Географические информационные системы (ГИС) / Картографическая информация

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.

Структура ГИС:

  • Данные (пространственные данные):
    • позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности, его координаты в выбранной системе координат;
    • непозиционные (атрибутивные, или метаданные) - описательные текстовые, электронные документы, данные графического типа, включая фотографии объектов, трехмерные изображения объектов, видеоматериалы и т.д.
  • Аппаратное обеспечение (ЭВМ, компьютерные сети, накопители, сканеры, дигитайзеры и т. д.);
  • Программное обеспечение (ОС, приложение и надстройки к нему);
  • Технологии (методы, порядок действий и т. д.);
  • Операторы, администраторы, пользователи.

Типичный набор функций ГИС

  • ввод данных в машинную среду (data input) путем их импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью оцифровывания источников;
  • преобразование или трансформация данных (data transformation), включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;
  • хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;
  • картометрические операции (см. картометрия), включая вычисление расстояний между объектами в проекции карты или на эллипсоиде, длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов;
  • операции обработки данных геодезических измерений (COGO);
  • операции оверлея (наложение);
  • операции "картографической алгебры" (map algebra) для логико-арифметической обработки растрового слоя как единого целого;
  • пространственный анализ (spatial analysis) - группа функций, обеспечивающих анализ размещения связей и иных пространственных отношений объектов, включая анализ зон видимости/невидимости, анализ соседства (см. анализ близости), анализ сетей, создание и обработку цифровых моделей рельефа, анализ объектов в пределах буферных зон и др.;
  • пространственное моделирование или геомоделирование (spatial modeling, geo-modeling), включая операции, аналогичные используемым в математико-картографическом моделировании и картографическом методе исследования;
  • визуализация исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки, включая картографическую визуализацию, проектирование и создание (генерацию) картографических и иных пространственных изображений, включая трехмерные;
  • вывод данных (data output) - графической, табличной и текстовой документации, в том числе ее тиражирование, документирование, или генерацию отчетов (reporting);
  • обслуживание процесса принятия решений (decision making)

Дополнительный набор функций

  • цифровая обработка изображений (данных дистанционного зондирования);
  • средства экспертных систем;
  • средства настройки на требования пользователя (customization);
  • средства расширения функциональных возможностей ГИС:
    • встроенные макроязыки (макросы);
    • инструментарии разработчика (developer's toolkit).

Как работает ГИС?

Каждому пространственному объекту соответствует запись в базе данных с набором атрибутивной информации. ГИС хранит информацию 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.

Примеры слоев

  • Населенные пункты
  • Гидротехнические сооружения (шлюзы, каналы, насосные станции, дамбы)
  • Мосты
  • ЛЭП
  • Газопроводы
  • Заповедные территории (местного, национального и международного значения)
  • Сельхозугодья (пашни, сады, виноградники, пастбища, рисовые чеки)
  • Земли водного, лесного, природоохранного и с/х назначения
  • Растительный покров (плавни, леса)
  • Административное деление, государственная граница
  • Водотоки (реки, протоки, малые реки)
  • Водоемы (озера, рыбпруды и т.д.)
  • Рельеф

Векторная и растровая модели данных

ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных - векторными и растровыми. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных.

В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y (в современных ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата). Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств (например, плотность населения).

Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами (описывает непрерывные объекты и явления). Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке.

Классы решаемых задач

Информационно-справочные задачи

ГИС позволяют просматривать любой участок любой карты из имеющейся базы данных (БД) и получить доступ к информации, связанной с объектами на данном участке карты

Пространственный анализ и моделирование

Класс наиболее сложных, но, в то же время, и наиболее полезных для поддержки принятия решений задач, например, моделирование различных внештатных ситуаций и прогнозирование экологических и социальных последствий аварий.

