Внешние запоминающие устройства

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ФИНАНСОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Краткий конспект лекций

Минск 2014 г.

ВВЕДЕНИЕ

 

Широкое использование современных информационных технологий, теоретической базой которых является информатика и геоинформатика, привело к развитию геоинформационных технологий, которые объединяют технические средства, программное обеспечение, данные и пр. В последние годы особенно наглядно их роль проявляется в социально-экономических исследованиях.

Бурное развитие геоинформационных технологий определяет актуальность их применения в самых разнообразных областях человеческой деятельности, таких как муниципальное управление, ведение кадастров природных ресурсов, охрана окружающей природной среды, геологические, социальные и прогнозы экономического развития и т.д. Такое развитие ГИС-технологий привело к выделению в учебном процессе отдельных специальностей и специализаций.

Предметом курса является изучение методов построения геоинформационных систем (ГИС-технологии), создания ГИС-проектов для статистического анализа, исследования и представления пространственно-временных данных о природных процессах и исследование с их помощью закономерностей функционирования природных и социально-экономических систем. Оценка и прогнозирование их поведения в условиях антропогенного воздействия, а также принятия управленческих решений с помощью ГИС-технологий по рациональному использованию и охране природных ресурсов, учету эффективности работы отраслей народного хозяйства.

Цель курса – ознакомление студентов с основами научных исследований в области ГИС-технологий, в том числе с использованием методов современных информационных технологий проектирования ГИС в сфере экономики, в том числе деятельности жилищно-эксплуатационной и налоговых служб, организации статистического учета в промышленности, строительстве, торговле и других отраслях народного хозяйства.

Основные задачи курса, вытекающие из поставленной цели, – освоение студентами основ методологии геоинформационного анализа пространственно-временных данных, приобретение навыков построения ГИС-проектов в области экономики.

Настоящий курс тесным образом связан с другими дисциплинами в сфере компьютерного образования студентов, в том числе с информатикой, цифровой картографией, методами дистанционного зондирования Земли, основами ведения кадастровой информации, организацией мониторинга окружающей среды на базе ГИС-технологий, геоинформатики, геомаркетинга, статистики, построением автоматизированных систем бухгалтерского учета в народном хозяйстве и др. Любые фактические данные и сведения, полученные в результате деятельности предприятий и фирм, требуют первичной статистической обработки, хранения, систематизации, объединения, пространственной привязки и объяснения с единых позиций комплекса явлений и бизнес-процессов, формулировки закономерностей функционирования и управления социально-экономическими системами.

 

ОСНОВЫ ГЕОИНФОРМАТИКИ

1.1 ВВЕДЕНИЕ В ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (ГИС)

И ГИС-ТЕХНОЛОГИИ

Часто даже большое количество информации не может помочь решить проблему, пока она не будет визуализирована на геогра­фической карте. Например, данные о количестве дорожно-транспортных происшествий тесно связаны с другими факторами: опас­ными перекрестками, плохим качеством дорожного покрытия, большой интенсивностью движения и т.п. В большинстве случаев, будучи представленными на карте, они позволяют определить кри­тические участки и способствуют быстрому принятию решений по ликвидации предпосылок таких происшествий.

Необходимость проанализировать географическое расположе­ние явлений и объектов, их количественные и качественные ха­рактеристики при помощи карты возникает у представителей раз­личных профессий. Прежде всего, это, конечно, управляющие структуры, владеющие большими массивами информации, на ос­нове которой принимаются решения. В картографических данных также нуждаются специалисты, оценивающие и прогнозирующие состояние какой-либо области человеческой деятельности, напри­мер, рынков сбыта продукции, загрязнений территории и т. п. Круг ее возможных потребителей чрезвычайно широк, это являет­ся одной из причин резко возросшего за последние годы спроса на географические информационные системы - ГИС.

Общее понятие ГИС. География является связующим звеном информации, получае­мой из многочисленных источников. Прежде всего это различные типы карт: планы застроек топографические и разнообразные те­матические карты. Кроме того, данные могут поставляться с аэро- и космических снимков, они поступают из файлов на магнитных дисках, из отчетов и компьютерных систем, из результатов поле­вых измерений.

