⏳Время прочтения: 8 минут
ГИС (географические информационные системы) — часто незаметная, но важная часть рабочих процессов организаций и нашей повседневной жизни. Движение транспорта, доставка товаров, строительство зданий, помощь в чрезвычайных ситуациях — все эти процессы происходят в пространстве. Чтобы решать связанные с ними пространственные задачи, есть комплекс готовых методов, который и реализован в геоинформационных системах.
Объясним простыми словами, что такое ГИС, и из чего состоят геоинформационные системы, а также приведем реальные примеры, как ГИС применяют для решения задач.
Что такое ГИС
У слова ГИС два определения, которые специалисты используют примерно с одинаковой частотой:
1) ГИС — это система хранения, обработки и анализа данных, содержащих информацию о пространственном положении объектов и явлений. Можно представить ГИС как базу данных с географическими координатами объектов, которая совмещена со специальными инструментами для анализа и трансформации этих данных.
2) ГИС — это также программное обеспечение, в котором проводятся эти процессы с данными. Популярное ГИС ПО: QGIS, ArcGIS и другие продукты Esri, Google Earth Engine, GRASS GIS, Аксиома, Панорама. Сейчас ГИС в значении «система данных» обрабатывается именно в таком программном обеспечении.
Как не запутаться?
Со временем по контексту становится понятно, какое из двух определений имеется в виду. Если мы говорим, что предприятие создало свою ГИС, значит, предприятие создало систему для хранения и обработки геоданных, чтобы вся пространственная информация хранилась в одном месте для анализа. А если кто-то собирается обработать данные в ГИС — значит, данные будут преобразованы в специализированном ПО, таком как QGIS, ArcGIS, Панорама или других похожих программах.
Основные компоненты ГИС: словарик
Разберем важные термины, которые встречаются при работе в геоинформационных системах.
Геоданные (также пространственные данные, данные с геопривязкой) — это данные об объектах и явлениях, расположение которых определено в пространстве с использованием географических координат. Геоданные могут храниться в специальных пространственных форматах: шейп-файл, GeoPackage, GeoJSON и других. Но еще их можно встретить и в неспецифических форматах: если таблица .CSV содержит пары координат, ее можно открыть в ГИС, и она уже считается файлом с геоданными.
Слой — это отображение файла геоданных в ГИС. При открытии разных файлов для одной территории они накладываются друг на друга, слой за слоем, один поверх другого. Такой способ отображения геоданных помогает найти пространственные закономерности между объектами и явлениями, и таким образом сделать новые выводы.
Если мы откроем файл с расположением зданий в ГИС, он откроется в виде слоя. Когда откроем файл с точками магазинов и расположим его поверх слоя зданий, магазины покажутся внутри здания:
Атрибуты — это свойства отдельных объектов слоя, которые записаны в его атрибутивной таблице. Атрибутивная таблица напрямую связана со слоем и помогает проводить анализ, используя отдельные свойства объектов.
У слоя зданий могут быть такие атрибуты, как высота, количество этажей и год постройки. У слоя магазинов — название, тип, время работы, телефон. У слоя улиц — название, ширина, покрытие. А может быть и файл без дополнительных атрибутов: просто точки в пространстве с координатами, о назначении которых знает только создатель файла.
Векторные и растровые данные — разные модели хранения данных, которые наиболее часто используются в геоинформационных системах. Здесь все похоже на форматы изображений: растры — это матрицы из множества ячеек со значениями, а векторы — это геометрические объекты: точки, линии и полигоны. Чтобы лучше разобраться, почитайте про разницу векторных и растровых данных.
Проекции и системы координат — если кратко, это системы отображения сложного пространства Земли на плоскость. Но это одна из самых сложных тем в ГИС, понимание которой необходимо, чтобы слои отображались относительно друг друга корректно, а слой магазинов не улетел в Атлантический океан.
Читайте дополнительные материалы на эту тему:
Из чего состоит работа в ГИС
Со стороны может показаться, что основная работа ГИС-специалистов — создание карт. Однако это не главный и даже не всегда обязательный этап. Работа в ГИС в основном состоит из сбора данных, их обработки и анализа.
