Krótka
historia GIS
Początki Geograficznych Systemów Informacyjnych sięgają lat
pięćdziesiątych ubiegłego stulecia i wiążą się z rozwojem komputerów.
Mniej więcej dziesięć lat po uruchomieniu pierwszego na świecie
komputera (ENIAC na Uniwersytecie Pensylwania w 1947 roku) firma IBM skonstruowała twardy dysk o pojemności 5 MB
(zbudowany z 50 talerzy o średnicy 61 cm), naukowcy w laboratoriach
firmy Bell stworzyli pierwszy modem. Powstały też wtedy pierwsze
użytkowe zastosowania komputerów (m.in. IBM współtworzył
program SABRE do rezerwacji miejsc w samolotach American Airlines).
 Pod
koniec lat pięćdziesiątych podjęto pierwsze próby
wykorzystania komputerów do tworzenia map tematycznych. Mapy
tematyczne (ang. thematic map) to mapy przedstawiające jedno lub
kilka zjawisk (tematów) występujących na powierzchni Ziemi.
Znalazły one zastosowanie w takich dziedzinach jak meteorologia,
geofizyka czy geologia. Na przełomie lat pięćdziesiątych i
sześćdziesiątych opracowano technikę kreślenia komputerowego a w Wielkiej Brytanii wynaleziono urządzenie wykorzystywane do przetwarzania map i rysunków do postaci cyfrowej. Z biegiem czasu urządzenie
zostało nazwane digitizer.
Pierwsze systemy GIS zostały wykorzystane do przemysłu wydobywczego
ropy naftowej i gazu. Głównym zadaniem systemu było
gromadzenie i inwentaryzacja danych przestrzennych dotyczących
miejsca występowania surowców oraz miejsc ich eksploatacji.
Pierwszym dużym systemem zdolnym zarówno do gromadzenia
informacji jak i do przeprowadzania analiz przestrzennych był
kanadyjski system geograficzny stworzony w latach 1960-1969. Jako
pierwsze, na większą skale, zdecydowało się zastosować GIS,
Kanadyjskie Ministerstwo Przemysłu Wydobywczego i Zasobów
Naturalnych do sprawowania kontroli nad zasobami naturalnymi Kanady.
Z czasem zalety stosowania GIS zaczęto odkrywać również w
innych dziedzinach życia.
Lata siedemdziesiąte to okres prac nad polepszeniem grafiki
komputerowej oraz prace nad rozwojem technik wydruku komputerowego
tworzonych map cyfrowych. Pod koniec lat siedemdziesiątych pojawiły
się pierwsze programy dla GIS wykorzystujące język zapytań (ang.
query languages) służący do wyszukiwania konkretnych informacji z
bazy danych. Powstały wówczas firmy takie jak M&S
Computing przekształcona w Intergraph oraz ESRI (Environmental System Research Institute), które są jednymi
z największych firm zajmujących się tworzeniem oprogramowania GIS.
Kolejnym bodźcem do rozwoju GIS było zastosowanie grafiki
wektorowej przez firmę ESRI. Zasadnicza różnica pomiędzy
rastrową i wektorową metodą kodowania danych polega na zastosowaniu w
tej ostatniej trzech podstawowych elementów graficznych:
wielo-boku (ang. poligon), polilinii (łańcucha, ang. poliline) oraz
punktu.
Kolejnym etapem rozwoju systemów GIS, przypadającym już na
lata osiemdziesiąte, było połączenie baz zawierających graficzny opis
danych przestrzennych z bazami zawierającymi ich opis tekstowy i
numeryczny. Stopniowo też wokół systemów GIS zaczęła
powstawać baza koncepcyjna i teoretyczna, która przyczyniła
się do rozwoju takich dziedzin jak analiza i statystyka danych
przestrzennych czy kartografia komputerowa. Ostatecznie przyczyniło
się to do powstaniem nowej dziedziny nauki określanej jako nauka o
informacji geograficznej (ang. Geographic Information Science,
określaney skrótem GISc dla odróżnienia od systemów
GIS).
