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.
|
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.
