Czym jest GIS

Już od paru lat systemy informacji przestrzennej są obecne na naszym rynku. Mimo to niewiele osób zdaje sobie sprawę czym się one charakteryzują, jak różnią się od systemów CAD (Computer Aided Design - projektowania wspomaganego komputerowo) czy istniejących relacyjnych baz danych i jak szerokie może być ich zastosowanie.

Już od paru lat systemy informacji przestrzennej są obecne na naszym rynku. Mimo to niewiele osób zdaje sobie sprawę czym się one charakteryzują, jak różnią się od systemów CAD (Computer Aided Design - projektowania wspomaganego komputerowo) czy istniejących relacyjnych baz danych i jak szerokie może być ich zastosowanie.

Systemy informacji przestrzennej łączą informacje o geograficznym położeniu poszczególnych obiektów z danymi charakteryzującymi je w sposób opisowy. Jest to w pewnym sensie połączenie mapy z opisową bazą danych, przy czym mapa taka jest na tyle "inteligentna", że sama rozpoznaje przestrzenne relacje zachodzące między obiektami (przecinanie, punkty wspólne, sąsiedztwo itp.). Strukturę tego rodzaju nazywamy topologiczną. Powiązanie rysunku z relacyjną bazą danych pozwala w prosty sposób, poprzez wskazanie na ekranie, uzyskać wszelkie informacje o obiekcie.

Wśród osób po raz pierwszy stykających się z omawianymi zagadnieniami sporo zamieszania wywołuje stosowane nazewnictwo. Obok terminu systemy informacji przestrzennej (Spatial Information Systems) występuje termin geograficzne systemy informacyjne lub systemy informacji geograficznej (Geographical Information Systems - GIS) i systemy informacji o terenie (Land Information Systems). Dość często używane są one zamiennie. Określenie systemy informacji przestrzennej, można uznać za najbardziej ogólne. Dwa pozostałe w pewnym przybliżeniu określają nawet skalę obejmowanych zagadnień. Geograficzny system informacyjny operuje danymi o stopniu szczegółowości, który określają mapy o małych skalach (1:25.000 ¸ 1:10.000.000) odpowiednich dla regionu, państwa lub nawet całego świata, podczas gdy przez System Informacji o Terenie (SIT) rozumie się system wykorzystujący dane z map w dużych skalach (1:500 lub 1:10.000), obejmujący swym zasięgiem jedno miasto lub gminę. Warto zapamiętać skrót GIS, gdyż mimo słuszności powyższych wyjaśnień, na świecie funkcjonuje on niezależnie od wszelkich podziałów i określa się nim wszystkie systemy informacji przestrzennej.

W systemach GIS informacja w sposób logiczny podzielona jest na warstwy. Podział ten wynika ze sposobu występowania obiektów (punktowych, liniowych, powierzchniowych) i zróżnicowania dziedzin zainteresowań (wody, użytkowanie ziemi, geologia itp.). Na rys. nr 1 zilustrowano strukturę bazy i powiązanie informacji graficznej z opisową.

Technologia GIS stosowana jest wszędzie tam, gdzie jedną z cech obiektów będących przedmiotem zainteresowania stanowi ich geograficzne położenie. Systemy GIS pomagają planować i realizować przestrzenne zagospodarowanie terenu, zarządzać infrastrukturą, pozwalają obserwować zachodzące w terenie zmiany, służą do przeprowadzania analiz i symulacji. Na świecie powszechnie wykorzystywane są w administracji, planowaniu przestrzennym, ochronie środowiska, transporcie, energetyce, statystyce, edukacji oraz w wojsku, a od niedawna także w marketingu i oczywiście w geodezji i kartografii.