Koniec XX wieku w bardzo krótkim czasie przyniósł duży
postęp techniczny. Rewolucyjne odkrycia naukowców
doprowadziły do rozwoju wielu dziedzin naukowych. Dużą pomoc w
rozwoju miało pojawienie się urządzeń pomagających w liczeniu, a później pojawienie się komputerów. Postęp w
dziedzinie informatyki umożliwił powstanie Systemów Informacji
Geograficznej (ang. Goegraphical Information Systems lub amer.
Goegraphic Information Systems) w skrócie nazywanych GIS.
Podanie dokładnej, jednej definicji skrótu GIS sprawia
problem, ponieważ skrót GIS powstał w czasach, kiedy zakres
stosowania GIS był dużo mniejszy niż obecne.
Pod pojęciem skrótu GIS istnieje wiele znaczeń:
-
System Informacji o Terenie (SIT)
-
System Informacji Przestrzennej (SIP)
-
System Informacji Geograficznej
Istnieje podobny problem w zakresie definicji GIS. Różne
definicje przedstawiają i podkreślają różne cechy systemów GIS:
-
GIS jest systemem przeznaczonym do zbierania, przechowywania,
weryfikowania, integrowania, manipulowania, analizowania i
wizualizacji danych, które przestrzennie odniesione są do
powierzchni Ziemi (Hangding Geographic Information :
The Chorlley Report. Departament of the Environment (UK), London
1987)
-
GIS jest systemem do zarządzania, analizy i przedstawiania
geograficznej wiedzy, która wykorzystuje informacje takie jak
mapy, geograficzne zestawy danych
-
GIS to system złożony ze sprzętu, oprogramowania, danych, ludzi,
odpowiedniej organizacji i zasad służących zbieraniu,
przechowywaniu, analizowaniu, rozszerzaniu informacji o obszarach
kuli ziemskiej (Dueker i Kjerne, 1989)
-
GIS jest zautomatyzowanym systemem do gromadzenia, przechowywania,
wyszukiwania, analizowania i wyświetlania danych przestrzennych (Clarke K. : Analytical and Komputer Cartogrphy.
Prentice Hall, 1990)
Większość definicji opisujących GIS mówi nam, ze jest to
system informacyjny,
który w powiązaniu z różnymi danymi przestrzennymi,
odpowiednim sprzętem komputerowym i oprogramowaniem oraz odpowiednio
przeszkoloną ekipą ludzi służy do wprowadzania danych do systemu,
analizy tych danych oraz przedstawiania zebranych danych w postaci
jaką chcemy osiągnąć.
Podstawowe
pojęcia
Systemy Informacji Przestrzennej łączą w sobie wiedze z zakresu wielu
dziedzin: informatyki, geografii, kartografii, geodezji,
administracji, ochrony środowiska, ekonomii, statystyki i wielu
innych. Możemy wyróżnić:
-
Geograficzny System Informacji (GIS)
-
System Informacji o Terenie (SIT lub LIS)
-
System Kreślenia Rysunków Technicznych (CAD)
-
System do Satelitarnego Pozycjonowania Obiektów (GPS)
System Informacji o Terenie (ang. Land Informatoin System)
jest specjalnym rodzajem Systemu Informacji Przestrzennej. Terminem
tym określa się zazwyczaj system informacji przestrzennej obejmujący
stosunkowo niewielki obszar. Zawiera on informacje o podziale
własności terenu, uzyskanych na podstawie bezpośrednich pomiarów terenowych lub na podstawie wielkoskalowych zdjęć lotniczych. Pod
względem dokładności system ten odpowiada mapom wielkoskalowym (skale większe
od 1:5000).
