Содержание к диссертации
Введение
1 Предпосылки создания сейсморазведочной информационно-поисковой системы 10
1.1 Общие тенденции информатизации общества 10
1.2 Некоторые проблемы организации разноструктурированной информации 13
1.3 Общие сведения о сейсморазведке 14
1.4 Сейсморазведочные данные 17
1.5 Требования к системам и технологиям 20
1.6 Существующие информационные системы геолого-геофизической информации 21
1.6.1 Общие сведения о системе РБЦГИ-УВ 22
1.6.2 Общие сведения о технологии PetroBank 23
1.6.3 Анализ существующих информационных систем геолого-геофизической информации 25
1.7. Выводы и постановка задач исследования 27
2 Структура информационно-поисковой системы 28
2.1 Анализ информационных потоков 28
2.2 Архитектура информационно-поисковой системы 30
2.3 Разработка форм регистрации параметров сейсморазведочной информации 32
2.4 Общие представления баз данных 37
2.5 Общая схема организации электронного архива 39
2.6 Структура программного комплекса информационной системы 41
2.7 Алгоритм функционирования разрабатываемой информационной системы 44
2.8 Технологическая схема формирования и поддержки информационной системы 47
2.9 Организация безопасности данных системы 49
2.9 Аппаратная реализация информационной системы 51
2.10 Вывод к главе 2. 52
3. Проектирование базы данных и программного комплекса информационно-поисковой системы 53
3.1 Организация электронного архива 53
3.2 Организация реляционных баз данных. 55
3.2.1 Структура базы данных описательной части сейсморазведочных материалов 55
3.2.2 Структура базы данных хранилища архивных объектов 71
3.2.3 Организация метаданных системы 77
3.3 Организация данных файловой структуры 81
3.4. Выбор средств разработки информационной системы 85
3.5 Функционирование программного комплекса информационной системы 87
3.6 Организация доступа и безопасность данных 104
3.7 Сравнительный анализ работы информационно-поисковой системы с аналогами 108
3.7.1 Аппаратная реализация 108
3.7.2. Организационная структура 109
3.7.3 Анализ функциональности 110
3.7 Вывод к главе 3 111
4 Применение геоинформационных систем для информационно-аналитической поддержки решения задач в сфере поиска полезных ископаемых 112
4.1 Общие сведения о ГИС . 112
4.2 Разработка программного комплекса 119
4.2.1 Выбор программных средств 120
4.2.2 Алгоритм формирования данных для ГИС. 120
4.2.3 Функционирование программного комплекса 123
4.3 Использование программного комплекса 127
4.4 Вывод к главе 4 131
Заключение 132
Литература 134
Приложение А 142
- Анализ существующих информационных систем геолого-геофизической информации
- Алгоритм функционирования разрабатываемой информационной системы
- Структура базы данных описательной части сейсморазведочных материалов
- Функционирование программного комплекса
Введение к работе
Проблема интеграции разнородной информации различной структуры в единое информационное пространство стоит во многих сферах деятельности человека связанных с использованием архивных материалов и обработкой больших потоков цифровых массивов данных. Разработка методов и технологий, позволяющих повысить эффективность организации и использования сложноструктурированной информации, остается актуальной и перспективной задачей в научных исследованиях. Сфера поиска и разработки месторождений полезных ископаемых является одним из примеров, где интеграция данных различного вида и структуры в единое информационное пространство существенно повышает информативность и эффективность исследований.
Технический прогресс изменил не только технологии потребления минеральных ресурсов, но и методы и средства их поиска, применение которых повышает эффективность поисковых работ и увеличивает объем данных о недрах. Управление возрастающим потоком геологической информации стало насущным вопросом в недропользовании, для решения которой привлекаются новейшие информационные технологии.
Задаче разработки и реализации информационных систем в недропользовании уделяется большое внимание Министерством природных ресурсов Российской Федерации. Непосредственно эту проблему курирует ГлавНИВЦ в рамках «Программы по созданию государственного банка цифровой геологической информации и информации о недропользовании в России» (Постановление коллегии РОСКОМНЕДРА "О создании информационной компьютерной системы в области геологического изучения и использования недр" от 10.08.93 г.).