Источник: Геоинформационные системы

Избранная библиография

Монографии и брошюры

Методы и средства обработки космических гидромелиоративных данных / Труды ГосНИЦИПР (1989) 

Шовенгердт Р.А. - Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений (2010) 

Статьи

Алимаев И.И., Скоринцева И.Б., Басова Т.А., Крылова В.С. - Устойчивое управление пастбищными ресурсами Казахстана с использованием ГИС-технологий (2017) 

Архипкин О.П., Сагатдинова Г.Н., Бралинова Ж.А. - Оценка потенциального развития паводков на основе анализа многолетних временных рядов ДДЗ (2014) 

Архипкин О.П., Сагатдинова Г.Н. - Использование слияния оптических и радарных данных при космическом мониторинге водных объектов (2020) 

Аукажиева Ж.М., Даркенбаева А.Б. - Применение геоинформационной системы в картографии (2011) 

Ахмеджанов А.Х., Караданов Т.К. - Динамика содержания диоксида азота в атмосфере над Казахстаном по данным наземных наблюдений и спутникового зондирования (2020) 

Ашуров А.Ф. - Состояние и развитие землепользования приусадебного фонда и вопросы применение ГИС для управления ими (2018) 

Бакбергенов Н.Н., Абдиров М. А. - Применение спутниковых измерений в водохозяйственных объектах (2019) 

Беглов И.Ф., Беликов И.В. - Опыт создания интерактивной карты по вопросам повышения квалификации специалистов водного хозяйства стран Центральной Азии (2018) 

Борзов С.М., Потатуркин О.И., Бикинеева О.Р. - О возможности использования спутниковых изображений для контроля состояния берегов водных объектов (2012) 

Влацкий В.В. - Моделирование речного стока с использованием ГИС-технологий (2010) 

Герц Ж.В., Пулатов Б.А., Пулатов А.С. - Применение ГИС-технологий с целью изучения взаимосвязи бонитета почвы и свойств растительного покрова (2017) 

Горохова И.Н., Панкова Е.И., Шишконакова Е.А. - Опыт использования космических снимков для составления карты землепользования орошаемых и залежных земель Светлоярской оросительной системы (2017) 

Горохова И.Н., Панкова Е.И., Чурсин И.Н. - Разработка методических подходов для оценки состояния орошаемых земель юга европейской части России на основе материалов космической съемки (2020) 

Гриб С.В. - Особенности гидрологического ГИС-моделирования (на примере Новогрудского района Гродненской области) (2023) 

Данилов Р.Ю., Кремнева О.Ю., Исмаилов В.Я., Третьяков В.А., Ризванов А.А., Кривошеин В.В., Пачкин А.А. - Общая методика и результаты наземных гиперспектральных исследований сезонного изменения отражательных свойств посевов сельскохозяйственных культур и отдельных видов сорных растений (2020) 

Дуулатов Э.С., Аламанов С.К., Абдыжапар уулу С. - Оценка водной эрозии в восточной части Чуйской области на основе данных дистанционного зондирования (2022) 

Иванкова Т.В. - Развитие геоинформационных программных комплексов в бассейнах малых горных рек, как метода оценки факторов риска (2023) 

Карин С.А. - Интеграция в едином информационном пространстве разнородных геопространственных данных (2012) 

Караматов О.О., Садыкова Г.Ф. - Геоинформатика и земельно-кадастровое информационное обеспечение оценки эффективности инноваций в сельском хозяйстве (2018) 

Калитов Д.К., Завалей В.А. , Рахимов Т.А., Салыбекова В.С. - Разработка геоинформационных систем управления ресурсами подземных вод Казахстана для целей интегрированного управления водными ресурсами на основе цифровых гидрогеологических карт масштаба 1:500 000 (2014) 

Калашникова О.Ю., Гафуров А.А., Ниязов Дж.Б., Кодиров С.М., Усубалиев Р.А. - Прогноз стока реки Чаткал на вегетационный период на основе снимков MODIS (2022) 

Калашникова О.Ю., Гафуров А.А., Оморова Э.А. - Прогноз водности реки Нарын на месяцы вегетации на основе снимков MODIS (2022) 

Кашницкая М.А. - Исследование динамики площадей водной поверхности озёр степной зоны Восточного Забайкалья на основе данных дистанционного зондирования Земли (2021) 

Кирюшин В.И., Слива И.В. - Применение ГИС-технологий при картографировании и проектировании агроландшафтов (2005) 

