2. GIS - Geographical Information Systems

  2. GIS 

  2.1 Noţiuni introductive despre GIS (Geographical Information Systems)

  GIS este acronimul provenit de la Geographic Information System (Sistem Informatic Geografic - uneori tradus în forma SIG - limba română). Acest sistem e utilizat pentru a crea, stoca, a analiza și prelucra informații distribuite spațial printr-un proces computerizat. 

  Tehnologia GIS poate fi utilizată în diverse domenii științifice cum ar fi: managementul resurselor, studii de impact asupra mediului, cartografie, planificarea rutelor.

Specific unui GIS este modul de organizare a informației gestionate. Există două tipuri de informație:

·         una grafică care indică repartiția spațială a elementelor studiate și alta sub formă de 

·          bază de date pentru a stoca atributele asociate acestor elemente (de ex. pentru o șosea lungimea ei, lățimea, numărul benzilor, materialul de construcție etc.).

Informația grafică poate fi de două feluri: raster sau vectorială.

     A) Grafica raster este o modalitate de reprezentare a imaginilor în aplicații software sub formă de matrice de pixeli în timp ce

B) Grafica vectorială -este o metodă de reprezentare a imaginilor cu ajutorul unor primitive geometrice (puncte, segmente, poligoane), caracterizate de ecuaţii matematice. 

  2.2 Informaţie tip raster - imagine satelitară - dintr-un sistem GIS

  Specific sistemelor GIS este asocierea unui sistem de coordonate geografic mătricii de pixeli (la imaginile raster) sau vectorilor - procedeul poartă numele de Georeferentiere. Astfel unui obiect (reprezentat fie printr-o imagine, fie printr-un vector) îi este asociată o poziție unică în Sistemul Informatic corespunzător poziției geografice din lumea reală.

  Datorită informațiilor asociate graficii, Sistemele Informatice Geografice beneficiază de toate oportunitățile de interogare pe care le oferă sistemele moderne de baze de date și în plus pot oferi ușor analize orientate pe anumite zone geografice - așa numitele hărți tematice.
  Un exemplu comun de Sistem Informatic Geografic îl reprezentă Sistemele de Navigație. Harta rutieră în formă vectorială este georeferențiată astfel încât Sistemul de Poziționare Globală (Global Positioning System - GPS) să poată indica poziția exactă a autovehiculului. Planificarea rutei este în fapt o hartă tematică obținută în urma unei interogări spațiale (căutarea distanței celei mai scurte între două puncte) combinată cu o interogare a bazei de date asociate drumurilor din hartă astfel încât să fie respectate o serie de condiții (limitări de viteză, gabarit, sensuri de circulație, interdicții, etc.).
  Datorită impactului pozitiv, sistemele software GIS s-au dezvoltat foarte mult. Există pe piață un număr foarte mare de produse, atât ale dezvoltatorilor consacrați (ESRI, Intergraph, Autodesk, MapInfo, etc.) dar și de tip Open source (Grass GIS, Quantum GIS, GVSIG, OpenJump, etc.).

  Tehnologia sistemelor informaţionale geografice (GIS) este o tehnologie în continuă dezvoltare, un instrument computerizat pentru maparea şi analizarea tuturor elementelor care există pe glob şi a evenimentelor care se petrec în lume. Tehnologia GIS integrează operaţii obişnuite cu baze de date cum ar fi interogarea sau analiza statistică cu avantajele unice oferite de hărţi pentru vizualizarea şi analiza geografică pe baza datelor spaţiale.

  Sistemele informaţionale geografice permit crearea de hărţi, integrarea de informaţii, vizualizarea de scenarii, rezolvarea problemelor complicate şi dezvoltarea de soluţii efective într-un mod nou, uşor de utilizat.

2.3. Componentele GIS

GIS nu trebuie privit ca un sistem pur hardware, el este un ansamblu constituit din:

• Persoane - utilizatorii sistemului;
• Aplicaţii – procesele şi programele utilizate pentru atingerea scopurilor dorite;
• Date - informa iile necesare care stau la baza aplicatiei;
• Software – nucleul sistemului GIS;
• Hardware-componentele fizice pe care va rula sistemul

   A.Utilizatorii

  Sistemele informaţionale, geografice sau nu, vin din necesitatea oamenilor în organizaţii de a răspunde la întrebări, de a-şi realiza sarcinile într-un mod cât mai simplu şi, în general de a interacţiona cu lumea şi oamenii care o alcătuiesc.

 Un sistem informaţional precum GIS vine în sprijinul realizării activităţilor într-un timp mult mai scurt şi cu rezultate mult mai consistente, cu un nivel ridicat de încredere.