Operując konkretnymi przykładami można powiedzieć, że typowe planistyczne zadanie wyszukania obszaru pod inwestycję zajmujące dotąd kilka dni można dzięki GIS rozwiązać w parę minut - uwzględniając przy tym geologiczną charakterystykę gruntów, odległości od cieków wodnych, szlaków komunikacyjnych i wszelkie inne elementy jakie są określone w warunkach wstępnych realizacji inwestycji. Dla sieci komunikacji miejskiej GIS pomoże zaprojektować optymalne rozmieszczenie przystanków i czasy przejazdów. Policji, straży pożarnej, pogotowiu ratunkowemu wskaże najszybszą drogę do miejsca wypadku, biorąc pod uwagę odcinki wyłączone z ruchu na skutek awarii - systemy informacji przestrzennej wydają się być niezastąpione. Także w prowadzeniu ewidencji gruntów znajduje zastosowanie ich zdolność operowania informacją o przebiegu granic działek połączonaz danymi opisowymi o rodzaju własności, sposobie użytkowania, hipotece. Zawartość bazy związana z obrotem nieruchomościami może się stale zmieniać, a informacje w niej zawarte stanowią podstawę do wymierzania podatków i podejmowania wielu działań prawnych. Ułatwienie dostępu do informacji, zapewnienie jej aktualności i integracja danych z map, rejestrów i ksiąg wieczystych możliwa jest tylko przy zastosowaniu systemów informacji przestrzennej.

Elementy systemu

Na system GIS składa się 5 elementów: zadania, sprzęt, oprogramowanie, dane i ludzie (patrz rys. 2).

Zadanie GIS to określenie celu implementacji samego systemu. Bez wyraźnego określenia celu nie ma systemu GIS. Sprzęt to nie tylko komputery, ale także urządzenia do pozyskiwania danych (stoły do digitalizacji, skanery) oraz do prezentacji wyników (drukarki plotery). Dobierając sprzęt trzeba mieć na uwadze - oprócz ceny - jego niezawodność, a w przypadku urządzeń przetwarzających grafikę, dokładność i możliwość współpracy ze stosowanym oprogramowaniem. To ostatnie oferowane jest przez coraz liczniejsze w Polsce firmy wyspecjalizowane w tematyce GIS. Ponieważ na rynku nie ma jednego, uniwersalnego systemu, dobór programu powinien być oparty o analizę zadań, które musimy wykonać.

Większość użytkowników wybierając program i sprzęt zaniedbuje dwa pozostałe elementy systemu - rzetelne dane i wykwalifikowaną obsługę. O ile stosunkowo łatwo na rynku o dobry komputer i oprogramowanie, o tyle znacznie gorzej sprawa ma się z danymi, które często są niedokładne, nieaktualne lub brak ich w ogóle. Trzeba zdawać sobie sprawę, że pozyskanie i wprowadzenie do komputera danych jest najbardziej kosztownym i czasochłonnym elementem całego przedsięwzięcia. Według szacunków zachodnich specjalistów, koszt sprzętu do kosztu oprogramowania ma się jak 1:2, zaś koszt sprzętu do kosztu danych jak 1:7.

Ostatni element systemu GIS - ludzie - bywa niestety często nie zauważany, a jest czynnikiem najważniejszym. Najlepszy sprzęt będzie bezwartościowy, jeżeli do jego obsługi zabraknie fachowego personelu. Dotyczy to zarówno kadry czysto technicznej obsługującej sprzęt i oprogramowanie, jak i fachowej kadry zarządzającej, odpowiedzialnej za profesjonalne zorganizowanie i nadzorowanie całego przedsięwzięcia. W wypadku systemów GIS organizacja pracy ma wyjątkowe znaczenie. W wykonywanych przy pomocy GIS analizach wykorzystuje się dane z wielu źródeł, za poprawność których są odpowiedzialne różne ośrodki. Brak koordynacji między nimi może podważyć wiarygodność pracy całego systemu.

Struktura systemu

Patrząc na system GIS od strony funkcjonalnej, możemy na drodze od danych do wyników wyróżnić następujące etapy: wprowadzanie danych, wstępne przetwarzanie, przechowywanie, analizę i prezentację wyników.

