Видеоконференции и системы коллективной работы
Трудно представить себе успешную компанию, не использующую те преимущества, которые дают современные информационные технологии. К таким технологиям, вне всякого сомнения, следует отнести те, без которых невозможна организация эффективной работы — технологии и системы коллективной (групповой) работы. Реалии сегодняшнего бизнеса таковы, что изменилась сама парадигма принятия решения — системы групповой и распределенной работы, когда менеджеры среднего звена управления способны получать и анализировать любую нужную им информацию на своем рабочем месте, где бы оно ни находилось, позволяют делегировать часть полномочий по принятию решений на средние уровни управления. Отсюда следует, что для реализации этой парадигмы необходимо на корпоративном уровне разрабатывать и внедрять соответствующие элементы информационной инфраструктуры.
Реальная практика компаний, показывает, что ИТ-инфраструктура предприятия, по своей природе относящаяся к обеспечивающим подсистемам, оказывает существенное— а в иных случаях, определяющее — влияние как на деятельность компании в целом, так и на отдельные бизнес-решения и операции. В частности, успешная или неудачная реализация деловых решений сильно зависит от того, насколько полно, качественно и своевременно они подкреплены адекватной информацией, являющейся результатом коллективной работы и менеджеров, ИТ-специалистов, аналитиков и работников знания.
Виды деятельности, которые должны быть обеспечены соответствующими элементами ИТ-инфраструктуры, достаточно разнообразны. В общем случае, это:
· управление деятельностью крупной, территориально распределенной или виртуальной компанией;
· управление комплексными проектами, часть работ из которых выполняются на аутсорсинге или субподряде;
· координация деятельности с поставщиками и партнерами;
· управление портфелем инвестиций в режиме On Line, участие в электронных биржевых торгах;
· управление знаниями и дистанционное обучение сотрудников компании;
· удаленный контроль и управление оборудованием и технологическими процессами;
· удаленное участие при проведении научных экспериментов, экологический мониторинг окружающей среды с участием представителей различных стран;
· формирование и оказание услуг с использованием сетевых технологий — проведение интерактивных интервью, конференций, телемостов и т.д.
Что же необходимо иметь для организации такой работы? Просто инструментов для сбора, обработки, анализа, структуризации, архивации информации и доставки её конечному пользователю — то есть, тех стандартных средств, которые имеются в составе любой средней корпоративной информационной системы, сегодня уже недостаточно. Необходимы специализированные технологии и устройства (Groupware) для формирования среды коллективной (групповой) работы (Integrated Collaborative Environments — ICE). Одним из эффективных видов коллективной работы являются телеконференции, организуемые по телевизионным каналам, или видеоконференции, осуществляемые на базе компьютерных и сетевых технологий.
Технологии и средства проведения видеоконференций
Видеоконференция — это вид одновременной связи между некоторым числом участников (абонентов), которые могут видеть и слышать друг друга, независимо от того, где они находятся, обеспеченной применением соответствующих телекоммуникаций. Для организации видеоконференций используется современная технология, называемая видеоконференцсвязью — ВКС (Videoconferen-cing). Общение в режиме видеоконференций называется сеансом ВКС (Videoconferencing Session)
Видеоконференция применяется, как одна из технологий для сокращения затрат на подготовку, согласование и принятие делового решения, уменьшения организационных, временных, транспортных и иных расходов в территориально распределенных организациях, а также как один из элементов технологий "телемедицина", "дистанцинное обучение" и "общение представителей власти с народом". Примером последней технологии могут служить проводимые в режиме On Line ежегодные телевизионные "встречи" президента России с жителями различных регионов страны. Опыт применения таких технологий показал их эффективность — согласно исследованиям психологов у собеседников повышается уровень восприятия информации и доверительности, если при общении собеседников добавляется невербальный язык (жесты, мимика, положение тела).
Рис.48. Многоточечная ВКС в локальной сети
Видеоконференции и постоянно действующие видеосети для текущего наблюдения за критически важными процессами находят все большее применение в корпоративном управлении — независимо от профиля компаний и видов их деятельности. Такие технологии позволяют не только экономить время и средства для организации и проведения очных совещаний, но и предоставляют недоступные ранее возможности. Это — удаленное наблюдение за закрытыми ранее процессами, управление такими процессами, проведение дистанционного обучения непосредственно в ходе реальной работы без активного в нее вмешательства и т. д.
Видеоконференции проводятся обычно в специально подготовленных помещениях (Videoconference Room), оснащенных соответствующей компьютерной и мультимедиа аппаратурой, большими мониторами (плазменными панелями) с мультиэкранным выводом изображений, телевизионными или Web-камерами, электронной доской, телекоммуникационными устройствами. В этом случае используется специализированное программное обеспечение для сжатия и дешифровки информации, а также для обеспечения безопасности её передачи по открытым каналам связи или через Internet.
Рис.48. Многоточечная ВКС в территориально распределенной IP-сети
Различные модификации видеоконференционных систем позволяют учесть эргономику рабочих мест персональных абонентов, создать оптимальное условия для "абонентов-аудиторий" с учетом освещения, акустической обстановки, удобства передачи и отображения видеоинформации. Для организации видеоконференции между тремя и более абонентами, используется технология многоточечной ВКС, которая может быть реализована на специализированном видеосервере (Multipoint Conference Unit — MCU) или на программно-аппаратных терминалах ВКС (рис.47-49).
Рис.49. Многоточечная ВКС в разнородных сетях
В ходе проведения видеоконференции её участники могут обмениваться факсимильными изображениями и электронными копиями документов, совместно просматривать презентации и видеоматериалы. Они могут пересылать файлы различных форматов, транслировать телеметрические данные (сеансы видеосвязи с космическими кораблями), сохранять статические и динамические фрагменты, а также запрашивать и получать информацию из удалённых баз данных и ИС.
Широкие возможности предоставляют профессиональные видеоконференции для обсуждения аналитических материалов, научных идей, при проведении политических дискуссий, при обсуждении различных направлений культуры и искусства, создаются возможности привлечения к дискуссиям такие аудитории, которые невозможно было привлечь ранее в силу удаленности их удаленности.
Для общения в режиме видеоконференции абонент должен иметь комплектный терминал ВКС, который обычно включает: микрофоны, видеокамеры, большой экран, устройства отображения информации и воспроизведения звука, а также кодек, обеспечивающий кодирование/декодирование потока.
В качестве кодека может использоваться компьютер с соответствующим программным обеспечением или программно-аппаратный комплекс, использование которых позволяет подстраивать системы ВКС под различные полосы пропускания каналов связи и качество передаваемого видеоизображения, а именно: использовать стандарты H.261/H.263, MJPEG, MPEG2, MPEG4. Специально отметим, что кодирование видеоинформации с помощью кодеков MPEG 2/4 позволяет достичь более высокой скорости передачи, а кодирование с помощью кодека MJPEG позволяет обеспечить более высокую устойчивость к помехам в канале связи. Для подключения ВКС к сети передачи данных используются один из Intrnet-протоколов (Internet Protocol — IP) или протокол цифровой сети с интеграцией служб (Integrated Services Digital Network — ISDN).