Представленная работа посвящена разработке информационной системы для повышения эффективности одного из геофизических поисковых методов -сейсморазведки.
Основные принципы функционирования разработанной системы можно
распространить и на другие области, характеризующиеся
разноструктурированными данными.
Сейсморазведка является одним из важнейших геофизических поисковых методов исследования геологического строения осадочного чехла земной коры, основанным на изучении полей упругих волн, возбуждаемых искусственным путем. Данные сейсморазведки применяются, главным образом, при решении задач поиска месторождений полезных ископаемых.
Возможность автоматизации процесса доступа к разнородным данным, их анализа и принятия решений позволит повысить эффективность управления и использования данных сейсморазведки в процессах поиска полезных ископаемых.
В работе были использованы данные сейсморазведки, полученные на территории Красноярского края.
Цели исследования.
Целью работы является разработка сейсморазведочной информационно-поисковой системы для решения задач в области планирования полевых работ, обработки и интерпретации материалов сейсморазведки, позволяющей объединить данные различного вида и структуры в единое информационное пространство.
Задачи.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Разработка оптимальной архитектуры и структуры сейсморазведочной
информационно-поисковой системы с применением ГИС-технологий,
позволяющей объединить данные различного вида и структуры и
минимизировать аппаратную реализацию системы;
Разработка технологической схемы формирования базы данных системы, основанной на предложенной структуре и позволяющей снизить трудовые затраты при администрировании данных;
Разработка алгоритмов и программных средств формирования базы данных, средств доступа и первичного анализа данных и оценка эффективности использования разработанной информационной системы на основе данных, полученных на территории Красноярского края в производственном режиме.
На защиту выносятся следующие положения:
Архитектура сейсморазведочной информационно-поисковой системы, с эффективной аппаратной реализацией функцией системы - «стоимость -быстродействие», обеспечивающая интеграцию данных различных типов и структуры;
Технология формирования и поддержки баз данных информационной системы, позволяющей минимизировать трудозатраты администрирования информационных ресурсов системы по сравнению с известными современными аналогами;
Алгоритмы и программное обеспечение информационной системы, обеспечивающие целостность разноструктурированных данных и позволяющие повысить скорость формирования пакетов сейсморазведочных данных для решения задач планирования и проведения полевых работ, обработки и интерпретации информации.
Научная новизна работы состоит:
1. Предложена архитектура информационной системы с
использованием различных методов и технологий организации данных,
учитывающих методику получения, виды и структуру информации,
объединяющую разнородные данные в единое информационное
пространство и позволяющая оптимизировать аппаратную реализацию
системы.
Разработаны алгоритмы и программные средства формирования, поддержки и управления разноструктурированными данными, в частности данными сейсморазведки, позволяющих уменьшить сроки подготовки пакетов информации и увеличить эффективность администрирования данных.
Разработана технология формирования и поддержки целостности данных, позволяющая минимизировать трудозатраты в администрировании баз данных информационной системы.
Практическую ценность представляет разработанная и адаптированная к информационным ресурсам крупного предприятия информационная система, позволяющая повысить эффективность использования разноструктурированных данных сейсморазведки. Применение ГИС-технологий дает возможность визуального восприятия информации об изученности сейсморазведкой территорий, оперативно производить первичный анализ данных и вырабатывать оптимальные управленческие решения.
Производственная апробация предлагаемых разработок выполнена в ЗАО «Красноярскгеофизика».
Апробация работы. Результаты исследований, основные теоретические результаты, а также практические результаты разработок были представлены на научных конференциях: Третья региональная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы природопользования и пути эффективного освоения минеральных ресурсов Эвенкии» (Красноярск - Тура, 2001), Вторая, Третья межрегиональные специализированные выставки-конгрессы «Нефть и газ» (Томск, 2001, 2002). Восьмая всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы информатизации региона 2003» (Красноярск, 2003).
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.
Во введении показана актуальность темы исследования. Отмечена научная
новизна и поставлена цель исследования.
В первой главе освещены проблемы информатизации общества в общем и сферы поиска полезных ископаемых в частности. Проведен анализ существующих информационных систем. На основе анализа сделаны выводы о недостатках существующих средств накопления и организации геофизических данных.