Значительная часть географических данных быстро меняется с течением времени и поэтому неприемлемым становится использо­вание бумажных карт: быстроту получения информации и ее ак­туальность может гарантировать только автоматизированная систе­ма. Первыми попытками применения автоматизации в географии стали банки географической информации. Однако с течением вре­мени накапливался опыт сбора, хранения и управления данными, нарабатывались библиотеки программ, решающих стандартные за­дачи. Современная ГИС — это автоматизированная система, имею­щая большое количество графических и тематических баз данных, соединенная с модельными и расчетными функциями для манипу­лирования ими и преобразования в пространственную картографи­ческую информацию для принятия на ее основе разнообразных ре­шений и осуществления контроля. Схематично некоторые сферы применения ГИС представлены на Рис. 1.

Рис.1.1

Составные части ГИС. Любая ГИС работает с базами данных двух типов — графичес­кими и атрибутивными или тематическими. На Рис. 1.2 представлена структура ГИС.

Рис. 1.2

В графических базах данных хранится то, что принято назы­вать графической или метрической основой, атрибутивные содер­жат в себе так называемую нагрузку карты и дополнительные дан­ные, которые относятся к пространственным, но не могут быть прямо нанесены на карту — это описания территорий или инфор­мация, содержащаяся в отчетах.

Оба вида баз представляют из себя файлы (наборы) цифровых данных. Для работы с этими данными ГИС должна иметь систему управления базами данных (СУБД). Достаточно часто ГИС имеет две системы управления базами данных (Рис. 1.3), отдельно для метрической и атрибутивной информации. При помощи СУБД производится по­иск, сортировка, добавление и исправление информации в базах данных.

Рис. 1.3

Кроме СУБД любая ГИС имеет систему визуализации данных,

выводящую на экран имеющуюся информацию в виде карт, таб­лиц, схем и т. п., и систему анализа данных, при помощи которой происходит их обработка и анализ.

Также двумя необходимыми компонентами ГИС являются сис­темы ввода и вывода информации.

Система ввода — это программный блок, отвечающий за полу­чение данных, источниками которых могут являться разнообраз­ные электронные устройства, такие, как дигитайзер (цифрователь), на котором осуществляется цифрование карт, сканер, считываю­щий изображение в виде растровой картинки, электронные теодо­литы и другие геодезические приборы. Информация может быть введена с клавиатуры вручную или получена из другой компью­терной системы. Ее источниками могут быть аэрофото- и космиче­ские снимки, обрабатываемые на специализированных рабочих станциях.

Система вывода ГИС (Рис. 1.4) предназначена для представления резуль­татов работы в виде, удобном потребителю. При помощи плоттера (графопостроителя), например, можно получить очень качествен­ные черно-белые и цветные изображения — практически готовую карту. Используются также разнообразные принтеры. Результаты работы могут быть записаны на дисках, распечатаны в виде отчетов или отправлены по сети во внешние компьютерные системы.

Рис. 1.4

Разработка и внедрение ГИС. На создании ГИС специализируются как крупные фирмы INTERGRAPH, ESRI, Nixdorf, так и сравнительно небольшие, а также отдельные группы разработчиков.

Еще одним вариантом использования ПК является создание распределенной ГИС.

Фирмы — разработчики ГИС, как правило, имеют для нее го­товые составные части — отдельные модули, каждый из которых отвечает за выполнение одной из задач: поддержку устройств вво­да/вывода, работу с базами данных, визуализацию, анализ данных. При получении заказа на систему формируется перечень модулей, необходимых заказчику для выполнения его конкретных задач, и ГИС "собирается" из них; при необходимости специфические моду­ли могут быть дописаны. По мере развития системы перечень готовых модулей увеличивается, поскольку многие специфические пользовательские приложения после всесторонней проверки и тес­тирования переходят в разряд основных модулей системы. Так в большинстве ГИС появились модули геокодирования, сетевого ана­лиза и некоторые другие.

ГИС не является серийным продуктом, заказчику трудно с са­мого начала точно представить себе все задачи, которые он хотел бы решать с ее помощью, поэтому процесс внедрения крупной ГИС может занимать достаточно длительный срок и требует боль­ших вложений. Такой срок связан в первую очередь со сбором и сортировкой информации и необходимостью формирования боль­ших баз данных. Для сокращения сроков и расходов первоначаль­но выполняется тщательное изучение поставленной задачи и опре­деляются наиболее рациональные пути ее решения. Следует отметить, что начало экс­плуатации ГИС возможно задолго до окончания формирования баз.