В ходе подготовки участия в проведении видеоконференции в системе ВКС обычно заранее формируется адресная книга, в которую заносятся контактные адреса возможных участников. После согласования со всеми участниками видеоконференции адресная книга утверждается и используется организатором (администратором) ВКС в качестве базового документа для идентификации участников и их подключения. Имеется возможность как персональных, так и групповых вызовов. После подтверждения приема вызова происходит автоматическое установление связи по голосу и по видео. По желанию абонента может быть вначале установлена связь только по голосу — с последующим подключением видео. Если ВКС проводится в режиме "точка-точка" (Point to Point Mode), то вызов передается непосредственно на рабочее место вызываемого абонента, если же общение должно происходить в многоточечном режиме (Multipoint Mode), то вызов сначала поступает на видеосервер, который затем вызывает (оповещает) остальных участников видеоконференции.
Процесс проведения видеоконференций состоит из следующих стадий:
· программно-аппаратная инициализация сеанса ВКС;
· установление связи, вызов абонента (абонентов) или видеосервера;
· идентификация абонентов, регистрация и согласование дополнительных участников;
· вызов или отключение дополнительных абонентов;
· дуплексное аудио-визуальное общение;
· вызов удаленных информационных ресурсов, обмен материалами, ведение протоколов, подготовка и принятие резолюций, проведение итогового голосования;
· завершение видеоконференции председателем или модератором, согласованное со всеми участниками, имеющими право решающего голоса;
· программно-аппаратное закрытие сеанса ВКС.
Каждый абонент видеоконференции имеет равные права и обязанности. В рамках корпоративной сети передачи данных при наличии достаточно мощного видеосервера могут проводиться одновременно несколько видеоконференций.
Необходимость полной видеозаписи ВКС обычно согласовывается заранее — за исключением случаев записи хода видеоконференции с последующим выборочным монтажом для средств массовой информации, или для архива значимых мероприятий. Любой из участников видеоконференции может заранее отказаться от участия или прекратить свое участие непосредственно в ее процессе. Эти действия определяются исключительно самим участником и общей ситуацией проведения ВКС.
Современные коммуникационные технологии, используемые в профессиональных системах ВКС (например, ВКС типа Digital Videoconferencing System — DVS), позволяют применять их практически с любыми каналами связи:
· аналоговыми и цифровыми проводными телефонными каналами;
· радио каналами;
· радио релейными линиями;
· оптоволоконными каналами;
· выделенными телефонными и VPN каналами;
· спутниковыми каналами;
· локальными и Internet сетями;
· сотовыми каналами связи GSM/CDMA/GPRS и т.д.
Непосредственно в сеансе ВКС можно контролировать некоторые важные параметры: количество исходящих и приходящих кадров в секунду, реальную скорость выходящих и входящих IP-пакетов — всего и по каналам раздельно (данные, звук, видео), количество утраченных или искаженных в процессе IP-пакетов — всего и по каналам раздельно (данные, звук, видео). Можно также контролировать и изменять основные установочные параметры, как собственной системы, так и системы удаленного абонента: коммуникационные параметры, параметры настройки входных и выходных устройств, параметры оцифровки и сжатия видео звука и данных, параметры интерфейса пользователя.
Отметим, что ценовой диапазон на современные ВКС очень широк — от 500 до 2500 долларов за настольные ВКС (Desktop System) для работы в локальной сети, и от 5000 до 50000 долларов за стационарные ВКС (Videoconference Room System), работающие как в локальных, так и во внешних сетях. Выбор конкретной ВКС определяется бизнес-задачами и возможностями компании.
Интенсивное развитие компьютерных и коммуникационных технологий открывает принципиально новые возможности построения и развития ИС для решения управленческих задач в организациях в крупных, территориально-распределенных и виртуальных организациях. Вектор развития смещается в сторону создания информационных мультимедиа сетей (Informational Multimedia Networks — IMN).
Необходимым условием построения такой сети является единая технология решения всех приложений, реализуемых в данной сети, и использование открытых стандартов и спецификаций — то есть, необходимо всемерно использовать технологии открытых систем.
Для ВКС это, прежде всего, стандарты аудио и видео компрессии H.120, H.261, H.263, мультипротокольные стандарты H.320, H.323, H.324, работающие и в IP и в ISDN сетях, а также широко используемый сегодня стандарт сжатия видеопотока H.264. Рабочими группами ITU-T и ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) был создан MJPEG — стандарт сжатия отдельного графического изображения, затем — MPEG-1 и MPEG-2. Эти стандарты ориентировались на широкополосные каналы и применялись, в основном, в цифровом телевещании и для интерактивных видеоприложений, не пересекаясь с видеоконференцсвязью. Но с началом работ над MPEG-4 рабочие группы объединили свои усилия. В результате стандарт H.264, известный также как MPEG-4 Part 10 или AVC (Advanced Video Coding), в настоящее время используется большинством компаний — производителей оборудования для систем ВКС.
Системы коллективной работы
Системы коллективной (групповой) работы (Groupware) — общий термин для ИС (подсистем), которые дают группе людей возможность осуществлять совместную деятельность (Joint Actoins). Например, подготавливать и принимать решения, производить экспертную оценку новых идей, управлять подразделениями компаний, процессами, проектами и персоналом, создавать программное обеспечение для компьютеров, писать отчеты по реализации проектов, взаимодействовать с внешней средой (органами власти, социальными организациями, поставщиками, партнерами, клиентами, конкурентами). Значительная часть средств Groupware возникло в результате развития средств обмена сообщениями (первым таким средством был продукт под названием PLATO Group Notes, появившийся в 1976 году).
Такие системы, реализующиеся, как правило, в локальных или распределенных сетях, образуют интегрированную среду (Integrated Collaborative Environments — ICE) и предназначаются не только для совместной работы, но и для получения и формирования знаний. В таком случае их определяют термином "компьютерные средства коллективной работы в сети" (Computer Aided Network Groupware). Их также можно рассматривать как развивающуюся дисциплину, изучающую влияние компьютерных и коммуникационных технологий на поведение и производительность группы, а также на процессы реализации жизненного цикла сложных программных и ИС. Эта дисциплина основана на информатике, когнитивистике, психологии, социологии, организационном и личностном поведении и ИСах управления.
С развитием этой дисциплины появилась много синонимов термина "компьютерные средства коллективной работы в сети". В литературе часто используется фразы "совместная работа на базе компьютеров", "программное обеспечение коллективного пользования", "программное обеспечение работы команды", "технологическая поддержка деятельности рабочей группы", "коллективные системы поддержки принятия решений", "коллективная автоматизированная работа", "совместная автоматизированная работа", "коммуникации с помощью компьютера", "гибкие интерактивные технологии для осуществления коллективных задач" и даже "расширенная мастерская знаний".