Во второй главе представлена структура информационной модели, в соответствии с которой велась разработка информационной системы. Предложена технологическая схема наполнения баз данных информационной системы.
В третьей главе раскрыты вопросы формирования и построения баз данных. Приведены результаты практической апробации разработанной системы.
В четвертой главе реализована технология использования географических информационных систем (ГИС) в качестве средств пространственного представления изученности территорий сейсморазведкой.
В заключении перечисленные достигнутые цели, полученные результаты и сформулированы выводы по диссертационной работе.
В приложении А представлена схема изученности территории сейсморазведкой, полученная по данным, сформированным с помощью механизма построения запросов программного комплекса системы.
В приложении Б представлены авторские свидетельства, зарегистрированные по данной работе.
В приложении В представлены акты об использовании разработанной информационной системы.
Публикации. По теме диссертации имеется восемь публикаций, из них четыре статьи и доклада на конференциях и четыре авторских свидетельства.
Анализ существующих информационных систем геолого-геофизической информации
В настоящее время развитее информационных технологий в нашей стране переживает бум. Прежде всего, это связано с поздним, по сравнению с западным миром, переходом экономики страны в рыночные отношения. Следствием этого является запоздалая компьютеризация российского общества. В данный момент России необходимо пройти весь процесс компьютеризации, который длился в развитых странах десятилетия, в сжатые сроки. Процесс информатизации коснулся всех областей жизни страны: от гигантов промышленности до человека как персоны. Такие процессы в обществе ввели новые представления о материальных ценностях. Этому свидетельствует выделение такого продукта как информация, спрос и цена на которую увеличиваются с большой скоростью. Появился такой термин как «информационное общество», характеризующий взаимодействие людей в информационном пространстве.
Информационное общество изменяет не только весь уклад жизни, систему ценностей, он изменяет саму жизнь общества, где значимым являются не материальные блага, а культурный досуг, т.е. здесь производится и потребляется интеллект, знания, что приводит к увеличению доли умственного труда. От человека требуется способность к творчеству, возрастает спрос на знания [1].
Как отмечается в исследованиях, процесс информатизации сталкивается с рядом таких серьезных факторов, как разработка концепции информатизации, проблем выбора аппаратных и программных платформ, проблем выбора между готовым программным комплексом и собственной разработкой и т.д. Кроме решения описанных выше проблем необходимо подготовить человека к быстрому восприятию и обработке больших объемов информации, овладению современными средствами, методами и технологией работы. Здесь в процесс информатизации включается так называемый «человеческий фактор».
Основной тон информатизации общества задает власть, которая координирует данный процесс различными нормами и программами. И в каждой сфере этот процесс имеет свои особенности. В некоторых сферах деятельности общества процесс информатизации напрямую связан с вопросом о «границах» компьютеризации, о том, что доступно и что не доступно формализации, которая составляет сущность компьютерных технологий. Такими являются отрасли, напрямую затрагивающие моральные и личные сферы человека: это образование, медицина, социальная сфера.
Так интересным с этой точки зрения являются исследования в системе социального страхования по методологическим проблемам компьютеризации, которые проводятся под руководством шведского ученого Бу Геранзона [1]. Итогом этих исследований являются выводы, в которых указывалось на преимущества компьютеризированного управления. Оно сводилось к рационализации и унификации обслуживания клиентов. Фактически произошел процесс замены ручного труда на автоматизированный. Это позволило увеличить скорость рассмотрения дел и уменьшить персонал. Тем не менее, многочисленные экспертные оценки показали, что в системе социального страхования есть такие области, которые не поддаются формализации и автоматизации.
Другим примером являются медицинские информационные системы. Следует подчеркнуть, что от остальных они отличается прежде всего тем, что в них хранится и обрабатывается информация, всесторонне определяющая социальный статус человека, а это обуславливает особую форму отношений между теми, кто формирует, и теми, кто использует данные [2]. Здесь помимо достоверности, на информацию накладывается нравственный характер. Проблема информатизации в нашей стране столкнулось и с другой стороной вопроса - административной системой управления, которая в некоторых сферах сохранилась по сей день. Так развитее медицинских информационных систем сталкивается с организационным уровнем здравоохранения, которое существует как административная система, и все попытки создать на ее основе информационную систему (ИС) носят эпизодический характер.