Существует множество более мелких проектов и просто иссле­довательских задач с использованием ГИС. Такие системы проек­тируются и внедряются существенно быстрее.

История развития ГИС. В истории развития ГИС выделяют четыре периода:

1. Новаторский период (поздние 1950е - ранние 1970е гг.) - исследование принципиальных возможностей ГИС, пограничных областей знаний и технологий, первые крупные проекты и теоретические работы.

2. Период государственного влияния (ранние 1970е - ранние 1980е гг.) - развитие крупных геонформационных проектов, финансируемых государством, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

3. Период коммерциализации (ранние 1980е – ранние 1990е):

· широкий рынок разнообразных программных средств,

· развитие настольных инструментальных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами атрибутивных данных,

· создание сетевых приложений,

· появление значительного числа непрофессиональных пользователей,

· организация систем, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах и корпоративные, распределенные базы геоданных.

4. Период потребления (поздние 1990е - настоящее время):

· повышенная конкурентная борьба среди коммерческих производителей геоинформационных технологий и услуг,

· доступность и “открытость” программных средств позволяет пользователям самим настраивать, адаптировать, использовать и модифицировать программы,

· появление пользовательских “клубов”, телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп,

· возросшая потребность в географических данных,

· формирование геоинформационной инфраструктуры планетарного масштаба.

Хотя первые ГИС начали появляться уже в 60е года, и сейчас эта технология продолжает бурно развивается. Основной причиной этого, несомненно, является развитие вычислительной техники. Колоссальные объемы текстовой и графической информации, модельные расчеты, каче­ственная графика, которыми оперируют ГИС, требуют значитель­ных машинных ресурсов. До недавнего времени ЭВМ, имеющие характеристики, приемлемые для ГИС, стоили очень дорого, и по­добную покупку могли позволить себе лишь большие организации, такие, как мэрии крупных городов.

Так, например, в 1990 году для приобретения небольших ГИС требовалось 500 тыс. USD, более типичные затраты на программное и аппаратное обеспечение составляли 1 млн. USD. Сегодня в связи со значитель­ным снижением цен на вычислительную технику машины с высо­ким быстродействием стали доступны гораздо большему кругу по­тенциальных покупателей. Значительно увеличилось также число поставщиков на рынке ГИС, проводится большое количество ГИС-ориентированных конференций, огромная работа ведется членами профессиональных ассоциаций, таких, как URISA и AM/FM International. Существует несколько причин растущей популярнос­ти ГИС. Среди них — развитие некоторых родственных областей, постоянное совершенствование диалога между машиной и пользо­вателем, благодаря которому овладеть работой с ГИС можно путем минимального обучения. Все расширяющийся круг пользователей ГИС открыл новые возможности для обмена накопленной ин­формацией. Некоторые системы, например, такие, как ATLAS CIS комплектуются по желанию заказчика готовыми базами данных. Все это приводит к тому, что в настоящее время покупателями ГИС становятся небольшие города и области, отдельные отрасли промышленности, здравоохранение, образование и т. п. Небольшие учебные и справочно-информационные ГИС хотят иметь вузы и да­же частные лица, чья деятельность связана с управлением.

Сферы применения ГИС. Современный крупный город в условиях перехода к рыночным отношениям, децентрализации управления, повышения ответствен­ности местных органов власти за конечный результат хозяйствен­ной деятельности и социальный уровень жизни граждан не может нормально функционировать без четко налаженной системы все­стороннего учета, анализа и оценки городских территорий. В настоящее время приоритетными и наиболее жизнедеятельными информацион­ными системами являются ГИС, которые служат информацион­ным базисом для решения следующих задач:

— картография и инженерная геодезия (создание и обновление карт и планов);

— научно-обоснованное перспективное и оперативное планирова­ние раз­ви­тия города и его отдельных территорий;

— оптимальное проектирование объектов промышленного и граж­данс­кого назначения на территории города;

— разработка генерального плана города и контроль за его реа­лизацией;

— изучение состояния экологических, социально-экономических, приро­дно-ресурсных условий территорий и их экономическая оценка;

— совершенствование учета и рационального использования городс­ких земель и недвижимости (зданий и сооружений);

— получение достоверной информации о местоположении и экс­плуатации инженерных сетей городского коммунального хо­зяйства;

— проведение налогообложения, взимание платежей за использо­вание природных ресурсов, недвижимости, за загрязнение окружающей среды;

— охрана прав пользователей, собственников, других потребите­лей региональных ресурсов.