В принципе всё это означает наличие программно-аппаратных средств, реализующих электронное пространство, в котором осуществляется:
· сбор и обработка информации, необходимой для подготовки принятия решений;
· управление командами и производство работ по реализации проектов;
· формирование и воспроизводство знания — от поиска необходимых источников до обсуждения результатов и публикации работ.
Программное обеспечение коллективного пользования позволяет группе сотрудников (Group/Team) осуществлять совместные действия с целью достижения поставленных задач, использования общих данных и информации и усовершенствования деятельности по принятию решений на базе корпоративных коммуникаций. Программное обеспечение классифицируются в зависимости от выполняемых функций:
· для поддержки принятия решений;
· для обеспечения процесса пользования общей информацией и формирования знаний;
· для управления процессами совместной работы;
· для управления коммуникациями.
Один из тех, кто стоял у истоков создания теории и методов коллективной работы — Дуг Энгельбарт (Doug Engelbart) — в 60-е годы ХХ века предсказывал, что в близком будущем компьютеры смогут расширить границы человеческого интеллекта "благодаря усложнению программных систем и сотрудничеству на основе и с помощью новых технологий". Его лаборатория по созданию расширенной мастерской знаний (Augmented Knowledge Workshop) работала над некоторыми фундаментальными вопросами, которые оказались весьма существенными для понимания осуществления компьютерных систем поддержки совместной работы.
Они включают в себя технику организации диалога при мозговом штурме и его запись (Dialog Mapping Ware), телеконференций, совместное создание электронной документации, перспективное планирование, базы данных коллективного пользования, организацию контактов менеджеров и исполнителей с применением средств мультимедиа. Не без влияния его идей в 1970-х годах появилось два наиболее широко используемых компонента программного обеспечения коллективного пользования — электронная почта и телеконференции.
В 80-х годах появились и вошли в постоянное использование основные термины и идеи в сфере совместной работы на базе компьютеров: программное обеспечение коллективного пользования, коллективные системы поддержки принятия решений, совместная работа на базе компьютеров, телеконференции. В настоящее время системы поддержки работы групп и электронные системы организации совещаний считаются наиболее важными составляющими систем поддержки принятия решений и управления деятельностью предприятий.
Электронная почта. Исторически сложилось так, что система обмена электронными сообщениями (e-mail) стал одна из первых массовых технологий групповой работы. Те компании, которые первыми ввели у себя такую форму общения, получили на некоторое время заметное конкурентное преимущество. В настоящее время электронная почта является самой распространенной и пользующейся наибольшим успехом формой коммуникационного обеспечения коллективного пользования. Каждый, у кого есть электронный адрес, может посылать электронные сообщения любому другому человеку, у которого тоже есть адрес электронной почты — на любой соединенный с сетью компьютер и любой точке земного шара.
С помощью программного обеспечения для работы с электронной почтой можно создавать электронные сообщения и делать вложения в них. Функция вложения используется для отправки по почте документов любого типа, например текстовых документов, электронных таблиц, мультимедиа файлов, файлов баз данных и т. д. разработанное позже программное обеспечение для фильтрации текста расширило возможности электронной почты, чтобы помочь пользователю в структурировании, направлении и фильтрации сообщений. Потребность в этих услугах обусловлена тем, что постоянно растет количество почты, которая почти или совсем не нужна пользователю (Spam). Программное обеспечение для фильтрации может обеспечивать доставку пользователям только персональных сообщений, содержащих важные для них новости, а также помогает находить информацию, необходимую пользователям в процессе принятия решений.
Компьютерные форумы и чаты (Forum/Chat) — разновидность электронной почты, когда сообщения систематизируются по темам, а диалоги зачастую организуются модератором. Такая форма общения, известная как асинхронная система неформального обмена мнений на заданную тему, может применяться в случаях, когда личные встречи необязательны или неосуществимы.
Системы проведения конференций на основе компьютеров. Такие системы проведения конференций (интерактивные телеконференции) дают возможность группе совместно работающих, но территориально разделенных людей обмениваться в режиме On Line мнениями, идеями или информацией при обсуждении какого-либо вопроса, преодолев временные и пространственные барьеры. В настоящее время существует масса разновидностей систем проведения конференций, включая компьютерные конференции (совещания, проводимые с помощью электронной почты), селекторные совещания с возможностью подключения мобильных абонентов, конференции с использованием настольных персональных компьютеров, средств мультимедиа, теле и видеоконференции и конференции.
Коллективное оформление текстовой документации и графических материалов. Групповая разработка документации — это создание комплекта документации одновременно группой сотрудников, часть из которых могут совместно работать над одним документом (выявление и формирование требований, отработка спецификаций, составление плана, отчета, инструкции, подготовка текста брошюры или статьи). Использование системы для коллективного оформления документации позволяет каждому члену рабочей группы создавать и редактировать свои собственные разделы документов, в которые могут входить текст, графика, электронные таблицы и т.п. Аппаратное обеспечение для этой системы включает в себя файловый сервер с БД, который является одним из узлов локальной сети и с которым соединены персональные компьютеры рабочей группы. На нем сосредоточена вся документация группы, текстовые редакторы и графические пакеты (если взаимодействие построено по схеме "клиент-сервер").
Чтобы группа могла совместно создавать документы, используется специализированное программное обеспечение, позволяющее определять местоположение документов, находить их, отслеживать пути перемещения, обеспечивать сохранность и адекватность, а также осуществлять конфигурационный и версионный контроль сложных многостраничных документов, содержащих текст, таблицы и графику.
Системы автоматизации делопроизводства и документооборота (Office Automation Systems). Прикладные программы автоматизации управления делопроизводством и документооборотом охватывают все виды вопросов, связанных с деятельностью в офисе, которые должны быть изучены и приняты к исполнению, а также требуют утверждения со стороны иерархии менеджеров. Современные системы управления документационным обеспечением имеют развитые средства создания и рассылки документов в автоматизированном режиме, позволяя отслеживать маршруты и правильность заполнения документа на всех этапах его создания или обработки.
На российском рынке представлены десятки доступных программных продуктов российских и зарубежных фирм в широком ценовом диапазоне, в Internet можно скачать различные варианты Open Source продуктов для управления офисной деятельностью.
Планирование деятельности рабочих групп (Group Activity Planning). Системы планирования для рабочих групп (составление повестки дня рабочих групп) упрощают процесс планирования их ежедневной, еженедельной и долгосрочной деятельности. Работая с базой данных коллективного пользования и программами-планировщиками, организация может свести к минимуму накладки в расписании членов группы. Такие модули типа Outlook в настоящее время встраиваются практически во все офисные программы, а для быстрого планирования и надежного контроля исполнения используются программные пакета типа MS Project и Primavera.
Системы текстовых баз данных для открытых рабочих групп. Использование таких БД является достаточно эффективным способом доступа к неструктурированным текстовым данным, хранящим разнообразные материалы организации — совокупность текстовых данных, полученных из электронных сообщений, электронных досок объявлений и коллективных ресурсов свободного доступа. Это важный корпоративный ресурс, который может использоваться при решении внутренних задач, в работе с клиентами и во многих других случаях.