Следующим примером информатизации можно привести электронное картографирование. Россия отстала от передовых стран мира по уровню развития цифровой картографии. Причины этого не только в отсталости технической базы и запоздавшей компьютеризации, но и в огромных пространствах страны. Наша страна до сего времени не имеет своего национального электронного атласа. Многие данные, необходимые для картографирования, и особенно социально-экономические сведения, долго оставались засекреченными. Но в 1996 году картографическая служба России совместно с Академией наук, Московским университетом и другими организациями разработали крупный проект создания. Национального атласа России и будет содержать комплексные характеристики всех геосфер и историю их развития и включать в себя четыре тома. Тома содержат большие блоки карт общегеографических, природы и ресурсов, населения и экономики, экологического состояния, истории России [3].
Другой проблемой в информатизации является накопленная информация за историю существования современной цивилизации. Так в геологии объем уже накопленных и представленных в компьютерном виде данных по всему миру исчисляется тысячами терабайт, что значительно превосходит компьютеризированные данные по другим отраслям человеческой деятельности. При этом ретроспективного материала, представленного в виде рукописей, снимков, образцов и т.д., для перевода в цифровые форматы достаточно много. Продолжает оставаться актуальной проблема представления и использования специфической для геологии информации, имеющей явно выраженную пространственную составляющую: карты, натурные измерения, данные дистанционного зондирования Земли и др. В этой связи географические информационные системы (ГИС) прочно вошли в список обязательных инструментов геологов и геофизиков
Еще одно направление ускоренного прогресса в области информатизации геологических отраслей - технологии телекоммуникации. Средства ESfTERNET делают доступными информацию и мощнейшие обрабатывающие программно-аппаратные комплексы для специалистов, в какой бы точке Земли они не находились [4].
Таким образом, в настоящее время развитие информационных средств накопления и организации данных остается весьма актуальным, а процесс исследования и поиска оптимальных путей информатизации различных сфер деятельности человека и продолжает быть перспективным направлением научной деятельности.
Алгоритм функционирования разрабатываемой информационной системы
Модуль «Администратор» служит в основном для отладки системы и выполнения специальных функций, таких как формирование базы метаданных системы, формирование пространственно-атрибутивной информации для работы с геоинформационными системами, администрирование справочников.
Заключительным этапом функционирования информационной системы является пространственная визуализация изученности сейсморазведкой территории с использованием средств географических информационных систем (ГИС). Возможности современных ГИС способствует широкому их применению в системах управления, поскольку позволяет использовать естественные способности визуального восприятия человеком информации для принятия решений.
Более подробное описание программного комплекса системы, а также его функционирование будут рассмотрены далее.
Анализ наиболее часто возникающих управленческих задач показывает, что типовой программный комплекс информационной системы хранения данных должен обеспечивать выполнение функций ввода, хранения, первичного анализа, построения запросов и формирование отчетов, средств поиска, экспорта-импорта информации и визуализации данных системы. Выполнение каждой перечисленной функции обеспечивается программным комплексом, отдельной программой или встроенной в приложение функцией. Все операции в системе основаны и выполняются над информацией из базы данных. Поэтому, первоначальным действием в работе с системой является занесение информации в базу данных. Схема формирования базы данных представлена на рисунке 2.6.
После ввода информации в ЭВМ, данные проходят форматный, а за тем логический контроль.
Форматный контроль предусматривает проверку формата вводимых значений. Если встречаются недопустимые значения, то информация считается неправильной и выдается сообщение об ошибке. Для упрощения форматирования данных в системе разработаны ряд классификаторов и справочников. Администрирование справочников производится в специальном режиме работы программного комплекса пользователями, имеющие соответствующие роли.
Логический контроль предусматривает проверку определенных отношений между объектами базы данных. Здесь выполняется проверка целостности и уникальности информации. Если эти условия не выполняются, то системой выдается ошибка ввода данных. Выдача сведений из информационной системы осуществляется через функции формирования запросов и отчетов, поиска и экспорта данных. Типичная схема вывода информации из системы представлена на рисунке 2.7.