 Designul şi implementarea unui sistem GIS începe cu oamenii şi necesităţile lor, şi se termină cu aplicaţii reale de care aceştia se folosesc în vederea atingerii scopurilor propuse. Întregul sistem există pentru a ne sprijini în realizarea sarcinile pe care le avem.

    B.Aplicaţiile

   Aplicaţiile reprezintă următoarea treaptă în ierarhia menţionată mai sus, deoarece acestea definesc funcţionalităţile pe care trebuie să le aibă sistemul informaţional.

   În diferite organizaţii oamenii au nevoie să întocmească diverse tipuri de rapoarte, să ia anumite decizii şi, în general, să aplice propriile abilităţi pentru a rezolva tot felul de probleme. Activităţile, procesele desfăşurate în vederea realizării acestora lucruri poartă denumirea de aplicaţii. Aplicaţiile iau naştere din misiunea şi obiectivele organizaţiei. În proiectarea oricărui sistem de informaţii trebuie ţinut cont de tipul de aplicaţii ce vor fi suportate de acesta.

   Mai exact, aplicaţiile reprezintă modul în care sunt obţinute datele, cum sunt stocate, transformate şi analizate pentru a fi prezentate într-o formă finală la ieşire

   C.Software

   Când vorbim de software-ul GIS, ne referim la instrumentele utilizate pentru a stoca, analiza, şi afişă informaţiile geografice. În orice sistem GIS, datele, pe lângă reprezentarea spaţială, posedă legături către diferite atribute ce sunt stocate într-o bază de date. Majoriatatea aplicaţiilor oferă o interfaţă uşor de utilizat pentru interogarea datelor şi manipularea spaţială prin utilizarea unor instrumente precum zoom sau pan.

   Pe scurt, componentele software principale ce alcătuiesc un sistem informa ional GIS sunt: un sistem de gestiune a bazelor de date, o interfa ă grafică care să permită manipularea instrumentelor, şi bineînţeles instrumentele.

   Nivelul coborât pe care se află software-ul în ierarhie se datoreză faptului că aplicaţiile pot exista chiar dacă se renunţa la software, atâta timp cât datele există şi sunt aranjate într-o manieră utilă.

    D.Hardware

   GIS hardware nu este nimic altceva decât un sistem, un computer pe care să ruleze aplicaţia GIS. Pe lângă sistemul propriu-zis cu tastatură, monitor, cabluri, conexiune internet, mai pot exista componente precum: imprimante profesionale, scanere, echipamente speciale care să scaneze hărţi şi să introducă datele din hărţi în baza de date GIS.

     

    E.Date

    Un GIS este inutil fara date cartografiate si fara analiza. Un GIS va integra si administra informatia geografica ci alte surse de date si poate include  chiar un sistem de administrare a bezei de date pentru a administra datele spatiale.

  2.3 Istoria dezvoltării:

   În Anul 1960 s-a manifestat primul adevărat GIS operaţional din lume în Ottawa, Ontario, Canada de către Departamentul federal de silvicultură şi dezvoltare rurală.

   Dezvoltat de către Dr. Roger Tomlinson acest sisitem a fost numit sistem de informaţii geografice Canada (CGI) şi a fost utilizat pentru a stoca, analiza şi manipula datele colectate pentru terenul canadian făcând un efort de a determina capacitatea de teren pentru zonele rurale din Canada, de a cartografia informaţii despre soluri, agricultura, zone sălbatice, silvicultura şi teren utilizat la o scară de 1:50, 000.

  Drept urmare, Tomlinson a devenit cunoscut drept "părintele GIS", în special pentru utilizarea lui de suprapuneri în promovarea analizei spaţiale

   CGI a continuat până în anii 1990 construind o bază de date de resurse digitale terestre în Canada. Acesta a fost dezvoltat ca un sistem venind în sprijinul resurselor federale şi provinciale de planifiare şi management. CGI nu a fost niciodată disponibil în comerţ.

    Din ce în ce datele geospaţiale şi maparea aplicaţii sunt puse la dispoziţie prin intermediul world wide web (WWW)

  Un studiu de istoria sistemelor geografice arată că prima lucrare ce poate fi considerată ca analiză spaţială a datelor este opera unui medic londonez. În timpul epidemiei de holeră din Londra din secolul al XIX-lea medicul şi-a dat seama că propagarea bolii este strâns legată de apa fîntânilor. Dar nu a reuşit să convingă conducerea oraşului. Atunci i-a venit ideea de a reprezenta pe harta oraşului fântânile şi locuinţele cu persoane înbolnăvite. Rezultatul a fost surprinzător. Fântânile considerate a fi infestate au fost înconjurate de 80% din cazurile de înbolnăviri. Conducerea oraşului a luat imediat măsuri de închidere a fântânilor semnalate, propagarea bolii s-a oprit.