При хранении текстовых данных эффективным способом систематизации больших объемов информации является применение технологии ссылок и гипертекста. Использование гипертекста обеспечивает пользователям быстрый и удобный доступ к информации, содержащейся в больших документах. Коллективное использование гипертекста позволяет людям проводить сеанс распределенной работы в режиме реального времени, например, одновременно просматривать и редактировать различные участки текста. Действия пользователя немедленно отображаются на дисплеях всех участников, выбравших для работы режим взаимодействия с сильной связью. Если пользователь выбирает режим взаимодействия со слабой связью, он может предпринимать какие-либо действия, которые не будут сразу видны остальным, однако система отслеживания версий документа (Source Safe System) обязательно зафиксирует и сохранит все сделанные изменения.
Отметим, что в 80-е и 90-е годы XX века лидером среди недорогих программных продуктов, реализующих коллективную работу с открытыми БД в локальной сети организации, долгое время был продукт Lotus Notes/Domino компании Lotus. Этот продукт имеет массу важных особенностей. Базы данных Lotus Notes хранят документы, которые содержат графические данные, электронные таблицы, текстовую информацию, и т. д. в форме одной записи. Более того, это программное обеспечение совместимо со многими популярными текстовыми редакторами, программами для работы с электронными таблицами и графическими пакетами для персонального компьютера. Lotus Notes может работать из-под различных операционных систем и с различным аппаратным обеспечением. Оно может быть использовано при работе на любых компьютерах с операционными системами Windows или Unix, а также некоторыми популярными сетевыми операционными системами, включая Novell, Banyan и IBM. Такая совместимость упрощает процесс пользования общей информацией и совместную работу пользова телей в крупных распределенных системах.
Системы управления базами данных для рабочих групп. Размещение, хранение, обеспечение безопасности и выдача информации по запросам являются фундаментальными функциями автоматизированных ИС. Хранение данных осуществляется на вторичных устройствах хранения информации (Data Storage), при этом используется иерархических система уровней данных: бит, байт, поле, запись, файл и база данных. Каждая запись в БД содержит определенные поля заданной длины, совокупность записей представляет собой файл.
Система управления базой данных (Data Base Management System — DBMS) предоставляет пользователю запрашиваемые данные, скрывая технологии их размещения, хранения и обслуживания. СУБД для рабочих групп — это программное обеспечение для управления (ввода, обновления, систематизации, осуществления запросов, создания отчетов и т. д.) базами данных. Такие популярные СУБД, как Microsoft Access, Progress, MySQL могут использоваться как одним человеком, так и группой исполнителей. Различие между СУБД для рабочих групп и индивидуальных СУБД состоит в том, что СУБД для рабочих групп контролируют доступ и совместное использование данных и обеспечивают их целостность при коллективной работе.
Современные СУБД, реализуемые, например, технологиями и инструментальными средствами Microsoft и Oracle, предоставляют множество гибких функций для осуществления коллективной работы с комплексными и распределенными базами данных. Отметим, что сейчас доступно достаточно много свободно распространяемых продуктов, таких как Web-серверы Apache, баз данных MySQL или PostreSQL.
Системы поддержки подготовки и принятия решения (Decision Support Systems). С середины 1980-х годов, когда фокус применения ИС стал смещаться от подготовки отчетов к использованию ИС для поддержки реализации бизнеса, стали развиваться и всё шире использоваться системы, позволяющее группам специалистов эффективно заниматься подготовкой принятия деловых решений. Такая система для коллективной работы является "интерактивной автоматизированной системой, которая способствует облегчению принятия решений по неструктурированным вопросам лицами, работающими сообща и представляющими собой группу.
В начале 1990-х годов сложилась обобщенная система требований на технологическое сопровождение работы таких групп и необходимые коммуникации. Каждый из членов такой группы имеет персональный компьютер или рабочую станцию, которая соединена в локальной или Internet сети с компьютерами других членов группы, а также с одним или несколькими большими экранами или электронными досками общего пользования для того, чтобы каждый из участников группы мог видеть информацию, вводимую другими.
Программное обеспечение для групповых систем обеспечения принятия решений должно поддерживать специализированные функции, такие как анонимный ввод идей и комментарии пользователя, составление перечня информации, вводимой пользователями, голосование, ранжирование альтернативных решений и их вывод на экран (Dialog Mapping System). Человеческая составляющая включает в себя одного или несколько экспертов, аналитиков, представителей заинтересованных проектных команд и модератора, который проводит сессию и является посредником между группой и компьютерной системой. Задачи группы включают в себя налаживание личностных коммуникаций, обсуждение и системный анализ проблем, решение возникающих вопросов, переговоры, разрешение конфликтов, проектирование вариантов решения, подготовка документов и совместное их использование.
Основанное на применении ИТ программно-аппаратное окружение (Integrated Collaborative Environments — ICE), включающее аудио и видеотехнику, процедуры, методики, вспомогательные средства и данные, необходимые для работы, обеспечивает поддержку групповых совещаний, которые могут быть распределены как по времени, так и в пространстве. Программные продукты коллективного пользования объединяют в себе все большее количество Internet-протоколов. К таким продуктам относятся, например, Domino от Iotus Development или Microsoft Exchange от Microsoft.
В настоящее время речь уже не идет об обеспечении отдельных сфер деятельности коллективной работы. На рынке имеется много продуктов от ведущих зарубежных производителей программного обеспечения Microsoft, IBM, Intel, Sun Microsystems, Borland, Novell, некоторых российских компаний, которые реализуют полнофункциональную среду (ИТ-инфраструктуру) управления деятельностью компании и эффективного ИТ-сопровождения этой деятельности для решения основных бизнес-задач.
Геоинформационные системы
Глобализация и интернационализация экономики, уничтожение торговых барьеров между большим числом государств в Европе и Азии, широкое применение ИТ и ИС в деятельности государственных и коммерческих структур, появление и быстрое развитие глобальной сети Internet привело в середине 80-х годов ХХ века к появлению ИС, которые позволяли организовать в режиме On Line работу транснациональных корпораций, находящихся на разных континентах. Расстояния перестали быть препятствием для эффективной работы распределенных компаний – развивающиеся ИКТ обеспечивали практически мгновенную связь и доставку информации для анализа и принятия делового решения, реализуя известный принцип "7 х 24" ("7 дней в неделю, 24 часа в сутки"). Значительную часть этой информации практически в любой сфере деятельности мы получаем в виде рисунков и карт, планов, схем и пояснительных текстов.
Это могут быть схемы магистрального газового или нефтяного трубопровода из Сибири в Западную Европу, движения подводных лодок и самолетов боевого патрулирования вдоль границ России, схемы железнодорожных путей в масштабе страны или метро в городе, план здания или схема взаимосвязей между офисами компании, карта экологического мониторинга территории, атлас земельного кадастра или карта природных ресурсов и т. д.
