Програмні засоби ГІС
Програмні засоби, призначені для роботи з просторовими даними, представляють в наш час досить різноманітний і такий, що постійно розширюється сегмент комп'ютерного ринку програмного забезпечення, у якому можна виділити:
- векторизатори растрових зображень;
- пакети обробки даних інженерно-геодезичних розвідок та інженерного проектування;
- програмні засоби обробки даних дистанційного зондування;
- пакети просторового аналізу і моделювання;
- довідково-картографічні системи;
- ГІС-в'юери;
- інструментальні ГІС (ГІС-пакети).
Векторизатори растрових зображень — це програмні засоби для виконання растрово-векторного перетворення (векторизації) просторових даних. Цей клас продуктів пов'язаний зі створенням цифрових карт, у тому числі і для геоінформаційних систем, на основі відсканованих растрових зображень. Серед порівняно недорогих і досить ефективних векторизаторів відзначимо пакети Easy Trace (Easy Trace Group, MapEdit, а також пакет Digitals, розроблений у державному науково-виробничому підприємстві «Геосистема» (м. Вінниця, Україна).
Пакети обробки даних інженерно-геодезичних розвідок та інженерного проектування призначені для автоматизації обробки даних інструментальної геодезичної зйомки місцевості і інженерного проектування в житловому, промисловому і транспортному будівництві і є специфічним напрямком в геоінформатиці, який називають геоінженерною інформатикою. Серед програмних пакетів цієї групи назвемо продукти фірми Autodesk, світового лідера в розробці систем автоматизованого проектування (САПР/CAD), програмні пакети Autodesk Survey, Autodesk Land Desktop, Autodesk Civil Design, створені на платформі пакету AutoCAD; також основані на програмній платформі AutoCAD програмні комплекси GEO+CAD і GeoniCS, розроблені в Україні (компанія «ГЕОКАД», AT «Аркада» і НПЦ «Геоніка», м. Київ), програмні пакети CREDO (фірми «Кредо Діалог», Білорусь) та ін.
Програмні засоби обробки даних дистанційного зондування — це пакети обробки зображень, забезпечені залежно від ціни різним математичним апаратом, що дозволяє проводити операції зі сканованими або записаними в цифровій формі знімками поверхні Землі. Це досить широкий набір операцій, починаючи зі всіх видів корекції (оптичної, геометричної), через географічне прив'язування знімків аж до обробки стереопар з видачею результату у вигляді актуалізованого топоплану. Найвідоміші представники: ERDAS Imagine (США), ER Mapper (Австралія), серія продуктів Intergraph (США) і TNT Mips (США).
До групи пакетів просторового аналізу і моделювання можна віднести програмні пакети, призначені для реалізації певного, звичайно тематичного, набору процедур аналізу просторових даних. Це, перш за все, пакети геостатистичного аналізу і моделювання — такі, як Surfer (США), Gstat (Нідерланди), GST (Росія) та ін., і пакети картографічної алгебри — такі, як Map Analysis Package, MAP, і його модифікації (США). Віднесення до цієї групи пакетів прикладних програм, що просторово реалізують гідрологічні, гідрогеологічні, екологічні та інші конкретні завдання, як це іноді робиться, є некоректним.
Довідково-картографічні системи — це закриті щодо формату і адаптації оболонки і бази даних програмно-інформаційні комплекси, які містять механізми запитів до картографічної і атрибутивної інформації і засоби її відображення. Користувач, як правило, позбавлений можливості зміни також і даних. До цього класу відносять так звані електронні, або цифрові, карти великих міст, наприклад, Києва, Одеси, Харкова, Москви, окремих країн, а також цифрові атласи окремих країн або миру (Цифровий атлас України, Digital Chart of the World, New Millennium та ін.).
ГІС-в'юери (від англ. viewer — переглядач; пишеться також «в'ювер») — це порівняно недорогі пакети з обмеженою можливістю редагування даних, призначені в основному для візуалізації і виконання запитів до баз даних, у тому числі і графічних,підготовлених у середовищі інструментальних ГІС. Як правило, усі розробники повнофункціональних інструментальних ГІС пропонують і ГІС-в'юери: ArcReader, ArcExplorer (ESRI, США), WinCAT (Simens Nixdorf, Німеччина) та ін.
