Всё, что хотелось знать о ГИС

Одним из важных проектов, которыми занимается сейчас Национальное объединение изыскателей и проектировщиков, стало участие в подготовке Плана работ или на западный манер – «Дорожной карты» по развитию инженерных изысканий в Российской Федерации до 2030 года с прогнозом до 2035 года. Недавно Совет НОПРИЗ согласовал техническое задание на разработку документа. Одним из важнейших направлений, которые будут в нём прописаны, станет развитие геоинформационных систем (ГИС). Активная взаимная интеграция изыскательских производственных процессов и электронных сервисов в ближайшие годы может рассматриваться в качестве одного из важнейших направлений цифровой трансформации изыскательской сферы деятельности.

Наш коллега Юрий Васильев опубликовал в свежем номере журнала «Вестник инженерных изысканий» статью, посвящённую актуальной теме развития ГИС. Предлагаем этот материал вниманию наших читателей с минимальными сокращениями.

***

Стратегической задачей на ближайшее десятилетие, по оценке идеологов разработки, является создание отечественных специализированных ГИС, ориентированных как на строительную отрасль, так и на массового потребителя.

Также речь идёт о более содержательном включении пользователей уже действующих систем в процесс их дальнейшего развития, которое должно предполагать интеграцию своих данных и совершенствование программного обеспечения. Разумеется, при сохранении координирующей роли операторов и разработчиков. Это связано с тем, что на современном этапе развития геоинформатики наличие такой обратной связи является решающим фактором, обеспечивающим конкурентоспособность ГИС.

На сегодняшний день всем очевидно, что изыскатели могут вносить вполне существенный вклад в развитие геоинформационных систем различного вида и назначения, поскольку их данные (если, конечно, эти данные являются результатами реально выполненных полевых работ и корректно выполненных лабораторных экспериментов) вполне годятся для наполнения и актуализации ГИС. Одновременно изыскатели являются их активными и профессиональными пользователями.

Поэтому внутри строительной отрасли изыскатели вполне способны выступить в качестве инициаторов разработки таких информационных продуктов. Также их участие было бы полезным в ходе реализации задач, связанных с дальнейшим развитием государственных информационных систем обеспечения градостроительной деятельности (ГИСОГД). Которые на данном этапе уже разрабатываются в виде полноценных ГИС, наполненных разнообразными аналитическими функциями.

Оценивая возможности изыскателей на этом направлении, разумеется, следует принимать во внимание вполне успешный опыт ГБУ МО «Трест геолого-геодезических и архитектурно-планировочных работ «Мособлгеотрест»», который является разработчиком и оператором ГИСОГД Московской области, а также линейки узкоспециализированных ГИС, ориентированных на массового пользователя.

ГИС в отечественной нормативной литературе

Понятие географическая информационная система (геоинформационная система, ГИС) содержится в национальном стандарте ГОСТ Р 70846.2-2023 «Национальная система пространственных данных. Термины и определения». Это упорядоченная совокупность пространственных данных, содержащихся в базах данных, а также геоинформационных технологий, программных и технических средств, обеспечивающих обработку указанных пространственных данных.

В этом же ГОСТе содержится понятие геоинформационная технология – совокупность знаний, методов, процессов и технических средств, которые используют для выполнения задач, связанных с созданием, поиском, сбором, хранением, обработкой, предоставлением, распространением пространственных данных.

В законодательстве также существует схожее по написанию понятие государственных информационных систем. Оно определено в Федеральном законе от 27 июля 2006 года № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации».

Согласно закону, государственными информационными системами являются федеральные информационные системы и региональные информационные системы, созданные на основании соответственно федеральных законов, законов субъектов Российской Федерации, на основании правовых актов государственных органов. За защиту информации в ГИС отвечает оператор такой системы. Федеральным законом № 149-ФЗ вводится понятие «муниципальная информационная система» (информационная система, созданная на основании решения органа местного самоуправления). С точки зрения защиты информации государственные и муниципальные информационные системы – идентичны.

В научной литературе в последние годы встречается также термин «территориальная информационная система» (ТИС). Он применяется для обозначения интегрированных информационных систем, предназначенных для обработки, хранения и управления данными по территориально-распределённым объектам, в том числе пространственными данными. ТИС может включать в себя геоинформационный компонент, то есть использовать картографические и геоинформационные технологии для пространственного анализа.

Определения ТИС применительно к региональным или муниципальным системам даются в ряде региональных законов (например, в Ульяновской и Новосибирской областях).

Так, в Новосибирской области принят закон от 15 октября 2007 года № 138-ОЗ «О государственных информационных системах, государственных информационных ресурсах, территориальной информационной системе Новосибирской области». Согласно статье 8 этого закона, территориальная информационная система Новосибирской области представляет собой совокупность государственных информационных систем, информационных систем органов местного самоуправления муниципальных образований Новосибирской области, информационных систем государственных учреждений Новосибирской области, муниципальных учреждений, объединённых в едином информационном пространстве Новосибирской области.

Создание территориальной информационной системы Новосибирской области осуществляется исполнительным органом Новосибирской области, уполномоченным губернатором Новосибирской области, на основании договора о создании территориальной информационной системы Новосибирской области, заключаемого с органами местного самоуправления муниципальных образований Новосибирской области, государственными учреждениями Новосибирской области, муниципальными учреждениями.

В Москве также существуют территориальные информационные системы, которые работают на городском и региональном уровнях. Например, «Единая региональная навигационно-информационная система города Москвы» (РНИС), созданная постановлением Правительства Москвы и предназначена для обработки, хранения и предоставления информации о движении транспортных средств, транспортных потоках, а также мониторинговых и справочных данных по территории города. Оператором системы назначен Центр организации дорожного движения правительства Москвы.