Выбор места для филиала компании за рубежом, проведение маркетинга и набор персонала в другой стране, координатная "привязка" производства к той местности, где это наиболее выгодно с точки зрения наиболее эффективного использования ресурсов в большинстве случаев перестали быть трудно разрешимой задачей. Появилась насущная необходимость представлять географическую и сопутствующую информацию в удобном графическом виде, совмещая на экране монитора несколько листов сканированного изображения карты.
Быстрое развитие специализированных систем и технологий, получивших название географических ИС — ГИС (Geographical Information Systems — GIS), позволило к концу ХХ века успешно решать такие задачи.
ГИС-технологии получили широкое распространение и применение в науке, технике, бизнесе. Координатно-временная привязка объектов используется в геодезии, картографии, геологии, мореходном деле. Обработка и сведение в единую систему фотографических снимков из космоса в научных и военных целях, обработка данных геофизики и геодинамики, использование в народном хозяйстве (составление городских, региональных и федеральных земельных кадастров) и многое другое производятся с применением ГИС-технологий. Многочисленные определения понятия "геоИС" и "геоинформационная технология" отражают многоплановость понятий.
Рис.50. Многоплановость областей применения ГИС
Рис.51. Общая структура GIS-платформы
Географическая ИС (ГИС) - это совокупность технических, программных, коммуникационных и информационных средств, обеспечивающих ввод, обработку, хранение, математико-картографическое моделирование и образное интегрированное представление (визуализацию) пространственных и соотнесённых с ними атрибутивных данных для решения проблем территориального планирования и управления (ОСТ ВШ 02.001-97).
Таким образом, ГИС-технологии — это, прежде всего, компьютерные технологии и системы, позволяющие эффективно работать с динамическими данными о пространственно-распределенных объектах, дополняя их наглядностью представления и возможностью строить модели и решать задачи пространственно-временного анализа. ГИС, как и любая ИС, снабженная средствами сбора и обработки данных, дает возможность накапливать и анализировать подобную информацию, оперативно находить и обрабатывать нужные географические сведения и отображать их в удобном для пользователя виде (Рис.51) .
Применение ГИС-технологий позволяет резко увеличить оперативность и качество работы с пространственно-распределенной информацией по сравнению с традиционными "бумажными" картографическими методами.
Географические пространственно-распределенные данные означают информацию, которая идентифицирует географическое местоположение и свойства естественных или искусственно созданных объектов, а также их границ на земле, над и под землей, на воде, над и под водой, в космическом пространстве. Эта информация может быть получена с помощью дистанционного зондирования, картографирования и различных видов съемок, включая съёмки из космоса.
Данные содержат четыре интегрированных компонента: местоположение и пространственные отношения объектов, время, на которое зафиксированы эти компоненты, и скорость изменения указанных параметров. Иными словами, географические данные описывают:
· географическое пространственное положение физических или смоделированных объектов представляется 2-мерными (координаты X,Y на плоскости), 3-х мерными (широта, долгота, высота над уровнем геоида) и 4-х мерными координатами (широта, долгота, высота над уровнем геоида, время в секундах, средних сутках, среднем солнечном годе) в системе координат, отнесенной к среднему полюсу Земли и положению среднего экватора;
· свойства объектов или моделей могут содержать информацию, которая не указывает явно на пространственную ориентацию и является описательной — тем не менее, такая информация является важной и она также включается в географические данные;
· пространственные отношения определяют взаимное расположение объектов или моделей — например, положение объекта А по отношению к объекту В на плоскости, в пространстве или во времени, движение А относительно В, вложенность А в В и т.д.;
· временные параметры могут характеризовать как взаимное отношение объектов (моделей) так и жизненный цикл географических данных.
Области применения ГИС сегодня крайне разнообразны: землеустройство, контроль ресурсов, экология, муниципальное управление, транспорт, экономика, социальные задачи и многое другое. Первые работы по ГИС-технологиям начали проводиться более 25 лет назад в Канаде и США, где первоначально использовались в основном для целей землеустройства южный и западных районов США и картографирования канадских районов Арктики с помощью компьютерной обработки спутниковых фотографий.
Сейчас все шире начинают внедряться ГИС массового пользования — для генеральных электронных планов городов, планов разработки месторождений полезных ископаемых и морской разведки нефтяных пластов, схем инженерных коммуникаций, схем движения транспорта и т.п. По некоторым оценкам до 80-90% всей информации, с которой мы обычно имеем дело, может быть представлено в виде ГИС различного назначения.
Для поддержки критически важных областей деятельности — атомная энергетика, добыча и транспортировка нефти и газа, ликвидация последствий природных и техногенных катастроф, деятельность в оборонной сфере — в настоящее время всё шире разрабатываются и применяются специализированные Web-ресурсы для реализации распределенных ГИС и ГИС-порталов. Разработка таких порталов производится сегодня на базе международных стандартов, созданных известными международными организациями по стандартизации — ISO (International Organization for Standardization) и OGC (Open Geospatial Consortium). Это такие стандарты, как ISO 19115 MetaData, ISO 19139 MetaData — XML Schema Implementation, Catalog Interfaces, Geography Markup Language и Web Map Service.
Многообразие существующих ГИС-решений укладывается в различные виды классификаций.
ГИС различаются предметной областью информационного моделирования — городские или муниципальные (Urban GIS — UGIS), природоохранные (Environmental GIS), производственные (Manufacturing Facilities GIS — MFGIS) и т.д. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней научными и прикладными задачами — инвентаризация ресурсов (кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений.
Интегрированные ГИС (Integrated GIS — IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.
Масштабно-независимые ГИС (Multiscale GIS — MSGIS) основаны на множественных, представлениях пространственных объектов (Multiscale Representation), обеспечивая графическое или картографическое вопроизведение данных на любом уровне масштабирования на основе того набора данных, который обеспечивает наибольшее пространственное разрешение. Пространственно-временные ГИС (Spatio-temporal GIS — STGIS) оперируют пространственно-временными данными.
Реализация геоинформационных проектов (GIS Project), включает обычные этапы жизненного цикла:
· предпроектных исследований (Feasibility Study), в том числе изучение требований пользователя (User Requirements) и функциональных возможностей (Functional Facilities) используемых программных средств ГИС;
· технико-экономическое обоснование разработки ГИС;
· оценку соотношения "затраты/прибыль" (Costs/Benefits);
· системное проектирование ГИС (GIS Designing), включая стадию пилотного проекта (GIS Pilot Project);
· разработку (GIS Development);
· тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (Test Area);
· прототипирование или создание опытного образца (Prototyping);
· внедрение (GIS Implementation);
· введение в эксплуатацию и использование (Setting into Operation).
Функциональные возможности ГИС
В ГИС в целом выполняется пять основных функциональных процедур с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.