Кривоконева Е.Ю., Гончарова И.Ю. - Мониторинг земель с применением ГИС-технологий (2011) 

Корытный Л.М. - Проблемное водно-ресурсное картографирование речных бассейнов Азии (2010) 

Керимбай Н.Н., Какимжанов Е.Х., Макаш К.К, Керимбай Б.С. - Создание и использование региональной ГИС на основе применения web-программирования (на примере Карасайского района Алматинской области) (2015) 

Куракина Н.И., Михайлова А.А. - Картографическое моделирование снежного покрова в технологии геоинформационных систем (2020) 

Курбанов Б.Т., Джураев Н.М., Хусамитдинов А.С., Ёдгоров Ш.И., Курбанов Б.Б. - Применение ГИС-технологий в исследованиях влияния инженерно-геологических условий площади строительства гидротехнических сооружений (2015) 

Курбанов Б.Т., Аскарходжаев Н.А. - Применение интегрированных ГИС-технологий и методов биоиндикации при анализе аэроэкологической обстановки (2018) 

Курбанов Б.Т. - Решение гидроэкологических проблем на базе современных информационных технологий (2018) 

Курганович К.А., Носкова Е.В. - Использование водных индексов для оценки изменения площадей водного зеркала степных содовых озер юго-востока Забайкалья, по данным дистанционного зондирования (2015) 

Легачеваa Н.М., Шехиревa А.А. - Спутниковый мониторинг изменений субаквальных ландшафтов Зейского водохранилища (2020) 

Литвинов А.Г. - Механизм логического вывода и представление компонентов базы знаний в объектно-ориентированной ГИС (2006) 

Матвеева Л.Г., Чернова О.А. - Умный мониторинг водных объектов в системе регионального управления (2019) 

Митягина М.И., Лаврова О.Ю. - Выход естественных углеводородов со дна Каспийского моря в районе туркменского шельфа, выявленный по спутниковым данным (2020) 

Моисеенко Г.С., Левашов С.Д. - Применение эмпирических ортогональных функций при спутниковом мониторинге верхнего слоя морской воды (2020) 

Морозова В.А. - Расчет индексов для выявления и анализа характеристик водных объектов с помощью данных дистанционного зондирования (2019) 

Мустафин М.Г., Вальков В.А., Павлов Н.С., Виноградов К.П., Боголюбова А.А. - Мониторинг водных объектов дистанционными методами (2023) 

Мухамеджанов И.Д., Лупян Е.А., Уваров И.А. - Спутниковый мониторинг сезонной динамики водохранилищ Вахшского каскада (2018) 

Мухамеджанов И.Д., Лупян Е.А., Уваров И.А. - Особенности спутникового мониторинга гидросооружений Вахшского каскада на примере Нурекского водохранилища (2018) 

Мубораков Х., Рузиев А.С., Абдуллаев И.У. - Об использовании материалов ДЗЗ для расчетов проектных параметров и мониторинга режима водохранилищ (2018) 

Нарбаев Ш.К., Ахмадалиев В.А. - Зонирование территории по данным ГИС в системе устойчивого землепользования (2018) 

Никанорова А.Д. - Применение сценарного подхода для оценки устойчивости системы водопользования в Ферганской долине (2014) 

Ниязов Дж. Б., Саидов С.М., Имомов К.Ф. - Исследования селеопасного участка сая Теболай (Таджикистан) с применением ГИС технологий (2018) 

Ниязов Дж. Б., Калашникова О. Ю., Гафуров А. А. - Методика прогноза водности высокогорных рек Центральной Азии на основе снимков MODIS (2020) 

Ниязов Дж.Б., Калашникова О.Ю. - Оценка опасных гидрологических явлений на реках Центральной Азии на основе спутникового и наземного мониторинга (2023)  

Панкова Е.И., Конюшкова М.В., Горохова И.Н. - О проблеме оценки засоленности почв и методике крупномасштабного цифрового картографирования засоленных почв (2017) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в освоении пустынной экосистемы Каракумы (Часть 1) (2016) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в освоении пустынной экосистемы Каракумы (Часть 2) (2017) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в освоении пустынной экосистемы Каракумы (Часть 3) (2017) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в освоении пустынной экосистемы Каракумы (Часть 4) (2017) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в освоении пустынной экосистемы Каракумы (Часть 5) (2017) 