Dane mogą być pozyskane z wielu rozmaitych źródeł. Mogą nimi być wyniki bezpośrednich pomiarów polowych, zdjęcia lotnicze i satelitarne, mapy, wykazy współrzędnych, wreszcie istniejące bazy danych i roczniki statystyczne. Zdjęcia satelitarne (a zwłaszcza te wykonane poza pasmem promieniowania widzialnego) są niezwykle wartościowym źródłem informacji. Wykorzystywane są m.in. w monitoringu i ochronie środowiska. Ze względu na swoją rozdzielczość (10-30 m) znajdują zastosowanie głównie na szczeblu regionalnym i krajowym. Zdjęcia lotnicze są znacznie bardziej dokładne, ale i bardziej kosztowne. W wielu krajach na ich podstawie wykonuje się większość map topograficznych. Nałożenie na zdjęcie (obraz rastrowy) rysunku mapy (obraz wektorowy) pozwala ocenić jej prawdziwą wartość, tzn. aktualność i dokładność. Najdokładniejsze dane można zebrać w drodze pomiarów geodezyjnych, niestety jest to najdroższy sposób pozyskania informacji. Analiza źródeł pod kątem ich dostępności i rzeczywistej wartości jest bardzo ważna z punktu widzenia powodzenia całości przedsięwzięcia. Trzeba pamiętać, że informacja szybko starzeje się z biegiem czasu. Dlatego należy zawsze stworzyć system jej aktualizacji.

Wstępne przetwarzanie danych ma na celu ich ustandaryzowanie. Jest to krok niezbędny ze względu na dużą liczbę i zróżnicowanie danych wchodzących do systemu. Dzięki temu procesowi w bazie danych (często rozproszonej) przechowywana jest ustandaryzowana informacja.

Obok przechowywania danych kluczowym zadaniem systemów GIS jest ich analiza, w tym analiza przestrzennych powiązań między obiektami. Ten element różni systemy GIS od map numerycznych, które same w sobie nie dają takich możliwości. Ze względu na swoje możliwości analityczne, systemy GIS często nazywane są systemami wspomagania procesu podejmowania decyzji. Dzięki tej własności mogą one obiektywizować ten proces. Przykładowo, analizując położenie nowej inwestycji możemy stwierdzić, że jedna z proponowanych lokalizacji jest lepsza ze względu na ochronę środowiska, inna zaś ze względów społecznych. Zalety i wady obu lokalizacji mogą być obiektywnie przedstawiane i mogą stanowić podstawę do merytorycznej dyskusji oraz do procesu podjęcia decyzji.

Aby informacja była czytelna i zrozumiała powinno się ją w odpowiedni sposób przedstawić. Zawartość bazy lub wyniki analiz oglądać można na ekranie monitora, bądź w postaci wydruku z drukarki lub rysunku wykonanego za pomocą plotera. Zastosowanie nowoczesnych urządzeń kreślących do prezentacji graficznej informacji wielokrotnie przyspiesza wszelkie prace związane z przygotowniem map i wyrysów, a co więcej znacznie obniża koszty ich wydawania.

Koszty i korzyści

Zakładając system GIS należy się liczyć z poważnymi kosztami wdrażania tej technologii. Są to (patrz załączona tabela) a) koszty sprzętu i oprogramowania (lub koszty jego wynajmu) b) obsługa sprzętu c) opracowanie programów d) szkolenie operatorów e) wprowadzanie danych

Koszty zakładania systemu GIS (dane z 1992 r.)

Koszt sprzętu i oprogramowania GIS waha się 1-35 mln USD, w zależności od wielkości systemu i ilości wdrażanych zastosowań . Dla przykładu - w USA - jako średnią uważa się sumę 3 mln USD dla aglomeracji, którą zamieszkuje ok. 2 mln mieszkańców.

Nakłady, jakie należy ponieść przy wprowadzaniu danych, zależą od jakości już istniejących map i danych tekstowych. W wielu przypadkach należy wykonać zupełnie nową mapę zanim zacznie się wprowadzać dane do komputera, ponieważ dotychczasowe mapy nie nadają się do wykorzystania. Jest to bez wątpienia najbardziej czaso- i kapitałochłonny etap wdrażania technologii GIS. W ośrodkach gdzie dane źródłowe są chaotyczne, koszty te mogą stanowić do 90% wartości całego przedsięwzięcia.