Ввод данных. Географические данные (числа, текст, изображения) для использования в ГИС вводятся в векторном или растровом виде, если такие данные уже существуют в подходящем цифровом формате, либо предварительно оцифровываются с помощью диджитайзера или сканера. Каждый элемент или объект изображения имеет координатную привязку. Тем самым, любые свойства и характеристики реальных объектов (моделей) или их элементов "привязаны" к местоположению объекта в координатной сетке. При этом всегда следует иметь в виду, что технологии оцифровки или занесения данных в конкретный тематический слой, а также наложение и сведение слоев могут сопровождаться значительными ошибками, которые в дальнейшем приведут к заметным искажениям картографических данных и визуализации результата (рис. 12.18).
Средства манипулирования представляют собой различные способы выделения, группировку и преобразования данных, например, приведение всей геоинформации к единому масштабу и проекции на определенный тематический слой для удобства совместной обработки. Для хранения, структурирования и управления данными в ГИС чаще всего используются реляционные базы данных с элементами OLAP-технологий (On Line Analytical Processing) и технологий создания отчетов (Report Creation).
Запрос и анализ можно выполнять на разных уровнях сложности — от самых простых вопросов: где находится объект и каковы его описательные свойства — до поисков и компиляции данных по сложным шаблонам и сценариям вида "А что если...". В современных ГИС имеются развитые средства анализа взаимной близости и наложения объектов, принадлежащим разным тематическим слоям.
Первый инструмент связан с выделением буферных зон вокруг заданных объектов по комбинации различных параметров (например: "Выделить населенные пункты, расположенные не далее двух километров от конкретного аэропорта" или "Рассчитать зоны поражения при аварии на АЭС и выделить населенные пункты, попадающие в эти зоны"). Второй позволяет рассчитывать пересечение, объединение, исключение и другие сочетания двух и более распределенных объектов (оверлейные операции) при сведении слоёв.
Визуализация. Результаты различных операций можно просто отображать на экране или же создавать (рисовать) новые объекты с любыми наборами атрибутивных характеристик. Развитые средства и способы визуализации позволяют ГИС легко управлять отображением данных. Традиционным результатом обработки, анализа и отображения пространственных географических данных является карта, которая дополняется отчетными документами, рельефными цветными изображениями реальных и смоделированных объектов, фотографиями, таблицами, диаграммами, видео клипами развития ситуации и другими мультимедийными средствами.
Кроме указанных базовых операций, современные ГИС имеют достаточно много специальных групп функций, реализующих пользовательские задачи: прокладку оптимального маршрута, поиск кратчайших расстояний, расчетные задачи пространственной статистики, создание моделей геологических структур, морских и воздушных течений и т. д.
Модели географических данных. Для графического представления географических данных, описывающих реальные объекты и их модели в ГИС, используются электронные карты и тематические описания. Параметры местоположения объектов и их отношений есть пространственные (метрические) данные, параметры временных и тематических свойств — атрибутивная (описательная) информация.
В основе моделей данных в ГИС лежит классификатор объектов карты. Он определяет состав и содержание метрических, семантических, тематических, динамических свойств объекта и их изобразительных средств. Система условных обозначений формируется с использованием палитры красок, текстуры линий и заливок, шаблонов знаков и шрифтов. В современных ГИС реализована технология послойного графического представления информации, она соответствует представлению координатных моделей в топологической форме (представление объектов и их связей в виде графа). Атрибутивная информация отображается на слое электронной карты числами, символами и их совокупностями — надписями. Связь координатных и атрибутивных данных устанавливается в БД через соответствующие идентификаторы (по умолчанию или через пользовательский интерфейс). Для представления географических объектов применяются растровые и векторные модели.
Растровая модель — отображение участков поверхности суши и океанов в виде дискретного набора элементов, составляющих нужную картину. Такие элементы называются пикселами (Picture Element), они образуют отображение тематического слоя электронной карты на экране монитора. Каждый пиксел занимает некоторую малую площадь в виде прямоугольника, имеет координаты центра (X,Y) в плоскости слоя карты, связанные с координатами точек географического объекта, и описание его свойств (яркость, цвет и плотность тона), соответствующих аналогичным свойствам объекта.
Растровые цифровые изображения могут быть получены непосредственно при цифровом фотографировании земной поверхности со спутников, либо при обработке аэрокосмических фотографий методами цифрового сканирования с использованием диджитайзеров. Такие изображения хороши для зрительного восприятия и удобны для многоаспектной обработки. Однако они занимают много места в памяти вычислительных устройств и плохо масштабируются — при многократном и многоразовом изменении масштаба, сжатии и дешифровке четкость изображений сильно ухудшается. Поэтому в тех случаях, где заранее оговаривается необходимость масштабирования изображений без потери четкости, применяется технология векторной графики.
Векторная модель — это структурно заданное графическое изображение пространственного объекта. Положение точек объекта задается координатами конца вектора (x,y,z) и описанием свойств этой точки. Отображение объекта задается совокупностью векторов. Так как конец вектора (точка) не имеет площади, то при многократном увеличении или уменьшении изображения объекта (масштабировании) искажения не происходит. Векторная графика оперирует точечными, линейными (дуги и контуры) и площадными (полигонными) моделями пространственных объектов.
Допустимы следующие формы векторной модели данных:
· цельнополигональная структура (топологическая структура типа "спагетти");
· линейно-узловая (графовая структура);
· реляционная (структура отношений);
· нерегулярная триангуляционная сеть.
Формирование топологии заключается в определении положения точек и узлов в выбранной системе координат на плоскости или в пространстве (для рельефных изображений) и цифровое кодирование взаимосвязей между точечными, линейными и площадными географическими объектами. В настоящее время применяются объектно-ориентированные модели баз географических данных (например, ArcGIS компании ESRI), формирующие классы объектов, классы отношений, геометрические сети и послойную топологию.
Инструменты реализации и поддержки ГИС
По своему назначению ГИС можно разделить на четыре широкие функциональные категории: простые инструменты составления карт и диаграмм; настольные компьютерные и встроенные ГИС-пакеты широкого применения; полнофункциональные системы; ГИС уровня всего предприятия (корпоративные системы).
Инструменты составления диаграмм данных и картирования. Средства этой категории дешевы и просты в использовании, но по некоторым функциональным возможностям могут быть вполне сравнимы с более сложными системами. Типичными примерами являются инструменты для электронных таблиц, например, Microsoft Map в Excel и Lotus Maps. Эти приложения доступны любому пользователю электронных таблиц MS Excel и Lotus Notes и дают возможность легко использовать функции тематического картирования — отображения на карте географической информации из своей базы данных. Любой менеджер за десять минут научится изготовлять карты, нужные для подготовки принятия делового решения.