Пенджиев А.М., Гурбанов Э.Х. - Основы геоинформационной системы в развитии малой гидроэнергетики Туркменистана (2015) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационных систем в развитии солнечной энергетики Туркменистана (2015) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в развитии геотермальной энергетики в Туркменистане (2015) 

Пенджиев А.М. - Основы геоинформационной системы в развитии ветроэнергетики в Туркменистане (2016) 

Пенджиев А.М. - Основы ГИС в развитии ветроэнергетики в Туркменистане (2015) 

Рощенко Е.М., Жерельева С.Г. - Географическая информационная система в практике управления водными ресурсами (2001) 

Рылов С.А., Пестунов И.А. - Определение площадей озер по данным со спутников серии Sentinel-2 (2019) 

Семакова Э.Р. - Предварительные результаты построения цифровой модели рельефа для некоторых районов Центрального и Западного Тянь-Шаня (2015) 

Семакова Э.Р., Семаков Д.Г. - О возможности использования методов дистанционного зондирования Земли при расчётах гляциологических показателей для горных районов Узбекистана (2017) 

Сенников М.Н., Омарова Г.Е., Койбаков С.М., Турсунбаев Х.И., Нуржанулы Б., Рсалиева А. - Прогнозирование запасов поверхностных водных ресурсов исследуемого региона с использованием ГИС-технологий (2022) 

Соколов В.И., Ухалин Ю.С., Тий Л.В. - Информационные системы и базы данных в гидрографическом управлении водными ресурсами (2001) 

Сосин П.М., Некушоева Г.А., Мирзохонова С.О., Курбонов Н.Б. - Разработка методологии оценки климатических ресурсов с применением ГИС технологий (2023) 

Талызов А.А., Ушакова А.С., Щербаков А.О. - Современные требования к разработке моделей и методов оценки характеристик поверхностного стока (2013) 

Терехов А.Г. - Технические характеристики водного канала Кара-Ертис – Карамай: спутниковые оценки (2017) 

Терехов А.Г. - Спутниковая диагностика изменений сельскохозяйственного водообеспечения Синьцзян-Уйгурского автономного района КНР на основе эффекта охлаждения поверхности пашни при ирригации по данным 2002-2019 гг. (2020) 

Терехов А.Г., Пак И.Т., Долгих С.А. - Данные LANDSAT 5,7,8 и ЦМР в задаче мониторинга гидрологического режима Капшагайского водохранилища на реке Текес (китайская часть бассейна реки Иле) (2015) 

Тиллакарим Т., Серикбай Н., Сатмурзаев А, Саиров С. - Моделирование стока горных рек Илейского Алатау с применением модели HBV-light (2024) 

Хаитов Б.У. - Построение сети специальных линий на топографической поверхности (2010) 

Хаитов Б.У. - Изохронный анализ топографической поверхности (2010) 

Хакимова К.Р., Эгамбердиева М.М., Эшназаров Д. - Использование ГИС-технологий для создания электронных экологических карт (2018) 

Харитонова Т.И., Сурков Н.В. - Ландшафтный подход к моделированию динамики влажности почвенно-растительного покрова дистанционными методами (2020) 

Хикматов Ф.Х., Аденбаев Б.Е., Юнусов Г.Х, Магдиев Х.Н. - Опыт составления атласа поверхностных вод Узбекистана и сопредельных территорий (2018) 

Цычуева Н.Ю., Малахов Д.В. - Методика детектирования орошаемых угодий с использованием спутниковых данных и ГИС (2016) 

Чембарисов Э.И., Хожамуратова Р.Т., Беликов И.В., Рахимова М.Н. - Опыт применения ГИС-технологий в мелиоративных исследованиях (2017) 

Шатова Т. - Геоинформационные системы (2010) 

Шаазизов Ф.Ш. - Система мониторинга состояния крупных водохранилищных гидроузлов Республики Узбекистан (2010) 