Доступ к данным системы осуществляется с помощью соответствующих программных модулей и регламентирован установленными правилами для пользователей системы. Если у пользователя нет прав на доступ к данным того или иного раздела базы данных, выдается соответствующее сообщение. Далее пользователь вводит или выбирает условия отбора информации из системы. Этап проверки допустимости условия отбора контролирует правильность формата введенных в условие данных, а также осуществляет логический контроль вводимого условия. На этапе формирования SQL запроса система переводит параметры условия, введенного пользователем, в соответствие с требованиями конструкций SQL, в соответствии с которыми формируются подмножества базы данных системы.
Возможности функционирования программного комплекса, а также его конфигурация зависит от вида привилегий, установленных пользователю. Как видно на схеме, выделяется два автоматизированных рабочих места (АРМ), обслуживающие входящие информационные потоки. Первое автоматизированное рабочее место (АРМ1) обслуживает содержательную часть данных, т.е. полевой материал, временные разрезы и другую неструктурированную информацию, прошедшую этап архивации и записанную на цифровые носители. Здесь же идет формирование базы данных ссылок хранилища архивных объектов, с помощью которой производится навигация по архиву. Программным обеспечением АРМ1 служит модуль «Архив». Второе автоматизированное рабочее место (АРМ2) обслуживает описательную и топологическую части сейсморазведочных материалов. Здесь идет формирование основной базы данных системы, а также формируются пространственные данные. Программным обеспечением АРМ2 служит модуль «Сейсморазведка». В программных модулях реализованы возможности администрирования данных в соответствующих частях информационной системы. Ведущим модулем служит модуль «Сейсморазведка». Только после регистрации объекта в модуле «Сейсморазведка» дается возможность вести дальнейшую работу с этим объектом в других частях базы данных. Таким образом, функционирование АРМ2 является определяющим для поддержки целостности всей базы данных. Для нормального функционирования информационной системы требуется формирование рабочей группы, состоящей из специалистов предметных областей, одновременно владеющих компьютерными информационными технологиями, а также специалистов по системно-техническому обслуживанию электронного оборудования (включая вычислительные сети) и программистов для работы с базовыми информационными системами: СУБД ORACLE, ГИС Arc View. Рекомендуемая структура группы по обслуживанию информационной системы: Геофизик - администрирование описательной и топологической частей информационной системы. АРМ2, модуль «Сейсморазведка». Геофизик - администрирование содержательной части информационной системы, администрирование хранилища архивных объектов. АРМ1, модуль «Архив». Техник-геофизик - архивирование данных, запись данных на носители информации. Инженер-программист — программное администрирование системы в целом, поддержка целостности баз данных. Инженер-электронщик - аппаратная поддержка информационной системы.
Структура базы данных описательной части сейсморазведочных материалов
Файл описания отражающего горизонта содержит список профилей определенной партии, по которым был выделен данный горизонт. Первая строка файла - служебная. Здесь отражена служебная и сопутствующая информация, которая используются программным комплексом системы. Остальные строки файла имеют постоянную структуру. Первый параметр в строке отражает уникальный идентификатор профиля, по которому выделены параметры отражающего горизонта, взятый из реляционной базы данных, второй - пользовательское название профиля, третий - код автора, который выделил описываемый горизонт, взятый из справочника авторов SEYS.AVTOR, четвертый - фамилия и инициалы автора. Все параметры разделены между собой точкой с запятой. Название файла соответствует названию отражающего горизонта с расширением «.hor»
Первая строка файла описания параметров горизонта, название которого формируется из уникального идентификатора профиля из реляционной базы данных и кода автора через «_» с расширением «.hor» - служебная строка, использующаяся программным комплексом системы. Остальные строки файла имеют постоянную структуру и содержат параметры, разделенные между собой точкой с запятой. Первый параметр отражает пикет профиля, второй - координату Y, третий - координату X, четвертый - отметку глубины выделенного отражающего горизонта, пятый - средняя скорость, шестая -время прохождения сейсмической волны, седьмой - статическая поправка.
