеющиеся.

Поэтому уже сравнительно давно появились так называемые геоинформационные оболочки - наборы базовых программных средств, позволяющие выполнять определенный спектр операций с цифровыми картами, а самое главное - снабженные средствами (специальными языками, библиотеками подпрограмм), упрощающими разработку более сложных и специфических программ для решения геоинформационных задач.

Сегодня на рынке программных средств господствуют зарубежные геоинформационные оболочки, с которыми работают многие организации и предприятия. Но вот тут-то и таится ловушка. Как правило, каждая из этих оболочек имеет собственный стандарт цифровых карт, и стандарты эти зачастую, мягко говоря, своеобразны.

Из-за этого часто возникают ситуации, когда очередной адепт геоинформатики, взяв оболочку в одном месте, а цифровые карты для нее в другом (и затратив на это кучу денег), с изумлением обнаруживает, что эти два важнейших компонента геоинформационной системы несовместимы между собой. Тут начинаются скучные и долгие работы по пригонке, конвертации и прочее.

Избежать этого можно, запомнив основное правило геоинформатики. Оно гласит, что цифровые карты для геоинформационной системы стоят в несколько раз дороже программной оболочки. Следствие из этого постулата очевидно - создание вашей собственной геоинформационной системы нужно начинать с цифровых карт, а потом уже подбирать соответствующую им оболочку.

В добрый путь в страну геоинформатики!

Список литературы:

1.Варламов А.А. Земельный кадастр: учеб.-практ. пособие / А.А. Варламов, С.А. Гальченко, С.Н. Захарова [и др.]. - М: ГУЗ, 2001. - 284 с.

2. Ткачева О.А. Компьютерные технологии в кадастровой практике / О.А. Ткачева, Е.Г. Мещанинова, А.А. Вечерняя, А.А. Иванова, Е.Ю. Войтенко: монография. - Новочеркасск: Изд-во «НОК», 2011. - 98 с.

3. Постановление Правительства РФ от 03.08.96 № 932 «Об утверждении федеральной целевой программы «Создание автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра» - [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: zakon.law7.ru/base26/part4/d26ru4833.htm .

4. О геодезии и картографии [Электронный ресурс]: федеральный закон

от 26 дек. 1995 г. № 209-ФЗ: принят Гос. Думой 22 ноябр. 1995 г.: (ред.

от 04.03.2013 г.) // СПС «Консультант Плюс». Версия Проф.

5. О государственном кадастре недвижимости [Электронный ресурс]:

федеральный закон от 24 июля 2007 г. № 221-ФЗ: принят Гос. Думой 4

июля 2007 г.: одобр. Советом Федерации 11 июля 2007 г.: (ред. от

23.07.2013 г.) // СПС «Консультант Плюс». Версия Проф.

6. Баденко, В.А. Государственный земельный кадастр [Текст]: учебное

пособие / В.А. Баденко, В.В. Гарманов, Т.К. Осипов // Питер - СПб.:

2003. - 320 с.

7. Варламов, А.А. Земельный кадастр. В 6-ти томах. Том 4. Оценка земель

[Текст]: учебное пособие / А.А. Варламов // КолосС - М.: 2008. - 464 с.

8. Варламов, А.А. Государственный кадастр недвижимости [Текст]:

учебное пособие / А.А. Варламов, С.А. Тальченко // КолосС - М.: 2012.

- 680 с.

9. Золотова, Е.В. Градостроительный кадастр с основами геодезии

[Текст]: учебное пособие / Е.В. Золотова, Р.Н. Скогорева //

Архитектура-С - М.: 2008. - 176 с.

10. Прокопенко, Е. Земельные отношения и кадастр недвижимости.

Нормативная база, правоприменительная практика [Текст]: учебное

пособие / Е. Прокопенко // Даурия - М.: 2010. - 760 с.

11.Раклов В.П. Состояние и перспективы применения ГЛОНАСС в АПК. Землеустройство, кадастр и мониторинг земель № 2 // 2013. - [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: panor.ru/journals/kadastr/new/index.php?ELEMENT_ID=71726

12.Сафонов Р.А. Обработка кадастровой информации методом комплексного множественного регрессионного анализа. Землеустройство, кадастр и мониторинг земель № 2 // 2013. - [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: panor.ru/journals/kadastr/new/index.php?ELEMENT_ID=71726

13.Земельное право России. - [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: bibliotekar.ru/zemelnoe-pravo-1/48.htm

14.Осинцев В.Э. / автореф. Канд.дис. 2007, 25.00.26. Разработка автоматизированной системы ведения земельного кадастра ROSCAD. - [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: referun.com/n/razrabotka-avtomatizirovannoy-sistemy-vedeniya-zemelnogo-kadastra-roscad