  2.4.Tehnica şi tehnologia Gis-ului-

  Tehnologii GIS-ului folosesc informaţii digitale, pentru care sunt utilizate diferite metode de creare. Metoda cea mai comună de crearea de date este digitizarea, unde un plan este transferat într-un mediu digital prin utilizarea unui program CAD.

Implementarea sistemelor informatice geografice

  Etapele de realizare ale unui GIS (sistem informatic geografic):

1.      Identificarea problemei

2.      Achiziţionarea datelor

3.      Proiectarea Bazei de Date a sistemului informatic

4.      Realizarea Bazei de Date spaţiale şi textuale

5.      Analiza datelor

6.      Prezentarea rezultatelor şi propunerea soluţiilor optime

  1. Identificarea problemei: În aceasta etapă trebuie să se identifice:

ü  natura rezultatelor care sunt căutate, caracteristicile generale şi locale ale zonei care urmează a fi analizată;

ü  natura datelor necesare şi tipurile de straturi tematice care vor fi necesare pentru soluţionarea problemei;

ü  etapele care trebuie parcurse pentru ca harţile finale şi rapoartele finale să conţină informaţiile solicitate şi să fie utilizabile.

  2.Achizitionarea datelor — introducerea informaţiilor în sistem — necesită mult timp practicienilor în GIS. Există o varietate de metode folosite pentru a introducerea de date într-un GIS acestea fiind stocate într-un format digital.

  Datele existente imprimate pe hârtie pot fi digitizate sau scanate pentru a produce datele digitale. Acest dispozitiv produce datele vectoriale asemeni unui operator copiind punctele, liniile, pe o hartă. Scanarea hartii are ca rezultat datele raster care ar putea fi prelucrate în continuare pentru a produce  date vectoriale.

  Majoritatea datelor digitale în prezent vin de la fotointerpretarea fotografiilor aeriene. Fotografiile aeriene analogice trebuie să fie scanate înainte de a fi introduse în sistem, pentru o calitate digitală ridicată, acest pas fiind din păcate omis. 

   3.Proiectarea Bazei de Date a sistemului informatic -constă in stabilirea detaliată a structurii BD. Eventualele omiteri produse în această etapă sunt de regulă dificil de remediat ulterior.

Proiectarea BAZĂ DE DATEse face in 4 etape:

Identificarea caracteristicilor spaţiale, atributelor şi straturilor tematice necesare presupune:

ª identificarea tuturor datelor spaţiale şi atributelor;

ª organizarea straturilor tematice;

ª identificarea straturilor tematice;

ª realizarea manuscriselor de hartă;

Definirea parametrilor de stocare pentru fiecare atribut presupune:

ª determinarea atributelor necesare fiecărui strat tematic (se stabilesc parametrii specifici fiecărui atribut şi tipurile de variabile care vor fi stocate.

Asigurarea registraţiei coordonatelor:                                  

ª o bază de date este constituită dintr-un număr de straturi care acoperă aceeaşi zonă geografică. Dacă suprapunerea nu este corectă, vor apărea probleme la prezentarea grafică şi la prezentarea rapoartelor finale. Eliminarea acestor probleme se face prin registraţie coordonatelor.

Proiectarea fişierelor de lucru presupune:

ª  construirea bazei de date prin achiziţia datelor necesare.

ª în cazul în elementele caracteristice nu sunt în format digital, vor trebui introduse prin digitizare sau scanare.

  4.Realizarea Bazei de Date spaţiale şi textuale presupune:

 Realizarea Bazei de Date spaţiale:

ª Achiziţia datelor spaţiale se poate realiza prin:

o  digitizare;

o  scanare;

o  utilizarea datelor digitale existente;

o  achiziţia datelor teren (prelucrarea măsurătorilor).

ª Prelucrarea datelor spaţiale:

o  verificarea şi înlăturarea erorilor de digitizare;

o  realizarea topologiei;

o  identificarea erorilor realizate după construirea topologiei;

o  corectarea erorilor de topologie.