Другой простой инструмент, но достаточно функциональный инструмент — Business Map. Он предназначен для пользователей, которым нужно больше, чем просто тематическое картирование. Business Map работает с данными наиболее популярных электронных таблиц и баз данных и поддерживает такие возможности анализа в области бизнеса и управления, как, например, пространственные запросы, управление отображаемым составом карты, определение и связывание координат, почтовых индексов и адресов реальных объектов. К этой же категории относятся и средства просмотра цифровых карт (Viewer Facilities). Для примера, можно привести Geomedia Viewer от Intergraph или бесплатный (Free) ArcExplorer, позволяющий просматривать и запрашивать данные ArcInfo, ArcView и SDE, в том числе и через Internet.
Существенным фактором, ограничивающим широкое использование более сложных ГИС в деловых задачах, является относительная трудность изучения программного обеспечения. Для устранения этого препятствие разработаны развитые пользовательские интерфейсы, дающие обычному пользователю мощные и понятные средства географического анализа.
Настольные компьютерные системы и встроенные ГИС-пакеты. В первой половине 1990-х годов рост продаж ГИС был в немалой степени обусловлен спросом именно на настольные и встроенные ГИС. И если первые системы настольного картографирования (Desktop Mapping) имели ограниченные возможности работы с географическими данными, то современные ГИС, "поставленные" на персональный компьютер или встроенные в состав другого программного средства, предлагает полный набор средств для анализа и управления данными.
К таким продуктам относятся: ArcView, Maplnfo, GeoMedia, GeoGraph/GeoDraw, которые имеют функциональные возможности современных СУБД и предоставляют средства для анализа, интеграции и отображения географических данных. Программный пакет типа ArcView можно, например, использовать для привязки пространственных данных (с помощью спутниковой системы позиционирования GPS или ГЛОНАСС), импортировать данные из других источников (картографические данные и информацию из государственных или корпоративных баз данных), выполнять комплексные статистические и модельные исследования, строить варианты сценариев развития ситуаций, производить в режиме On Line обработку полевых данных, полученных при геодезических съемках местности с лазерными теодолитами.
Рассмотрим кратко две наиболее типичные ГИС этого класса — ArcView и MapInfo.
ArcView имеет средства для выбора, просмотра и редактирования разнообразных географических данных, создания макетов и шаблонов карт с легендами, графиками и диаграммами, оцифровки карт с помощью сканера, связывания объектов карты с атрибутивной информацией в режиме Hot Link (с архивами изображений, полученных мультимедиа-средствами), адресного кодирования, распечатки картографических материалов.
ArcView напрямую работает со многими форматами данных, обеспечивает доступ к стандартным СУБД (Ingres, Sybase, Oracle, Informix), читает файлы форматов DXF и DWG, а также включает следующие функции: вызова удаленных процедур RPC (Unix), связи с другими приложениями через протокол DDE (Windows), подключения приложений на Visual Basic. Имеется также ряд стандартных приложений ArcView для инженерных изысканий, взаимодействия с GPS, SAP R3, представления данных в Internet.
Программный продукт MapInfo Professional (http://www.esti-map.ru) в настоящее время является одним из реальных лидеров ГИС в области цифрового картографирования. В дополнение к традиционным функциям для СУБД такого типа MapInfo позволяет собирать, хранить, отображать, редактировать и обрабатывать картографические данные с учетом пространственных и временных отношений объектов. В одном сеансе работы одновременно могут использоваться данные разных форматов. Источники данных могут быть:
· таблицы собственных баз данных MapInfo;
· данные в обменных векторных форматах САПР (для встроенных ГИС-приложений) и различных геоИС: AutoCAD (DXF, DWG), Intergraph/MicroStation Design, ESRI Shape, ARC/INFO Export,
· растровые карты в форматах GIF, JPEG, TIFF, PCX, BMP, PSD, ECW, BIL и GRID (GRA, GRD);
· данные, полученные с помощью GPS, ГЛОНАСС, электронных геодезических приборов (лазерные теодолиты и дальномеры);
· файлы Excel, Access, xBASE, Lotus 1-2-3 и текстовые файлы, в которых кроме атрибутивной (описательной) информации могут храниться географические координаты точечных объектов.
ГИС MapInfo может выступать в роли "картографического клиента" при работе с такими распространенными СУБД, как Oracle и DB2, так как поддерживает эффективный механизм взаимодействия с ними через протокол ODBC. Более того, доступ к данным из СУБД Oracle возможен и через внутренний интерфейс (OCI) этой базы данных.
В MapInfo есть "географическое" расширение встроенного языка запросов SQL, которое позволяет организовывать выборки с учетом пространственных отношений объектов — распределенность, вложенность, перекрытия, пересечения площадей объектов. Запросы к БД можно сохранять в виде шаблонов для дальнейшего использования. В MapInfo есть также возможность поиска и нанесения объектов на карту по координатам, адресу или системе различных установленных индексов.
Взаимодействие между Windows-приложениями позволяет интегрировать окно "Карты" MapInfo в программы, написанные на языках Delphi, Visual Basic, C++. Совместное использование MapInfo и среды разработки MapBasic дает возможность каждому пользователю создавать специфические приложения для решения конкретных прикладных задач.
Полнофункциональные системы. Полнофункциональные программные продукты берут начало из крупных государственных проектов 60-х и 70-х годов, которые реализовывались на крупных ЭВМ (Mainframe). Они использовались, в основном, аналитиками и специалистами по зарождающейся геоинформатике и были инструментом поддержки уникальных и специализированных исследований. Такими ГИС могли пользоваться лишь квалифицированные специалисты, понимающие и в программном обеспечении, и в принципах географии, и в проблемах конкретной прикладной области.
Сегодня положение изменилось — современные ГИС-инструменты реализуют методы геоинформатики, используя мощные программно-аппаратные средства: географические Web-серверы открытого доступа, инструменты сложного многофакторного пространственного анализа, устройства для формирования точнейших электронных и подготовки высококачественных бумажных карт.
Полнофункциональные ГИС содержат полный набор средств геопространственной обработки, включая сбор данных, их интеграцию, хранение, автоматическую обработку, редактирование, создание и поддержку топологии, пространственный анализ, связь с СУБД, визуализацию и создание твердых копий любой картографической информации. Система работает как на рабочих станциях под управлением Windows NT, так и RISC-Unix. В дополнение к базовому набору ArcInfo имеется ряд модулей, расширяющих возможности обработки геоданных в различных областях применения.
Корпоративные системы. Корпоративная ГИС — это, как правило, распределенная ИС с рабочими местами, выполненными по технологии "клиент-сервер". ГИС в рамках предприятия может быть реализована с использованием серверов пространственных данных Spatial Database Engine (SDE), работающих с клиентскими приложениями типа настольных приложений ArcView и ArcInfo. Такие ГИС позволяют оперировать огромными объемами географических и атрибутивных данных и поставлять эти данные любому пользователю локальной или глобальной сети. Кроме того, поскольку серверы пространственных данных обычно реализованы в стандартных реляционных СУБД, они переносятся в большинство сред баз данных. Тем самым, инструменты, подобные SDE и встроенные в КИС могут использоваться, чтобы:
· строить быстродействующие ГИС-приложения;
· включать сложные функции обработки географических данных в прикладные программы;
· поставлять прикладные программы на целом ряде платформ программного обеспечения и оборудования;
· увеличивать доступность географических и атрибутивных данных и возможность их обработки и интерпретации для принятия деловых решений;
· интегрировать управление географическими данными в существующие корпоративные системы управления базами данных.