Rozłożenie kosztów wprowadzania danych najczęściej kształtuje się wg proporcji:

  • obserwacje polowe
  • obserwacje fotogrametryczne 20-25% kosztów
  • skanowanie
  • przygotowanie pierworysów i map
  • digitalizacja pierworysów i map 75-80% kosztów
  • dodanie danych tekstowych
Proporcje te zapewne ulegną zmianie w najbliższych latach na korzyść pozyskiwania danych z fotogrametrii. Dotyczy to szczególnie wkraczających technologii numerycznych ortofotomap tj. zdjęć lotniczych i satelitarnych przetworzonych odpowiednio przez komputer - co daje w rezultacie stosunkowo aktualny (na dzień wykonania zdjęcia) kartometryczny produkt mapowy w formie rastrowej.

Koszt wprowadzania danych waha się od 4 USD/km2 na terenach rolnych do 4 tys. USD/km2 na terenach miejskich. Należy podkreślić, że do ww. kalkulacji przyjęto opracowanie treści raczej skromnej: granice, plany zagospodarowania, budynki, linie uzbrojenia technicznego itp.

Zdając sobie sprawę z ogromu zadań jakim jest stworzenie od podstaw systemu GIS, znając szacunkowe koszty, jakie należy ponieść, przyszły użytkownik może postawić pytania, które dotyczą opłacalności całej inwestycji.

Nie ulega wątpliwości, że ilość informacji, z których będziemy musieli na co dzień korzystać. Jeżeli nie nastąpią zasadnicze zmiany technologiczne dot. sposobu ewidencjonowania i operowania danymi, koszty ich pozyskiwania będą coraz większe. Również wielce prawdopodobny jest fakt, że mimo ponoszenia coraz większych wydatków, jakość danych i łatwość dostępu do informacji będzie się stale pogarszać.

Jeżeli natomiast zdecydujemy się na kosztowną inwestycję, jaką jest założenie systemu GIS, to po skokowym wzroście kosztów w pierwszej fazie wdrażania systemu, ustabilizują się one później na poziomie niższym niż w przypadku dotychczas stosowanych technologii (patrz rys. 3). Skokowy wzrost wydatków w pierwszym okresie funkcjonowania systemu związany jest z szeregiem jednorazowych prac jakie należy wykonać na samym początku. Należą do nich: zaprojektowanie systemu, zakup sprzętu, pozyskanie danych i założenie bazy, przeszkolenie pracowników oraz testowanie systemu. Po pełnym wdrożeniu pozostaną jedynie koszty związane z aktualizacją danych w bazie, jak również dołączanie nowych warstw informacyjnych.

Zatem jakiego rodzaju korzyści może nam przynieść założony system GIS? Są one dwojakiego rodzaju - wymierne i niewymierne. Nawet te, zdawałoby się, wymierne nie zawsze można dokładnie przeliczyć na konkretne pieniądze. Lista korzyści obejmie m.in.:

- oszczędności czasu przy produkcji nowych map i korzystaniu z ciągle aktualizowanych danych cyfrowych; lepsze planowanie i projektowanie zamierzeń (oszczędności czasu i pieniędzy);

- usprawnienie pracy administracji oraz bardziej efektywne zarządzanie informacją.

- bardziej aktualne dane i szybszy dostęp do informacji;

- możemy dysponować informacją o wiele bardziej złożoną;

- możemy wykonywać lepsze analizy w krótszym czasie i mniejszym nakładem pracy;

- możemy podejmować się wykonania niemożliwych do tej pory analiz.

Autorzy są pracownikami firmy NEOKART GIS.

Korzyści płynące z zakładania systemu GIS

W instytucjach korzystających z tradycyjnych metod produkcji map założenie systemu mapy numerycznej potrafi przynieść zyski w stosunku 7:1 w odniesieniu do poprzednich kosztów. Przeciętnie oszczędza się ok. 50% czasu, normalnie przeznaczonego na produkcję map.

Przy tworzeniu systemu informacji o terenie, stosunek zysków do nakładów waha się od 2:1 do 4:1. Odnosi się to do okresu 10-15 lat.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200