Понятия о гис (Геоинформационные системы) их структура, классификация и применение

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• Геоинформационные системы, 162.72kb.
• Исследование процессов аварий трубопроводного транспорта в условиях геодинамических, 79.99kb.
• Лекция №10. Инструментальные средства гис лекция №10. Инструментальные средства гис, 499.17kb.
• Вопросы к экзамену по сппо структура по: системное по (спо) и прикладное по (ппо), 91.96kb.
• Географические информационные системы. Образовательные ресурсы сети Интернет. Географические, 57.09kb.
• Тема урока: Файловая структура операционной системы windows. Цель урока, 34.42kb.
• Лекция №16. Применение гис по сфере использования гис не имеют себе равных. Они применяются, 429.39kb.
• План урока: Орг момент. Повторение изученного. Объявление темы. Изучение нового материала., 66.27kb.
• Вопросы к государственному экзамену по специальности «Информационные системы и технологии», 39.93kb.
• «Геоинформационные системы», 126.86kb.

Географические и земельно-информационные системы

Глазкова Е.В.

Понятия о ГИС (Геоинформационные системы) их структура, классификация и применение.

Отраслевой стандарт мин образования РФ

ГИС – совокупность технических, программных и информационных средств обеспечивающих ввод, хранение, обработку, математико-картографичекое моделирование и образное интегрированное представление географических и соотнесенных с ними атрибутивных данных для решения проблем территориального планирования и управления.

1 этап дотируется с поздних 50х. Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка имперического опыта, и в этот период развивается первые крупные проекты и теоретические проекты.

2 период государственных инициатив (70 – 80х). В этот преиод происходит развитие крупных геоинформационных проектов поддерживаемых государством, формирование государством институтов в области ГИС, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

3 период коммерческого развития (80 – 90х). Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами не пространственных данных. Появление сетевых приложений, появление значительного число не профессиональных пользователей, развитие систем поддерживающих корпоративные и распределенные базы геоданных.

4 период – пользовательский (90 – настоящее время). В этот период повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий. Доступность и открытость программных средств, что позволяет пользователям самим адаптировать, использовать и даже модифицировать программы. В этот появляются клубе телеконцеренции для территориально разобщеннх но связанных единой тематикой пользовательских групп. Возросшая потребность геоданных, начало мировой геоинформационной инфраструктуры.

Связь ГИС с научным дисциплинами:

1. География
   
2. Картография
   
3. Информатика
   
4. Топографика
   
5. Фотограмометрия
   
6. Математика и статистика
   
7. Геодезия
   
8. Дистанционное зондирование
   

и технологиями:

1. Система настольного картографирования – используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. Сама карта является базой данных.
   
2. Система САПР (система автоматизированного проектирования) – способная создавать чертежи проектов, планы зданий для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными парами. Это системы огранициваются небольшим количеством правил построения объектов и имеют ограниченные возможности построения данных. (АвтоКад, АрхиКад).
   
3. Дистанционное зондирование и GPS. Научное направления для проведения измерений земной поверхности с использованием сенсоров (камеры на борту летательных аппаратов, приемники системы GPS и др.)
   
4. СУБД (система управления базами данных) – предназначена для хранения и управления всеми типами данных включая и пространственные. Все ГИС встроена поддержка СУБД.
   

Классификация ГИС:

1. По назначению, в зависимости от целевого использования и характера решаемых задачь. Мониторинговые, исследовательские, ГИС принятия решений, учебные, издательские и иные.
   
2. По проблемно тематической ориентации в зависимости от области применения.
   

- экологические и природопользовательские

- социально – экономичиские

- геологические

- инжнерных коммуникаций

- черезвычайных ситаций

- навигационный

- транспортные

- торгово-маркетинговые

- архиологичекий

3. по территориальному охвату. В зависимости от масштабного ряда цифровых карданных.
   

- Глобальное

- Общенациональные

- Региональные ГИС

- Муниципальные

- Локальные

4. По способу организации Географических данных, в зависимости от формата ввода, хранения, обработки и предоставления картографической информации.
   

- Векторные

- растторные

- векторно растровые

- трех мерные


Национальные требования ГИС.

1. Функция автоматизированного картографирования – эти функции должны обеспечивать работу с картаграфическими данными ГИС с целью их отбора, обновления, преобразования для производства высококачественных карт и рисунков. Включают:

1. Векторно-растровые преобразования

2. Преобразования кардинатной системы (картографической проекции и масштабов), склейки отдельных листов.