Есть много базовых инструментов анализа, с которыми ГИС-специалисты часто взаимодействуют для решения разных задач, от анализа подтоплений до изучения передвижения медведей.
К инструментам векторной обработки относятся буферизация, объединение, обрезка, агрегация и другие инструменты, связанные именно с геометрией объектов. Чтобы лучше разобраться в них, читайте отдельный материал про обработку векторных слоев.
К инструментам растрового анализа относится обрезка растров, реклассификация, растровая алгебра, расчет зональной статистики, ресемплинг и другие методы, связанные с обработкой информации в ячейках растра.
Инструментов ГИС-анализа много, но знать наизусть требуется не все, а только самые распространенные. В любой момент может появиться новая задача, которая решается специфическим инструментом, скрытым за несколькими панелями меню, поэтому на рабочих местах ценится не знание отдельных кнопок, а понимание фундаментальных принципов геоанализа и принципы обработки данных.
Знать все инструменты необязательно и даже невозможно. Сфера ГИС интересна тем, что одну и ту же задачу можно решить разными способами. Геоинформационный анализ похож на конструктор, и в нем важно уметь разбить задачу на составные шаги, соответствующие отдельным инструментам или принципам работы с данными.
Зная отдельные инструменты или методы, всегда можно сложить свое решение с нуля, и именно в этом ценность хорошего геоспециалиста.
Программное обеспечение ГИС
Программное обеспечение ГИС — это чаще всего десктопные программы, хотя бывают и мобильные приложения или веб-решения в облаке. Одна из самых популярных десктопных программ — приложение QGIS, которое два года подряд было самым используемым ПО по результатам нашего опроса геоспециалистов.
Три причины работать в QGIS:
- он бесплатный и открытый: никаких оплат и подписок
- у него есть много подключаемых модулей для решения специализированных задач
- он хорошо интегрируется с Python, PostGIS и другим программным обеспечением, что позволяет встроить его в многие крупные проекты, не меняя их структуру.
Применение ГИС в реальном мире
Геоинформационные системы помогают оптимизировать процессы компаний из очень разных сфер. Ниже примеры применения геоинформационных систем в разных сферах и разных задачах.
Городское планирование, архитектура, строительство
Одна из самых широких сфер применения ГИС — градостроительство. Без геоанализа здесь невозможно проектирование зданий и инфраструктуры, составление долгосрочных планов развития города и повышение комфортности городской среды для людей.
Вот конкретные примеры:
- Выбор участка под строительство с учетом рельефа и инженерных сетей, чтобы не строить объекты на болоте или поверх трубы
- Расчет доступности зеленых зон в разных районах и принятие решения, где расположится новый парк
- Поиск лучшего места для строительства новой школы — это делается с учетом плотности населения, транспортной доступности уже существующих школ и других факторов
- Градостроительный анализ территорий под застройку
- Создание генеральных планов городов и правил землепользования и застройки
- Умные города — управление энергией и оптимизация регулярных городских процессов
- Планирование освещения улиц — анализ, где не хватает уличных фонарей, основанный на данных о ДТП и жалобах жителей
- Оценка инсоляции зданий — моделирование, сколько солнца попадает в квартиры в течение дня и года.
Охрана окружающей среды и управление природными ресурсами
Примеры применения геоинформационных систем в экологических задачах:
- Отчеты об экологическом воздействии предприятий включают в себя пространственный анализ. В нем может быть рассчитано предполагаемое распространение загрязняющих веществ, шумовое воздействие или подтопление
- Анализ распространения инвазивных видов в регионе поможет вовремя начать превентивные меры для предотвращения биологических инвазий
- Мониторинг вырубки лесов: сравнение спутниковых снимков за разные годы поможет определить, где исчезли лесные массивы
- Оценка загрязнения рек — сбор данных о сбросах и моделирование распространения загрязнения поможет выявить участки с наибольшим риском для экосистем.