Такие приложения наиболее важны для компаний, которые управляют большими инфраструктурами или инженерными коммуникациями (например, сетями энергоснабжения), работают в сфере транспорта и перевозок или занимаются разработкой природных ресурсов — ведущие нефтяные и газовые компании повсеместно используют ГИС, чтобы управлять изысканиями, производством и распределением ресурсов.
ГИС корпоративного типа тесно связана с рядом других типов ИС — с системами автоматического проектирования (Computer Aided Design — CAD), модулями систем управления деятельностью предприятия (Enterprise Resource Planning — ERP), системами управления перевозками и поставками (Logistic and Supply Chain Management — LSCM). Ее основное отличие заключается в способности, собирать, обрабатывать, манипулировать пространственными данными и проводить квалифицированный анализ.
Широкую известность в кругах специалистов в области геоинформатики, приобрела свободно распространяемая под лицензией GNU Public License геоИС GRASS — Geographic Resources Analysis Support System разработка, модернизация и техническое сопровождение которой, ведется международной командой разработчиков. В текущей версии GRASS представляет собой модульную многофункциональную геоИС универсального применения [http://grass.itc.it/].
На интерфейс системы накладывает определенный отпечаток изначальная ориентация GRASS на Unix-системы, охарактеризовать примененное решение можно как сочетание командного и оконного интерфейсов. Причем общая концепция интерфейса угадывается в версиях под различные платформы. Помимо стандартного графического интерфейса пользователя возможно применение различных оболочек GUI, например, широко известная оболочка QGIS для ядра GRASS. Существует также Java-версия системы GRASS — JAVAGRASS, которая обеспечивает уникальную межплатформенность. Всё это обеспечило успех и широкую применимость этой геоинформационной системы.
Связанные технологии: GIS, GPS и ГЛОНАСС
Системы управления базами данных ГИС предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные. Эти данные получены чаще всего методами пространственного дистанционного зондирования — проведения измерений координат объектов на земной поверхности с использованием лазерных дальномеров на земных пунктах наблюдения и отражателей, расположенных борту искусственных спутников Земли (ИСЗ). Используются также приемники системы глобального позиционирования и другие радиометрические устройства, работающие на измерении эффекта Доплера. Эти устройства собирают данные в виде наборов координат или изображений (преимущественно цифровых) и обеспечивают широкие возможности обработки, анализа и визуализации полученных данных.
Разработки концепции NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System) начались в 1973 году по инициативе Министерства обороны США. Самые современные на тот момент радионавигационные системы — наземные Loran-C и Omega и спутниковая Transit — перестали удовлетворять требованиям в отношении точности, всепогодности, круглосуточной работы и зоны охвата. В феврале 1978 года был запущен первый экспериментальный спутник GPS. К середине 1993 года на орбитах находились уже 24 спутника, что было достаточно для обеспечения непрерывной навигации в любой точке Земли. Об окончательном вводе системы в эксплуатацию объявили только в июле 1995 года
Система GPS состоит из трех частей: космической, наземной и пользовательского оборудования.
Космическая часть — это 24 спутника, движущихся по шести орбитам. Наклон орбит к земному экватору — 55 градусов, угол между плоскостями орбит — 60 градусов. Высота орбит 20180 км, период обращения — 12 ч. Мощность спутникового передатчика 50 Вт. Если один из них вышел из строя, то остальные способны, передвигаясь на орбитах, заполнять бреши в системе. Важным элементом спутника являются атомные часы, рубидиевые и цезиевые, по четыре на каждом, которые задают бортовую шкалу времени. Эти шкалы постоянно синхронизируются с наземными высокоточными стандартами времени. Каждый спутник идентифицируется номером (Pseudo Random Number — PRN), который отображается на приемнике GPS.
Наземная часть состоит из 4 станций слежения, расположенных на тропических островах. Они отслеживают видимые спутники и передают данные на Главную станцию управления и контроля на авиабазе в Колорадо-Спрингс для обработки на сложных программных моделях орбит, которые называются эфемеридами. Через наземные станции данные передаются обратно на спутники, а затем спутник передает их пользовательским приемникам GPS.
Пользовательская часть включает в себя приемник сигналов со спутника, дешифратор и программный модуль для вычисления координат объекта, на котором находится приемник. Точность определения координат зависит от многих факторов — точности передающих и принимающих устройств, бортовых и наземных шкал времени, состояния ионосферы и тропосферы, солнечной активности, влажности и давления в атмосфере, но, прежде всего, от геометрии расположения спутников в поле зрения приёмной антенны. Измеряя расстояния (псевдодальности) r1 и r2 дальнометрическими или радиометрическими способами для нескольких спутников и уравнивая их методами спутниковой геодезии, можно получить координаты наземных пунктов слежения и поправки к элементам орбит спутников.
Спутниковая геометрия измеряется фактором PDP (Position Dilution of Precision) Идеальному расположению спутников соответствует PDP=1, большие значения говорят о плохой спутниковой геометрии. Значение PDP используется как множитель для других ошибок при уравнивании наблюдений. Каждая измеренная приемником псевдодальность имеет свою погрешность, зависящую от атмосферных помех, ошибок в эфемеридах, отраженного сигнала и т.д. Так, если предполагаемые значения этих ошибок в сумме составляют около 50 метров и PDOP =1.5, то ожидаемая ошибка определения места будет 75 метров. Если приемник "поймал" четыре спутника, и все они находятся близко к зениту места наблюдения, то такая спутниковая геометрия "плохая" и ошибка результата составит 90-150 метров. С теми же 4-мя спутниками точность намного возрастает, если они расположены равномерно по сторонам горизонта на высоте от 20 до 50 градусов дуги. В этом случае точность достигает 30 метров, что составляет примерно 1 секунду дуги — а это уже неплоха я точность.
Современные стационарные GPS обеспечивают при обработке пространственных данных в ГИС точность положений до нескольких долей секунды и точность определения расстояний — до нескольких миллиметров. Понятно, что такая точность нужна для научных и оборонных прикладных задач. Авиационные и морские GPS, устанавливаемые на самолетах и судах, обеспечивают точность до 1 метра, для непрофессионального использования в настоящее время вполне хватает точности в несколько метров. Такие GPS- устройства монтируются в мобильные телефоны, в системы автомобильной навигации и т.д. Окончательная погрешность работы системы {GPS — GIS — электронная карта} будет зависеть от точности каждого элемента системы. Нелишне будет упомянуть, что координатные системы карт — такие как, например, Map Datum — связаны с разными моделями земного эллипсоида, используемыми при построении карт в различных странах. Разница между ними может достигать 500 м. При работе с GPS и электронной картой пользователь должен учитывать это и делать соответству ющие поправки.