Устройства ввода графической информации подразделяются на автоматические (сканеры) и полуавтоматические (цифрователи). Для построения картографических изображений используются: графопостроители, матричные принтеры, цветные струйные печатающие устройства. В состав графической системы входит также цветной графический дисплей, который обеспечивает диалоговый режим пользователя.
Информационный блок (базы данных). Информационные массивы в ГИС объединяются в базы данных, доступ к которым обеспечивается СУБД. Основное назначение баз данных заключается в обслуживании информационных потребностей пользователя, а также поддержке системы моделей ГИС. В БД хранится не только фактологическая информация на определенный момент времени, но также начальные условия и коэффициенты уравнений модели, используемых в режиме имитационного моделирования.
Для поиска и выборки данных используются различные команды запросов пользователя. Использование или комбинирование различных команд дает возможность представлять результаты запроса в различном виде: табличном, графическом, картографическом. В зависимости от запроса, фактическая информация может быть дополнена статистически параметрами: средним значением, дисперсией и т.д.
Блок моделей. Данный блок включает программное обеспечение, предназначенное для различных операций по обработке данных. Поскольку ГИС строится как многоцелевая и многофункциональная информационно-моделирующая система, то в ее состав включаются пакеты прикладных программ, а также банк стандартизованных моделей.
Центральное место в ГИС занимает система автоматизированного картографирования. При организации ГИС могут быть использованы уже готовые модели или программные блоки, отвечающие требованиям решаемых задач. Стандартизация частных моделей, моделирующих отдельные свойства ландшафта или его компонентов (почва, растительность, миграция веществ в ландшафте) упрощает процедуру информационного обеспечения моделей, а главное, дает возможность использовать имеющийся опыт в области моделирования конкретных процессов в ландшафте при решении новых задач.
Важное место в ГИС отводится блоку экспертного моделирования и экспертных оценок. В данной части ГИС ведущая роль отводится эксперту, специалисту в конкретной предметной области. Работа данного подблока ГИС состоит в автоматизации традиционных методов анализа и синтеза геокологической информации, выполняемых экспертом на основе набора эмпирических правил.
Система управления диалогом пользователя. Функционирование ГИС как целостной системы обеспечивается системой управления диалогом пользователя. Данный блок осуществляет взаимосвязь между отдельными подсистемами ГИС, организуя диалоговое взаимодействие пользователя с системой. В зависимости от решаемой задачи выполняется автоматическая настройка ГИС на ее решение. Для этого из банка моделей выбирается необходимая модель, из информационного блока все необходимые данные.
Диалоговый режим ГИС рассчитан на пользователей различной степени подготовленности: прикладных программистов, аналитиков и исследователей и случайных пользователей. Для каждого типа пользователя выбирается свой уровень ведения диалога.
Блок оценки и принятия решений. Результаты работы ГИС анализируются в блоке оценки и принятия решений. Следует отметить, что система управления диалогом пользователя неразрывно связана с блоком оценки и принятия решений посредством формирования набора сценариев, выборов методов отображения (табличного, картографического) получаемых результатов.
Блок оценки, как и диалоговая система, рассчитан на различные режимы работы ГИС. Наиболее простой – это использование ГИС как информационно-справочной системы, более сложный, касается разработки автоматизированной методики анализа результатов имитационного моделирования.
Выбор сценариев напрямую связан с оценкой геоэкологических ситуаций и во многом опирается на знание эксперта о наиболее типичных или вероятных условиях поведения изучаемого природного объекта под воздействием возмущающих факторов.
В современных системах контроля и управления качеством окружающей среды важное место занимает оперативность получения результатов машинного прогнозирования. ЛПР требуется в сжатые сроки просмотреть различные сценарии моделирования, проанализировать полученные результаты и предложить наиболее оптимальные управленческие решения, опирающиеся на результаты работы моделей ГИС.
Большие объемы первичной геоинформации, регистрируемой как четырех уровнях наблюдения, требуют организации их хранения в памяти микро-, мини- и супер-ЭВМ по специальным правилам и принципам, позволяющим осуществлять многократное к ним обращение с целью использования данных для обработки и интерпретации, выбора стратегии дальнейших прогнозно-поисковых или разведочно-эксплуатационных работ, принятия по результатам обработки и интерпретации оптимальных управленческих решений.