Классификация ГИС

Геоинформационные технологии во всём мире и в нашей стране развиваются достаточно бурно. Поэтому в научной литературе на сегодняшний день принято классифицировать ГИС.

• По территориальному охвату они могут быть глобальными, субконтинентальными, национальными, региональными, субрегиональными, локальными (местными).
• По уровню управления ГИС могут быть федеральными, региональными, муниципальными и корпоративными.
• По функциональности ГИС могут быть полнофункциональными; предназначенными только для просмотра данных; предназначенными для ввода и обработки данных.
• По предметной области это могут быть картографические; геологические; городские или муниципальные; природоохранные; туристические.

Структура ГИС

ГИС-система включает в себя пять ключевых составляющих.

1. Аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.
2. Программное обеспечение. Содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической информации. К таким программным продуктам относятся: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации.
3. Данные. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных.
4. Исполнители. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники, которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.
5. Методы, применяемые при формировании и развитии географических информационных систем. Методология ГИС охватывает комплекс подходов, технологий и процедур, направленных на создание, внедрение, анализ и совершенствование ГИС на всех этапах их жизненного цикла. Эти методы включают как управленческие, так и технические аспекты, обеспечивая работу систем с пространственными и атрибутивными данными.

Междисциплинарная задача

Формирование и развитие ГИС является сложной междисциплинарной задачей. В её реализации принимают участие специалисты в области геоинформатики (теория и методы пространственного анализа), программной инженерии (разработка программного обеспечения), математики и статистики (моделирование и анализ данных), коммуникационных технологий (спутниковые системы, дистанционное зондирование, датчики).

Среди изыскательских профессий ближе всего к этой работе инженеры-геодезисты. Именно геодезические измерения служат основой для цифровых карт, моделей местности и других многослойных пространственных баз данных, необходимых для функционирования ГИС. Остальные виды изысканий наполняют пространственную основу информацией, которая может быть востребована проектировщиками и другими изыскателями в качестве исходных данных.

Зарождение ГИС и роль систем глобального позиционирования

Изначально зарождение ГИС в мире было вызвано потребностями государственного управления землепользованием и ресурсами, развитием картографии и географии, а также технологическим прогрессом в вычислительной технике и программировании.

Периодом выдвижения и теоретического обоснования идей, связанных с геоинформационными системами, стали 60-е годы ХХ века. По данным научной литературы, важную роль в формировании геоинформатики и развитии геоинформационных технологий в тот период сыграла Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа (англ. Harvard Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis, LCGSA), которая была основана в 1965 году при Гарвардской школе дизайна (Harvard Graduate School of Design). Одним из первых проектов в области автоматизации процесса ввода геоданных, расчленения картографической информации на тематические слои и разработки концептуального решения, связанного с таблицами атрибутивных данных, стала Географическая Информационная Система Канады (Canada Geographic Information System; CGIS).

Важнейшей движущей силой развития геоинформатики стало формирование глобальных систем точного позиционирования. В 60-х годах в США стала создаваться система «Транзит», в середине 70-х в СССР была создана спутниковая навигационная система «Цикада». Эти системы разрабатывались по заказу министерств обороны и были специализированы для оперативной глобальной навигации наземных передвигающихся объектов. В дальнейшем на этой основе в США была создана система GPS, в СССР – ГЛОНАСС. Первый американский спутник в интересах глобальное системы позиционирования был запущен в феврале 1978 года, а первый советский – в октябре 1982 года.

«Период отсутствия тайн», начавшийся примерно в 2000 году, стал важной эпохой в развитии геоинформационных технологий (ГИТ). Интернет предоставил возможность быстрого обмена информацией, а появление открытых платформ, таких как OpenStreetMap и Google Earth, дало пользователям свободный доступ к глобальным данным и инструментам для работы с ними. Открытые данные позволяют организациям и частным лицам легко получать необходимые сведения, анализировать и применять их для решения широкого спектра задач.

Развитие спутниковых навигационных систем, таких как GPS/GLONASS/ Galileo/BDS, а также технологий дистанционного зондирования Земли существенно увеличило точность позиционирования и качество собираемых данных. Современные ГИТ поддерживают высокоточные измерения и детальное моделирование сложных процессов, что важно для градостроительства, природопользования, управления транспортными потоками и другое.

Современные технологии позволили собирать огромные объёмы пространственно-временных данных, поступающих от множества источников: спутников, беспилотников, наземных датчиков, интернета вещей (IoT). Использование современных алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта позволяет эффективно обрабатывать большие массивы данных, выявлять скрытые закономерности и улучшать точность прогнозирования.

Наиболее распространённые программные продукты

По состоянию на середину 2020-х годов на территории Российской Федерации изыскатели по-прежнему применяют открытые ГИС иностранной разработки. В качестве примера можно назвать геоинформационные системы OGIS и ArchGIS. Среди российских разработок следует упомянуть ГИС «ИнГео», «Панорама», «ZuluGIS» и «NextGIS».

Вывод

С точки зрения внутренних потребностей изыскателей, перспективной тенденцией развития может быть названо создание региональных ГИС, внутри которых содержались бы метаданные о результатах ранее проведённых изысканий.

Также востребованными могут быть ГИС, ориентированные на более быстрое решение конкретных производственных и административных задач.

С точки зрения вклада в решение общеотраслевых задач необходимо важной задачей может быть названо формирование рационального алгоритма взаимодействия между изыскателями и операторами региональных систем ГИСОГД.

Искренне Ваш,
За-Строй.РФ

При полном и/или частичном копировании данного материала, для последующего размещения его на стороннем ресурсе, обратная, индексируемая ссылка на источник обязательна!