Шаазизов Ф.Ш. - Применение ГИС технологий при моделировании возникновения ЧС природного характера в Ташкентской области Республики Узбекистан (2017) 

Шекман Е.А. - Развитие методов моделирования структуры речных бассейнов на основе средств ГИС (2019) 

Шенбергер И.В. - Основы создания геопространственной информационной системы по экстремальным гидрологическим явлениям (2016) 

Шайтура С.В., Кожаев Ю.П., Васкина М.Ю. - Космический мониторинг водных ресурсов туристических дестинаций Крыма (2019) 

Нормативно-методическая и справочная информация

Рощенко Е.М., Беглов И.Ф. - Руководство по использованию Географической информационной системы (ГИС) для национальных контактных точек (2009) 

Учебные пособия

Анализ речных систем с использованием цифровых моделей рельефа / Курс лекций (2020) 

Токарева О.С. - Обработка и интерпретация данных дистанционного зондирования Земли (2010) 

Диссертации и авторефераты

Нгуен Тхань Доан - Разработка методики определения изменений береговой линии поверхностных водных объектов по материалам разновременных космических съёмок (2022) 

Рахматуллаев Ш.А. - Совершенствование оперативных методов определения полезной емкости водохранилищ с использованием геоинформационных систем (на примере Акдарьинского водохранилища) (2010) 

Технические нормативы

ГОСТ Р 50828-95 Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования 

ГОСТ Р 51605-2000 Карты цифровые топографические. Общие требования 

ГОСТ Р 51606-2000 Карты цифровые топографические. Система классификации и кодирования цифровой картографической информации. Общие требования 

ГОСТ Р 51607-2000 Карты цифровые топографические. Правила цифрового описания картографической информации. Общие требования 

ГОСТ Р 51608-2000 Карты цифровые топографические. Требования к качеству 

ГОСТ Р 52438-2005 Географические информационные системы. Термины и определения 

ГОСТ Р 52439-2005 Модели местности цифровые. Каталог объектов местности. Требования к составу 

ГОСТ Р 52440-2005 Модели местности цифровые. Общие требования 

ГОСТ Р 52571-2006 Географические информационные системы. Совместимость пространственных данных. Общие требования 

ГОСТ Р 52572-2006 Географические информационные системы. Координатная основа. Общие требования 

ГОСТ Р 52573-2006 Географическая информация. Метаданные 

ГОСТ Р ИСО 19105-2003 Географическая информация. Соответствие и тестирование 

ГОСТ Р ИСО 19113-2003 Географическая информация. Принципы оценки качества 

Соглашения на глобальном и региональном уровне

Соглашение между Правительством Республики Узбекистан и Правительством Республики Таджикистан о сотрудничестве в области геодезии, картографии, землеустройства, кадастра и дистанционного зондирования земли (2018) 

Законодательство

Закон Республики Казахстан «О геодезии и картографии» (2002) 

Постановление Правительства Республики Казахстан от 8 апреля 2020 года № 185 «О внесении изменения в постановление Правительства Республики Казахстан от 4 июня 2003 года № 530 "Об утверждении Правил регистрации, учета и выдачи разрешений на проведение аэросъемочных работ"» 

Постановление Правительства Республики Казахстан от 4 июня 2003 года N 530 «Об утверждении Правил регистрации, учета и выдачи разрешений на проведение аэросъемочных работ» 

Закон Кыргызской Республики «О геодезии и картографии» (2002) 

Постановление Правительства Кыргызской Республики от 22 ноября 2018 года № 547 «О внесении изменений в постановление Правительства Кыргызской Республики "Об утверждении Положения о порядке и условиях предоставления в пользование геологических информационных ресурсов" от 17 марта 2014 года № 144» 

Закон Республики Таджикистан «О геодезии и картографии» (2006) 

Закон Туркменистана «О геодезической и картографической деятельности» (2001) 

Закон Республики Узбекистан «О геодезии и картографии» (1997) 

Постановление Кабинета Министров Республики Узбекистан от 22 ноября 2016 г. № 391 «Об установлении государственных систем геодезических координат и высот на территории Республики Узбекистан» 

Ресурсы