Связь с реляционной базой данных устанавливается с помощью поля HORJND таблицы SEYS.PARTIA или SEYS.PARTIA_3D, где перечислены все горизонты, выделенные по партии. Название горизонта является названием директории третьего подуровня. Эта директория содержит файл описания отражающего горизонта и файлы параметров по горизонту. Все файлы и директории создаются и удаляются программным комплексом автоматически.
До недавнего времени считалось, что самым эффективным инструментом при применении компьютеров для прикладных систем обработки и хранения данных являются не универсальные алгоритмические языки высокого уровня, а специализированные языки для создания систем управления данными. Но в последнее время этот вопрос оказался спорным в связи с появлением ряда языков высокого уровня, ориентированных на работу с базами данных. Два из них были выпущены фирмой Borland и называются Delphi и Borland С++ Builder. В состав этих пакетов включены наборы утилит, позволяющих осуществлять непосредственное управление данными различных СУБД. С другой стороны ориентация языка высокого уровня на работу с базами данных позволяет создать программные продукты с низкими запросами к системе, в которой они работают. Характеристики готовых прикладных пакетов определяются, прежде всего, принятой в СУБД организацией данных и типом используемого транслятора. В качестве языка написания системы была выбрана среда Delphi 6.0 фирмы BorIand,no3TOMy все дальнейшие ссылки будут именно на нее. По способу установления связей между данными различают реляционную, иерархическую и сетевую модели.
Реляционная модель является простейшей и наиболее привычной формой представления данных в виде таблицы. В теории множеств таблице соответствует термин отношение, который и дал название модели. Для нее имеется развитый математический аппарат, где для баз данных определены хорошо известные операции.
Достоинством реляционной модели является сравнительная простота инструментальных средств ее поддержки, недостатком - жесткость структуры данных (невозможность, например, задания строк таблицы произвольной длины) и зависимость скорости ее обработки от размера базы данных. Для многих операций, определенных в этой модели, может оказаться необходимым просмотр всей базы данных.
Иерархическая и сетевая модели предполагают наличие связей между данными, имеющими какой либо признак. В иерархической модели такие связи могут быть отражены в виде дерева-графа, где возможны только односторонние связи от старших вершин к младшим. Это облегчает доступ к указанной информации, но только если все возможные запросы отражены в виде дерева. Другие запросы не могут быть удовлетворены [41].
Указанный недостаток снят в сетевой модели, где, по крайней мере теоретически, возможны связи "всех ко всем". Поскольку на практике это не возможно, приходится прибегать к некоторым ограничениям. Использование иерархической и сетевой моделей ускоряет доступ к информации в базе данных. Хотя известны попытки создания систем управления базами данных, поддерживающих сетевую модель для персональных компьютеров, в настоящее время реляционные системы лучше соответствуют их техническим возможностям и вполне удовлетворяют большинство пользователей. Скоростные характеристики этих СУБД поддерживают специальными средствами ускоренного доступа - индексированием баз данных. В последнее время при проектировании различного рода информационно-поисковых, справочных и других систем значительное распространение получили реляционные базы данных. Группа реляционных СУБД представлена на рынке программных продуктов очень широко. Это, например, такие системы, как Paradox, dBase, Oracle, Lotus, FoxPro, Clipper, Access и др., при этом Oracle является наиболее популярной системой для реализации промышленных баз данных клиент-серверной архитектуры. Delphi позволяет объединить в себе возможности одновременной работы со всеми перечисленными выше СУБД, но родным стандартом для него является dBase или Paradox (для них нет необходимости в дополнительных драйверах баз данных).
Функционирование программного комплекса
По возможностям анализа и графического представления пространственно-распределенной информации наиболее мощными инструментами являются геоинформационные системы (ГИС). Разработка ГИС началась в конце 60-х гг. в научных и учебных заведениях Великобритании, Канады и России. В то время на основе существующих автоматизированных систем пытались создать картографический банк данных, но так как графические данные требуют больших объемов дисковой и оперативной памяти, данная технология не смогла успешно реализоваться.
В конце 80-х гг. появилась новая технология, позволяющая привязать базы данных к графическому изображению, примерно в тоже время появился и термин «геоинформационные системы».
Есть много определений, одно из них более широко характеризует ГИС как информационную систему, обеспечивающую сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных [61].