— пространственная навигация и др.

Первая сфера применения обслуживает как собственные нужды, так и дает пространственную основу для всех остальных сфер. Пространственная навигация является сферой доступной сегодня практически любому желающему (использование ГИС-web-сервисов подобных сайту www.maps.google.com (рис 1.5), остальные сферы обслуживают управление.

Рис. 1.6 Возможности ГИС-web-сервиса Google.

Опыт длительной эксплуатации ГИС показал широкое приме­нение накопленной информации в узковедомственных и потреби­тельских сферах — транспорт, ценообразование, туризм, купля-продажа, справочные услуги и пр.

Таким образом, ГИС по назначению и по своим функциям яв­ляется многоцелевой и ориентирована на обеспечение данными о городской среде широкого круга организаций и граждан.

К потенциальным потребителям геоинформации можно отнес­ти:

— городские структуры распорядительной и исполнительной вла­стей;

— планирующие органы;

— налоговые инспекции;

— юридические и правоохранительные органы;

— архитектурно-планировочные и земельные службы города;

— эксплуатирующие организации (коммуникации, транспорт, зда­ния и сооружения);

— научно-исследовательские и проектные институты;

— строительные организации;

— торговые организации, биржи всех назначений;

— инспекции и контрольные органы социально-экономического и технического надзоров;

— иностранных партнеров и инвеститоров;

— коммерческие образования, предпринимателей;

— частных лиц.

Создание и функционирование ГИС сопряжено с целым рядом специфических задач организационно-правового, научно-техничес­кого, технологического и финансово-экономического характера, решение которых невозможно перенести из существующих методов информационного обеспечения.

О значимости ГИС можно судить и по тому вниманию, которое уделяется им в большинстве развитых стран. Во многих из них образованы национальные и региональные организации, в задачи которых входят развитие исследований, связанных с ГИС и авто­матизированной картографией, разработка предложений в сфере национального и городского планирования информации, координа­ция программ получения, обработки и распространения этой ин­формации, создание сетей ГИС. Для этих целей разработана право­вая база, производится мощное аппаратное и программное обеспе­чение, налажена подготовка и переквалификация необходимого класса специалистов. Ресурсами информационной системы являют­ся: земля, воздух, вода, движимое и недвижимое имущество, рабо­чая сила, средства (деньги), материалы, концепции и технологии. Назначение системы — повышение уровня жизни людей на конкретной территории.

Широко используются ГИС в области кадастра. Кадастр — это упорядоченная совокупность сведений о правовом, природном, хо­зяйственном и экономическом положениях физических объектов и явлений среды во времени в структурном, организационном, функ­циональном и информацион­ном аспектах. В качестве примера приведем сайт Государственного комитета по имуществу Республики Беларусь (www.vl.nca.by), служащий для предоставления сведений о кадастровой стоимости земельных участков в республике (Рис. 1.7).

Рис. 1.7 Главная страница сайта Государственного комитета по имуществу Республики Беларусь.

Рис. 1.8 Схема оценочного зонирования г.Минска (источник www.vl.nca.by)

Обогащение рынка вычислительной техники, необходимость в управлении географической информацией неизбежно приведет к широкому применению ГИС.

На основании опыта зарубежных стран, в частности, России, в Республике Беларусь была принята Государственная программа информатизации Республики Беларусь на 2003 - 2005 годы и на перспективу до 2010 года «Электронная Беларусь». Развитие геоинформационных технологий, подготовка квалифицированных кадров в этой области являются необходи­мостью для её выполнения. Основной целью программы является формирование в стране единого информационного пространства, которое повысит эффективность экономики, государственного и местного управления, обеспечит права на свободный поиск, передачу и распространение информации о состоянии экономического и социального развития общества. Все это рассматривается как один из этапов перехода к информационному обществу [6].