Програмні засоби ГІС
Програмні засоби ГІС є сукупністю більшою чи меншою мірою інтегрованих програмних модулів, які забезпечують реалізацію всіх основних функцій ГІС. У загальному випадку виділяють (Тикунов, 1991) шість базових модулів, що реалізовують функції:
1) введення і верифікація даних (верифікація – підтвердження, доказові факти, на відміну від фальсифікації – непідтверджена, надумана інформація);
2) зберігання і маніпулювання даними;
3) перетворення систем координат і трансформації картографічних проекцій;
4) аналізу і моделювання;
5) виведення і подання даних;
6) взаємодії з користувачем.
Якщо врахувати ту обставину, що основним видом даних у геоінформаційних системах є просторово-розподілена інформація, з аналізу базових модулів ГІС стає зрозумілим, що програмне забезпечення ГІС є дуже специфічним і не дублюється (за винятком, мабуть, останнього модуля) традиційним програмним забезпеченням (ПЗ) комп'ютерів. Реалізація зазначених вище функцій вимагає розробки спеціалізованого програмного забезпечення.
З 80-х років минулого століття спеціалізоване програмне забезпечення, що дозволяє виконувати розробку географічних інформаційних систем для конкретних територій і експлуатувати їх, відоме під назвою комерційних ГІС-пакетів, або інструментальних ГІС.
Сьогодні комерційне програмне ГІС-забезпечення складає помітну і дуже динамічну частину світового ринку програмного забезпечення. За даними американської компанії Daratech, загальні продажі програмного ГІС-забезпечення в 2001 році перевищили 1 млрд американських доларів (US$1073 млн) (Мировой рынок ГИС, 2003). При цьому зростання продажів за рік становило 14,3%.
Виробниками програмних засобів ГІС, що лідирують у світі, є комерційні фірми США:
комерційний Інститут досліджень систем навколишнього середовища (Environmental System Research Institute або ESRI Ltd.) (розробник пакетів ARC/INFO, Arc View GIS, сімейства пакетів ArcGIS) — у 2001 p. поставив свої ГІС-продукти на суму $371,5 млн, що становило 34,6% загальносвітових;
компанія Intergraph (розробник пакетів MGE, GeoMedia / GeoMedia Pro та ін.) — $134,1 млн, або 12,5%;
- фірма Autodesk (розробник пакетів AutoCAD, Autodesk Мар та ін.) — $70,7 млн, або 6,6%;
- компанія GE Network Solutions (підрозділ американської General Electric Company, яка з 2000 p. є власником відомої англійської ГІС-компанії Smallworld — одного з піонерів геотехнологій у Європі, розробника повнофункціональної інструментальної ГІС — Smallworld GIS) — $72,3 млн, або 6,7%;
- компанія Mapping Information Systems Corporation (розробник пакета MapInfo Professional та ін.) — $61,7 млн, або 5,7%; компанія Leica Geosystems — $68,2 млн, або 6,4% (з урахуванням пакетів ERDAS і LH Systems).
Відомими у світі також є програмні продукти фірм Siemens-Nixdorf (Німеччина) (пакет SICAD), PROGIS (Австрія) (пакет WINGIS), PCRaster Environmental Software (Нідерланди) (пакет PCRaster) і ряду інших.
У наш час загальна кількість комерційних ГІС-пакетів у світі вимірюється багатьма десятками. Проте якщо говорити про найвідоміші і широко застосовувані комерційні ГІС-пакети, то їх кількість може бути обмежена десятьма-п'ятнадцятьма.
Світовими лідерами програмного ГІС-забезпечення є пакети фірми:
- ESRI (ARC/INFO, Arc View GIS і сімейство пакетів ArcGIS),
- MapInfo Professional i
- Idrisi (розроблений в університеті Кларка (США)).
Безумовними лідерами ринку програмного ГІС-забезпечення в Україні є комерційні ГІС-пакети фірм ESRI и Mapping Information Systems Corporation (США).
Тривалий час комерційні ГІС-пакети було прийнято поділяти на дві категорії, орієнтуючись, головним чином, на апаратну платформу, для запуску на якій вони були розраховані, — на професійні інструментальні ГІС і інструментальні ГІС настільного (desktop) типу. Перші запускалися на робочих станціях або великих комп'ютерах (мейнфреймах) і характеризувалися, як правило, розвинутими аналітичними можливостями (наприклад, ARC/INFO, MGE, GRASS), другі — на персональних комп'ютерах і мали дуже обмежені можливості щодо аналізу даних. Основне призначення останніх (наприклад, пакетів PC ARC/INFO, MGE PC-1, ArcView, GeoDraw/GeoGraph) — забезпечення робочого місця для цифрування карт, їх редагування, перегляду і виконання різного роду маніпуляцій з картографічними шарами, що не потребували значних ресурсів.