Бизнес и маркетинг
Компаниям тоже важно управлять пространственными данными и анализировать их. Геоинформационные системы помогут им решить такие задачи:
- Выбор места для открытия магазина или новой точки бизнеса — в ГИС можно определить место, где много пешеходов, мало конкурентов и есть целевая аудитория
- Анализ спроса по районам — геоанализ поможет определить, где чаще заказывают определенные товары или услуги., выделить самые покупающие регионы и рекламировать товары только в них
- Разработка приложений для внутреннего использования. Собственные геоинформационные продукты нужны компаниям для внутренней навигации или для хранения всей геопространственной информации в одном месте. Или компания может создать удобную веб-карту на своем сайте с локациями всех филиалов и информацией по наличии продукции для пользователей.
Геология и нефтегазовая промышленность
Некоторые задачи, в которых помогает ГИС:
- Геологические инженерные изыскания, разработка месторождений
- Прокладка трубопроводов и строительство другой инфраструктуры
- Поиск залежей полезных ископаемых: совмещение геологических карт и результатов бурения для более точного планирования разведки
- Планирование и отображение линий электромагнитной разведки
- Оценка риска оползней: анализ уклонов, типов почв и осадков, чтобы заранее предупредить об опасных зонах.
Навигация, транспорт и логистика
Маршруты и навигация — огромная часть работы геоспециалистов, которая нужна в разных сферах:
- Проектирование новых маршрутов общественного транспорта, разгрузка существующих, добавление новых неохваченных районов в систему ОТ
- Реагирование на чрезвычайные ситуации и ликвидация последствий стихийных бедствий
- Поиск мест для новых складов или хабов крупных компаний: анализ трафика, спроса и близости к основным дорогам
- Построение маршрута с учетом пробок и дорожных работ — то, что делают навигаторы, но с использованием карт в реальном времени.
- Поиск ближайших объектов — например, аптек или заправок, с учетом текущего местоположения пользователя.
Гео-приложения и повседневная жизнь
Даже люди, которые не работают с пространственными данными, регулярно с ними взаимодействуют. Все мы строили маршруты до новых мест в картографических приложениях или вбивали в поиск «кафе рядом со мной». Это тоже геозадачи, решения которых уже встроены в приложения, доступные для пользователей.
Другие примеры повседневных задач с геоданными:
- Ориентирование в городе с помощью картографических приложений
- Планирование путешествия с учетом карт достопримечательностей, уклонов, маршрутов транспорта и рекомендаций по районам
- Проверка рисков перед покупкой дома — есть ли поблизости промзона, свалки, затопляемые территории, хорошо ли освещена квартира.
Начало работы с ГИС, или как начать обрабатывать геоданные
Возможности геоинформационных систем помогут поднять процессы компаний на новый уровень, оптимизировать решения и даже привлечь новых клиентов. Как действовать дальше — зависит от ваших целей.
Если вы хотите внедрить или подтянуть ГИС в компании:
- Обучите своих сотрудников, чтобы повысить внутренние компетенции и решать новые задачи всей компанией
- Возьмите на работу геоспециалистов: выложите вакансию или посмотрите резюме
- Закажите работу у подрядчиков, если нужно создать инструмент для внутреннего пользования. Если есть конкретный вопрос, закажите консультацию с экспертом, чтобы найти исполнителя для своей работы или узнать, как решить ГИС-задачу.
Если вы хотите освоить ГИС как специалист:
- Читайте открытые материалы. В открытой документации QGIS есть не только описание работы функций программы, но и основы работы с геоданными. Другие уроки по отдельным инструментам можно найти в интернете или на страничке ГИС-туториалы по QGIS и не только.
- Открытый урок в QGIS: пошагово создаем городскую раскраску. Лучшее обучение — это практика, поэтому попробуйте себя в первом проекте, где вы научитесь работать со слоями и настраивать им стили, а в итоге получите городскую раскраску.
- Онлайн-курс по работе с QGIS с видео и текстовыми материалами. Проходите курс самостоятельно в любое удобное время или подождите открытие группового набора с проверкой заданий и обратной связью эксперта.
В интернете есть много материалов по работе в геоинформационных системах, но помните, что настоящие навыки появляются только на практике. Решайте сначала базовые задачи, потом подключайте более сложные инструменты, экспериментируйте с ГИС и узнавайте новые закономерности благодаря пространственному анализу ☀️
Материал подготовила Юлия Федорова