 Realizarea Bazei de Date textual ese realizează prin:

ª stabilirea caracteristicilor atributelor (numele câmpurilor, tipul datelor şi cantitatea de memorie necesară pentru stocare);

ª Completarea tabelelor de atribute ale claselor de elemente caracteristice;

ª Identificarea erorilor de introducere a datelor:

   5.Reprezentarea datelor

   Datele GIS reprezintă obiecte reale (precum drumuri, utilizarea terenurilor, altitudine, copaci, căile navigabile interioare, etc) cu date digitale determinarea mix. Obiecte reale pot fi împărţite în două abstracţiuni: obiecte discrete (de exemplu, o casă) şi câmpuri continue (cum ar fi cantitatea de precipitaţii, sau altitudini). În mod tradiţional, există două metode larg folosite pentru a stoca date într-un GIS pentru ambele tipuri de abstracţiuni cartografiere referinţe: raster vector şi imagini. Puncte, linii și poligoane sunt obiectele de referinţe pentru hartă. (Traducere)

  6. Prezentarea rezultatelor şi propunerea soluţiilor optime

   Rezultatele pe care le furnizează un GIS pot fi:

Ø  prezentarea datelor curente;

Ø  prezentarea unei categorii selectate a datelor;

Ø  prezentarea unei predicţii asupra stării datelor la un moment dat

  2.4.GIS intre avantaje si riscuri

 Chiar dacă de la iniţierea primelor proiecte de GIS, sistemele informatice geografice au evoluat de la modele monolitice inoperabile, inextensibile şi neportabile la modele distribuite, orientate – obiect şi s-au realizat multe cercetări în acest domeniu totuşi de cele mai multe ori, in implementarea unui GIS, se face abstracţie de analiza şi proiectarea anterioara implementări.

A.Sistemele informatice geografice prezintă avantajele multiple, printre acestea amintim:

·         Datele sunt mult mai bine organizate,

·         Eliminarea redundanţelor în stocarea datelor,

·         Facilitatea actualizărilor,

·         Analize, statistici, căutări mult mai uşoare,

·         Utilizatorii sunt mai productivi,

·         Optimizarea structurii organizaţionale şi a fluxului de informaţii intern,

·         Creşterea productivităţii şi acurateţei datelor,

·         Optimizarea accesului la informaţii,

·         Transparentizarea deciziilor,

·         Reducerea timpului de lucru,

·         Eliminarea operaţiilor redundante.

Avantajele utilizării sistemelor informatice geografice şi aplicabilitatea acestora in foarte multe domenii a dus la răspandirea acestui concept. Majoritatea institutiilor, companiilor care lucrează cu date spaţiale au iniţiat un proiect de tip GIS.

Daca la inceput implementarea unui sistem informatic geografic a însemnat achiziţie de hard şi soft, în prezent se pune din ce în ce mai mare accent asupra colectării datelor şi implementarea sistemelor informatice geografice personalizate.

Sisteme Informatice Geografice personalizate au fost dezvoltate pentru utilizări diverse:

-          Inventarierea cadastrului tehnico-edilitar

-          Aplicaţii de mediu, poluare si realizare studii de impact

-          Analize şi strategii financiare

-          Aplicaţii de monitorizare a reţelelor tehnico-edilitare,

-          Aplicaţii de prevenire a dezastrelor,

-          Aplicaţii turistice, protejare monumente,

-          Aplicaţii de rutare,

-          Aplicaţii de inventariere a domeniul public si privat,

-          Aplicaţii urbanistice etc..

Implementarea acestora însă nu este lipsită de eşec, peste 80% din implementările iniţiate nu au fost duse la bun sfârşit. Statistic, cele mai multe dezamăgiri şi nerealizari ale proiectelor GIS au avut ca şi cauze lipsa unei analize complete inclusiv a riscurilor.  Chiar dacă un GIS este un proiect multidisciplinar acest lucru este deseori neglijat iar implementarea unui astfel de proiect este iniţiat deseori de specialişti de cadastru, geografie, urbanism sau protecţia mediului fără o colaborare cu informaticieni. Aceştia încep colectarea datelor într-un mod haotic, iar proiectul se trasfera informaticienilor când sumele investite depasesc milioane de dolari şi realizarea unui sistem informatic bazat pe datele colectate este practic imposibil.

  B.Astfel principalele riscuri in implementarea unui sistem informatic geografic sunt:

-          Lipsa analizei duce la importarea datelor spaţiale intr-un mod haotic, fără sa se aiba in vedere inconsistenţa şi redundanţa datelor;

-          Inceperea implementării in lipsa unei analize complete;

-          Lipsa de inţelegere a procesului de inovaţie tehnologica şi aşteptări nerealiste de timp şi costuri;

-          Aşteptări nerealiste şi estimarea timpului de realizare diferit de cel real;

-          Lipsa de inţelegere a procesului de inovatie tehnologică;

-          Costurile ridicate şi intinderea procesului de implementare pe un timp îndelungat;

-          Lipsa fondurilor necesare pregătirii profesionale în domeniul GIS, a personalului implicat în implementare, actualizare şi utilizare;