Ця класифікація використовується і сьогодні, однак останніми роками — унаслідок колосального прогресу можливостей персональних комп'ютерів — відмінності між ними і робочими станціями суттєво зменшились. Якщо також узяти до уваги істотне зниження цін на персональні комп'ютери, стає зрозумілим повсюдне використання їх останніми роками як серверів і у зв'язку з цим перехід професійних ГІС-пакетів на Windows-платформу (як правило, Windows NT, 2000, ХР). Таким чином, відмінність і в апаратних, і в програмних платформах інструментальних ГІС практично зникла.
Однак відмінність між пакетами, обумовлена їх можливостями, у першу чергу до аналізу і моделювання просторових даних, зберігається, незважаючи на зростаючі аналітичні можливості настільних інструментальних ГІС. Тому, як і раніше, можна говорити про
повнофункціональні професійні інструментальні ГІС і
інструментальні ГІС настільного типу. Але окремі спеціалізовані можливості останніх не поступаються, а в деяких випадках перевищують, відповідним можливостям повнофункціональних ГІС.
До категорії настільних інструментальних ГІС з деякою умовністю можна віднести програмні пакети, призначені для аналізу просторових даних і просторово-часового моделювання, у тому випадку, якщо такі пакети на додаток до універсальних аналітичних мають достатньо розвинені можливості щодо маніпулювання просторовими даними і їх подання, тим більше що в процесі свого розвитку вони і за формальними ознаками переходять в цю категорію. Це такі пакети, як IDRISI (США), який до останньої версії називався розробниками «растрова система аналізу просторової інформації і обробки зображень», PCRaster (Нідерланди) — система моделювання навколишнього середовища, Relief Processor (Україна) — пакет моделювання і аналізу рельєфу. Остання версія пакета IDRISI (2004) — IDRISI Kilimanjaro — уже має офіційну назву «пакет ГІС і обробки зображень».
Відзначимо також, що можлива класифікація інструментальних ГІС і за іншими ознаками, наприклад, за програмною платформою — на працюючі під операційними системами MS DOS, Windows, UNIX або Linux, за моделлю бази даних — на растрові і векторні, за вартістю — наприклад, понад 30 тис. доларів США, від 30 до 4 тис. доларів, від 4,0 до 2,5 тис. доларів і менше 2,5 тис. доларів та за іншими показниками.
ГІС-пакет MapInfo Professional
Пакет розроблений фірмою Mapping Information Systems Corporation (США, Нью-Йорк). Перша (DOS) версія пакета випущена в 1987 p., однак уже на початку 90-х років XX ст. вийшла Windows-версія, що дозволило пакету зайняти лідируючі позиції серед класу настільних (desktop) інструментальних ГІС, які він зберігає до цього часу.
Поточною версією пакета (2005) є версія 8.0, що працює на платформах PC (Window XP Home і Windows XP Professional, a також Windows 98 SE, Windows 2000 Professional SP4, Windows NT 4.0 SP6a) і великих комп'ютерів PowerPC (MacOS), Alpha, RISC (Unix). Вимоги до персонального комп'ютера: оперативна пам'ять — 64 Мб; вільне місце на диску для розміщення пакета — 103 Мб; монітор — 16 або 24-бітовий кольоровий SVGA.
Однією з неофіційних назв пакета MapInfo є «Настільна система картографування» — завдяки його розвинутим можливостям тематичного картографування. Пакет дозволяє створювати тематичні карти таких основних типів: картограми, стовпчасті і кругові діаграми, з використанням значків, щільності точок, якісного фону і безперервної поверхні. Поєднання тематичних шарів і методів буферизації, районування, злиття і розбивкиоб'єктів, просторової й атрибутивної класифікацій дозволяє створювати синтетичні багатокомпонентні карти з ієрархічною структурою легенди.
MapInfo Pro надає можливість редагувати і створювати первинні електронні карти. Оцифрування можливе як за допомогою дигітайзера, так і за сканованим зображенням.
Пакет підтримує растрові формати GIF, JPEG, TIFF, PCX, BMP, TGA (Targa), BIL (SPOT-супутникові фотографії). Універсальний транслятор MapInfo Pro імпортує карти, створені у форматах інших геоінформаційних і САПР-систем: AutoCAD (DXF, DWG), Intergraph/ MicroStation Design (DGN), ESRI Shape-файл, AtlasGIS, ARC/INFO Export (E00). Цифрова інформація з GPS (навігаційних приладів глобального позиціонування) та інших електронних приладів вводиться в MapInfo Pro без використання додаткових програм.