SIT jest narzędziem do podejmowania prawnych, administracyjnych i
gospodarczych decyzji oraz pomoc w planowaniu i rozwoju. Składa się z
baz danych zawierających informacje dotyczące określonego obszaru,
które są systematycznie zbierane i aktualizowane. Podstawą
Systemu Informacji o Terenie jest jednolity sposób
identyfikacji przestrzennej danych w systemie, które można
połączyć z innymi danymi innych systemów.
System kreślenia rysunków technicznych (CAD) służący
do projektowania wspomaganego komputerowo jest jednym z najczęściej
stosowanych systemów przez projektantów. Jednym z
najbardziej znanych oprogramowań jest AutoCad. Rysunki w AutoCad
powstają za pomocą pojedynczych linii, figur, a skończywszy na
opisanych matematycznie krzywych. Wszystkie linie są rysowane w
odpowiednich warstwach. Cały rysunek składa się z warstw
zawierających konkretne obiekty. Rysowane obiekty mogą być
przedstawione w postaci rysunków 2D lub w postaci modeli
przestrzennych z możliwością tworzenia rysunków realistycznych
z uwzględnieniem oświetlenia i rodzaju powierzchni. Do systemu Cad
jest możliwość dodania odpowiedniej nakładki wykorzystującej
specjalistyczne z adania
GPS (ang. Globar Positioning System) potocznie zwany
systemem nawigacji satelitarnej, wykorzystywany jest do określenia
położenia na Ziemi łącznie z wysokością .
System GPS składa się z trzech części :
-
część kosmiczna (ang. Space segment )
-
część kontroli (ang. Control Segment)
-
część użytkownika (ang. User segment)
Część kosmiczna systemu znajduje się na orbicie około
ziemskiej w odległości 20162,61 km nad równikiem. W skład
systemu wchodzą 24 satelity poruszające się po sześciu stałych
orbitach ziemskich. Czas obrotu po orbicie to 1 godz. 57 min. 27
sekund, co umożliwia jednoczesny odbiór sygnału z odbiorników
znajdujących się na ziemi z minimum 5 do 12 satelitów z każdego punktu na Ziemi.
Część kontroli składa się z 5 stacji monitorujących. Z każdego
miejsca na Ziemi jest jednocześnie widocznych co najmniej 5 satelitów
( prawdopodobieństwo widoczności przynajmniej 5 satelitów
wynosi 99.96%). Na Ziemi znajduje się główna stacja kontrolna
(Master Control Station) w Colorado Springs, 4 stacje monitorujące
(Monitor Stations) - Hawaje, Wyspy Wniebowstąpienia, Kwajalein i
Diego Garcia - oraz 6 stacji NGA (National Geospatial Agency) - w
Argentynie, Bahrajnie, Australii, Ekwadorze, Wielkiej Brytanii i USA.
Zadaniem stacji jest kontrola i korygowanie sygnału zegarów
atomowych umieszczonych na satelitach.
Rys.Stacje monitorujące system GPS
Część użytkownika stanowią odbiorniki, których zadaniem
jest odebranie sygnału z satelity i przetworzenie go na
trójwymiarowe współrzędne położenia. Określenie
położenia przy użyciu GPS odbywa się za pomocą pomiaru odległości
odbiornika od satelity. Obliczenia powstają za pomocą pomiaru czasu,
w jakim sygnał nadawany przez satelitę dotrze do odbiornika. Tego
rodzaju pomiar posiada różnego rodzaju błędy, dlatego jest
nazywany pseudoodległoścą. W celu wyeliminowania niektórych
błędów i zwiększenia dokładności pomiarów, stworzono
system korelacji, nazywany jako różnicowy GPS (DGPS, ang.
Diffrentional GPS).
- mgr inż. Katarzyna Wróbel
Literatura:
Katarzyna Wróbel:
Zastosowanie GIS do ewidencji sieci kanalizacyjnej na przykładzie
osiedla Kopernika w Lubartowie, Praca dyplomowa wykonana pod kierunkiem
Prof. M. Kwietniewskiego, Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii
Środowiska.
|