Назначение ГИС может быть самое различное: земельно-кадастровое, социально-экономическое, геологическое, навигационное, транспортное, торгово-маркетенговое и т.д., но вне зависимости от проблемной ориентации при создании ГИС можно выделить некоторые общие этапы, что позволяет создавать многоцелевые ГИС, существенно экономя на их разработке. Есть много версий этапов проектирования ГИС, приведем некоторые из них. Так этапы создания ГИС подразделяются на: Редакционно-подготовительные работы; Создание проекта работ в среде ГИС; Ввод графической информации; Ввод семантической информации; Предварительная обработка графической и семантической информации; Формирование исходных цифровых карт и семантических баз данных; Формирование тематических цифровых карт, отвечающих требованиям автоматизированной технологии или задачам, для решения которых предполагается использовать ГИС-технологию; Анализ и интерпретация исходной информации; Тематическое моделирование по конкретной проблематике; Решение проблемных задач, составляющих содержание конкретного производства; Анализ полученных результатов; Решение задач запросно-справочного характера; Составление, оформление и печать выходной картографической продукции; Составление и печать различных справочно-информационных данных; Формирование и поддержка архива данных [62]. Инструментальную среду ГИС представляют в виде функциональных блоков обработки геопространственных данных (ввод, восприятие и переработка информации, хранения и баз данных) [63]. Ввод осуществляется с помощью устройства ввода графической информации методом «дигитализации» с помощью индукционных и оптико-электронных дигитайзеров (в этом случае сразу формируется векторная составляющая) либо посредством получения растровых изображений методом сканирования, с последующей векторизацией растровых изображений. Программы «оцифровывания» должны обеспечивать векторизацию исходных графических данных, редактирование векторизованных данных, фильтрацию и сжатие исходной информации, конвертирование данных в требуемые форматы. На этапе хранения данных используются современные СУБД, среди которых выделяются иерархические, сетевые и реляционные модели. Последняя модель нашла более широкое применение в современных ГИС. Блок обработки включает геометрические операции (вычисление площадей, длин, анализ пространственно-логических отношений, определение принадлежности, операции слияния и т.д.), операции со слоями, оверлинейные операции, расчет и построение буферных зон, операции, связанные с поиском и запросом, операции с текстовыми данными, защиту от несанкционированного доступа, и т.п. В блоке отображения и передачи информации программные средства должны обеспечивать визуализацию пространственных и других графических данных, иметь возможность создания качественных «твердых копий». Немаловажным для ГИС являются техническое и программное обеспечение. Техническое обеспечение ГИС - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для ввода, обработки, редактирования и вывода картографических данных [64]. Программное обеспечение ГИС - совокупность программного обеспечения, выполняющих функции геоинформационных систем [63]. В большинстве случаев ГИС подразделяют на универсальные и специализированные, профессиональные и настольные. К универсальным профессиональным ГИС относят наиболее крупные инструментально-программные комплексы, которые включают специальные графические станции, мощные устройства ввода и вывода, большой набор программных модулей для различных приложений. К таким ГИС традиционно относят Arclnfo, InterGraph . Следующей группой ГИС являются универсальные настольные ГИС. Это ГИС обычно работают на персональных компьютерах, состоят из графического редактора, базы данных, средств для программирования приложений. К таким ГИС относятся: Maplnfo, WinGis, ArcView,GeoDraw. Специализированные ГИС ориентируются на создание только одной группы карт [63]. Инструменты для реализации ГИС-проектов должны отвечать нескольким общим принципам построения [65]: 1. В качестве входной информации могут использоваться растровые и векторные изображения, материалы дистанционного зондирования Земли, результаты геофизических съемок и фактографические данные разнообразных типов, привязанные к пространственным объектам. 2. Должна обеспечиваться совместная обработка различных исходных материалов, как по представлению пространственных данных, так и по атрибутивным данным вне зависимости от применяемой технологии ввода. Система должна быть совместима по формату данных с ведущими системами САПР и ГИС. 3. Программные средства должны эффективно интегрировать пространственные и фактографические данные в одной геоинформационной оболочке, обеспечивая прямые и обратные связи между системами управления пространственными и непространственными данными.