Дані в MapInfo Pro організовані у вигляді кількох однойменних файлів, що несуть певне функціональне навантаження. Виклик карти в MapInfo Pro здійснюється за допомогою головного блока з розширенням .tab, що містить інформацію про тип картографічних даних і пов'язані з ними атрибутивні дані. Файли з розширенням .dat містять геокодовану інформацію (інформацію про географічні координати просторових об'єктів). Зв'язок з атрибутивними даними в реляційних таблицях здійснюється за допомогою файлів-ідентифікаторів з розширеннями .id і .idn.
Обмінним форматом пакета MapInfo Pro є формат, названий розробниками MIF. Це текстовий ASCII-файл, що дозволяє повністю описати базу даних MapInfo. У MIF-файли записується як графічна, так і числова інформація. Причому графічні дані зберігаються у файл із розширенням .mif, а числові — у файл із розширенням .mid. Файли формату обміну MapInfo Pro можуть бути перетворені у формати, доступні іншим програмам.
У MapInfo Pro можна працювати з даними у форматах Excel, Access, xBASE, Lotus 1-2-3 і текстовому форматі. Конвертація файлів даних не потрібна. До записів у цих файлах додаються картографічні об'єкти. Дані різних форматів можуть використовуватися одночасно. В одному сеансі роботи з MapInfo можна мати доступ до віддалених баз даних Oracle, SYBASE, Informix, Ingres, QE Lib, DB2, Microsoft SQL та ін.
Коротко функціональні можливості пакета можна охарактеризувати таким чином:
створення точкових, лінійних, площинних об'єктів; тексту; буферних зон та інших просторових об'єктів;
модифікація стилю оформлення об'єкта і типів об'єктів;
зміна положення вузлів як одного об'єкта, так і групи об'єктів;
оверлейні операції: об'єднання, розрізування, видалення зовнішньої частини, що перекриває;
формування карт із різних шарів, контроль за відображенням шарів і особливостями їх візуалізації залежно від масштабу;
створення тематичних карт і легенд до них;
пошук і геокодування об'єктів;
можливість переходу від проекції до проекції і створення власних проекцій та еліпсоїдів.
Аналітичні можливості пакета MapInfo Professional не настільки великі, як, наприклад, пакета IDRISI, проте вони достатні для розв'язання широкого спектра завдань. Пакет дозволяє вимірювати відстань, довжину, периметр і площу, обчислювати кількість, суму, середнє, мінімальне, максимальне і середнє зважене, виконувати аналіз географічного збігу і включення, а також текстові зіставлення. Нарешті, він має в розпорядженні інструментальні засоби й опції, щоб одержати інформацію з наявних даних. Вони є такими:
Info Tool (Інформація) — надає можливість одержувати інформацію із бази даних у будь-якій точці карти для всіх об'єктів, розміщених на ній;
Statistics Tool (Статистика) — показує суму і середнє число всіх числових полів на всіх записах на поточному виборі; динамічно змінюється з вибором;
Calculate Statistics Option (Обчислення статистичних параметрів) — обчислює мінімум, максимум, амплітуду, суму, середнє, варіацію і середньоквадратичне відхилення одиничного числового стовпця всіх записів при поточному виборі.
MapInfo Pro — відкрита система. Мова програмування MapBasic дозволяє створювати на базі MapInfo власні геоінформаційні системи. MapBasic підтримує обмін даними між процесами (DDE, DLL, RPC, XCMD, XFCN), інтеграцію в програму SQL-запитів. Спільне використання MapInfo Pro і середовища розробки MapBasic дає можливість кожному створити свою власну ГІС для розв'язання конкретних прикладних завдань.
MapBasic містить більше ніж 300 операторів і функцій та характеризується такими рисами, як:
- гнучкість — модульна структура програми, організація циклів, керування процесами, можливість обробки похибок і відгуків на події;
- відкритість — виклик динамічних бібліотек (DLL) або програм, що виконуються, з MapBasic-додатка. Команди мови MapBasic через DDE чи OLE Automation дозволяють керувати пакетом MapInfo Pro з інших Windows-додатків. Доступ до віддалених баз даних через ODBC;
- модифікованість — можливість модифікації меню MapInfо і створення власної специфічної системи меню, діалогів і панелей інструментів.
Версії пакета локалізовані більше ніж на 20 мовах. Зокрема, виконана локалізація пакета MapInfo/MapBasic Professional на російську мову. У постачання російської версії MapInfо входять бібліотеки умовних знаків, ряд утиліт і CAD-функцій, що розширюють можливості пакета відповідно до вимог російського ринку геоінформаційних систем.
2) Програмне ГІС-забезпечення компанії ESRI (США)