При этом важно, чтобы организация данных и их хранение в различных технических средствах [микро-ЭВМ («Искра», «Электроника», IBM и др.) в режиме персонального компьютера, мини-ЭВМ (СМ ЭВМ, БВК (СМ-1), управляющие вычислительные комплексы УВК (СМ-2, СМ-4, СМ-1420, СМ-1810 и др.), а также супер-ЭВМ (экспедиционные вычислительные комплексы ЭГВК ПС-2000 и СМ-2, ЕС-10/55 и др.)] отличались единой технологией, обеспечивая возможность их использования для решения различных геологических задач с учетом различия технических средств. Рассмотрим понятия базы данных, различных типов баз данных и их взаимодействия между собой.
Описания данных и отношений между ними определяют двумя типами: логическое и физическое. Физическое описание данных обеспечивается физической записью данных на внешних носителях (магнитных лентах, дисках, дискетах и т.д.) и представляет способ хранения информации на этих носителях.
Логическое описание данных указывает на то, в каком виде данные представляет себе пользователь, программист, и задача геоинформатики состоит именно в анализе логического описания геоданных и их взаимоотношений между собой для дальнейших операций хранения, передачи и обработки.
Согласно определениям Ассоциации по языкам систем обработки данных (CODASYL) выделяют следующие описания данных.
Байт – наименьшая адресуемая группа битов (8 битов).
Элемент данных – наименьшая единица поименованных данных, которая может состоять из любого количества битов или байтов. Элемент данных – это любая (одна) характеристика изучаемого объекта, в том числе и его координаты; элемент имеет имя (идентификатор).
Агрегат данных – поименованная совокупность элементов данных. Выделяются два типа агрегатов: вектор ~ одномерная упорядоченная совокупность элементов (например, название района работ, номер профиля, номер точки наблюдения образуют агрегат данных) и повторяющаяся группа – совокупность векторов, встречающихся несколько раз подряд, например, когда данные описываются таким образом, что сначала указываются номера профилей, а затем номера точек, т.е. повторяется пара: профиль – точка, профиль – точка и т.д.
Запись данных ~ поименованная совокупность элементов или агрегатов данных. Совокупность элементов описывается так, как это представляется программисту, причем логическая запись может не совпадать с физической, поскольку логическая запись состоит из элементов, расположенных в других физических записях.
Элементы записи – это характеристики (признаки, координаты) одного объекта, в частности, одной точки наблюдения. Каждая запись описывается именем (идентификатором) и форматом хранения, определяющим способ упаковки элемента записи на ленту, диск, дискету. При чтении из базы данных программист может полностью прочитать логическую запись.
Файл – поименованная совокупность всех экземпляров логических записей заданного типа. Если запись представляет описание различных характеристик объекта или точки наблюдения, то файл – это совокупность тех же характеристик по нескольким объектам или по профилю наблюдений, т.е. файл – это матрица – таблица исходных данных.
База данных (БД) – совокупность записей различного типа, содержащая перекрестные ссылки, или иначе – это совокупность экземпляров различных типов записей и отношений между записями, элементами, агрегатами. БД – это также совокупность матриц – таблиц (файлов) и программ, определяющих отношения между типами данных.
База данных, по другому распространенному в геофизике определению – это совокупность массивов данных на внешних носителях и программных средств доступа к ним, где под массивами подразумеваются и запись, и файлы. Действительно, геофизические, геохимические и геологические пакеты программ включают данные разных типов: полевые наблюдения, информацию об изучаемом объекте и системе наблюдений; промежуточные результаты обработки; параметры обработки; программно-сформированные изображения выводимых результатов и т.д.
Физическая организация БД, в отличие от логической, – это физическое представление данных и их расположение на запоминающих устройствах.
База данных организуется таким образом, что данные собираются однажды и централизованно хранятся так, чтобы они были доступны всем специалистам-программистам, желающим их использовать. Одно из важных свойств БД – независимость данных от особенностей прикладных программ, которые их используют. Это означает, что изменение значений данных или особенностей их хранения на физических носителях не требует изменения прикладных программ.