1.2 СПЕЦИАЛЬНОЕ АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГИС

В настоящее время на рынке существует огромное количество ГИС, предназначенных для решения разных задач и имеющих не­одинаковые функциональные возможности. ГИС могут работать на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью ПК. На любом современном ПК можно организовать рабочее место пользователя ГИС.

Информация, хранящаяся в базах данных ГИС, постоянно об­новляется и растет, поэтому важно правильно оценить, какого объ­ема она может достигнуть, и в зависимости от этого выбирать про­граммное и аппаратное обеспечение.

Сети

Рабочая станция комплектуется портами, обеспечивающими подключение к ней других компьютеров. В сетях существуют специальные средства, обеспечивающие связь и координацию различных компьютеров. Взаимодействие между ЭВМ осуществляется устройствами, называемыми сетевыми контроллерами или сетевыми адаптерами.

Техническая структура отдела ГИС представлена на Рис. 1.9.

Рис. 1.9

Состав ГИС-сети:

— Порталы каталогов метаданных, где пользователи могут провести поиск и найти ГИС-информацию в соответствии с их потребностями

— ГИС-узлы, где пользователи компилируют и публикуют наборы ГИС-информации

— Пользователи ГИС, которые ведут поиск, выявляют, обращаются и используют опубликованные данные и сервисы

Внешние запоминающие устройства

В качестве внешних запоминающих устройств в ПК использу­ются накопители на жестких дисках (Hard Drive или HD), которые называют также "вин­честер", оптических дисках и дисковые массивы.

Жесткие диски

Накопители на жестких дисках предназначены для постоянно­го хранения информации, используемой при работе с компьюте­ром, программ операционной системы, постоянно применяемых пакетов, редакторов документов и т.д. Без жесткого диска в насто­ящее время практически невозможна работа с компьютером. Ёмкость современных устройств достигает 2000 Гб, для бытовых ПК до 500 Гб. Обычно производители указывают ёмкость диска как величину, кратную 1000, а не 1024, как следовало бы. В результате реальная ёмкость винчестера, заявленного как "200 Гб", составляет 186,2 Гб.

Оптические диски

Основными достоинствами накопителей на оптических дисках являются: пригодность для хранения информации, записанной в различной форме; возможность быстрой перезаписи больших объ­емов информации и надежность длительного хранения дисков; низ­кая удельная стоимость на байт информации.

Выпускаются два типа накопителей на оптических дисках: на компакт-дисках постоянной памяти (CD-,DVD- R) и на пе­резаписываемых оптических дисках (CD, DVD-RW).

Накопители на оптических дисках могут содержать различные руководства и учебники, эталонные копии программного обеспече­ния и другую неизменяемую информацию. Вместо хранения более 500 млн. алфавитно-цифровых знаков накопитель может содержать до 20 000 страниц графических данных или 3600 цветных телеви­зионных кадров.

Кон­струкция DVD-дисков такова, что она позволяет производить запись на обе стороны диска. Вместимость одной стороны диска составляет 4,7 Гб, а емкость двухстороннего двухслойного диска — 17 Гб. Для сжатия данных в устройствах этого типа используется алгоритм MPEG.

Дисковые массивы

Дисковый массив — это внешнее устройство хранения, состоящее из нескольких жестких дисков; как правило обладает кэш-памятью и контроллерами. Дисковые массивы(Рис. 1.9(а, б))используют для размещения больших объемов информации свыше 10 Тб. Примеры дисковых массивов представлены на Рис. 1.9 (а (модель HP VA7100), б (модель HP VA7400))

а) б) Рис. 1.9.

Преимущества ДМ:

— централизованное хранение и управление Д;

— возможность наращивания емкости (Рис. 1.7);

— высокая производительность;

— возможность подключения к нескольким серверам;

— возможность подключения нескольких устройств к одному серверу (кластерная архитектура).

— для изменения аппаратного и программного обеспечения не требуется остановка системы;

— отказоустойчивая архитектура, отсутствие единичных точек сбоя;

— использование высокоскоростныхдисков.