3. Склейки отдельных листов

4. Осуществление картографических измерений, вычисления площадей

5. Размещение текстовых надписей и вне масштабных картаграфических знаком или символов

6. Формирования макета печати.

2. Функция пространственного анализа должны обеспечивать совместное использование и обработку картаграфических и атрибутивных данных. Для создания производных картографических данных.

Функции ПА должны включать:

Анализ географической близости, анализ сетей, топологическое наложение полигонов, интерполяцию и вычисление буферных зон.

3. Функция управления данных должны обспечивать работу с отребутивными данными ГИС с целью их отбора, обновления и преобразования для производства стандартных и рабочих отчетов. Функции УД должны включать в себя пользовательские запросы, генерацию пользовательских документов, статистические вычисления, логичекие операции и поддержания информационной безопасности стандартных форм запросов и представление их результатов.


Структура ГИС

В общем виде ГИС должны состоять из четырех под систем:

1. Подсистема, подготовки и ввода данных. Основная задача – формирование баз географических и атрибутивных данных ГИС. Атрибутивные хранящиеся в таблицах. Географические – метрическое положение в пространстве.
   
2. Хранение, обновление и управление данными. Основная задача – организация и хранения данных. Обеспечение процедур их редактирования и обновления, обслуживание запросов на информационный поиск поступающих в систему.
   
3. Обработки, моделирования и анализа данных. Основная задача – обработка данных, обеспечение процедуры их преобразования, математического моделирования и анализа (является сердцем ГИС).
   
4. Контроля, визуализация и вывода данных. Задача – генерация и оформление результатов работы системы в виде карт, графических изображений, таблиц, графиков, текстов на различных цифровых носителях.
   

Подсистема ввода в себя включает: компьютер, сканер, дигетайзер и накопители геодезических приборов.

Три способа преобразования графической информации в цифровую форму:

- Точечный, линейный и сканирование.

При точечном используются устройства: кодировочный планшет, цифрователь, кодировщик, дигитайзер (процесс дигитолизации или цифрование). Преобразование изображение в цифровой виде так же может осуществляться в цифровой с использованием электронных устройств – сканеры. Бывают планшетные, роликовые и барабанные.

Преимущества ручной дегитализации, возможность со старыми, сильно загрязненными картографическими картами. Получение информации сразу в векторной формы. Относительная низкая стоимость. Возможность получать разделенное по частям изображение.

Подсистема выводы: принтер, плоттер, внешние устройства вывода.

По принципу построения изображения различают векторные и растровые. В растровых плоттерах изображение формируется построчно и последовательно, и направление вывода изображения постоянно. В векторных плоттерах пишущие элементы перемещаются в векторном (заданном) направлении и рисуют вектора.

Струйная печать различается на термопечать и пъезоэлектрическая.


Подсистема хранения информации. Понятия о базы данных (ОБД). Графическая и атрибутивная база данных.

База данных – понимается поименованная совокупность данных отображающих состояние объекта, его свойства и взаимоотношения с другими объектами, а так же комплекс технических и программных средств для ведения этих баз данных. База данных делится на иерархические, сетевые и реляционные.

Иерархические устанавливают строгую подчиненность в виде записи.

Сетевые базы данных в них структура сложнее чем в иерархии.

Реляционные – информация организованна в виде таблиц, разделенных на столбцы и строки, на пересечении которых находится значение данных. У каждой таблицы находится уникальное имя описывающее ее содержимое. Связь таблицы осуществляется через поля. Поля – название столбцов таблицы. Каждая таблица имеет собственный, набор поименованный столбцов или полей. Обычно соответствует атрибутам объектов которые необходимо хранить в базе данных. Каждая запись в таблице несет информацию об одном объекте.

В реляционной базе данных ГИС хранится два типа данных: графические и атрибутивные (симантичекие). В … графическая или метрическая основа карты. Атрибутивная база данных содержит в себе определенную смысловую нагрузку карты и дополнительные сведения которые относятся к пространственным данным, но не могут быть прямо отнесены на карту и являются информацией описывающих качественные характеристики объектов (атрибуты). Таблица содержащая атрибуты объектов и называется таблицей атрибутов.

Картографическая, семантическая (атрибутивная) информация – информация в цифровом или текстово-графическом виде о количественных и качественных характеристиках объектов явлений.

Система управления базы данных (СУБД) осуществляется поиск, сортировка, добавление и редактирование информации базы данных. Графическая и атрибутивная информация в ГИС связывается через идентификатор – уникальный номер объектов.

В любой ГИС можно организовать запрос к атрибутике. Существуют две формы запроса:

SQL – язык структурированных запросов.

QBE – запрос как шаблон.


Представление цифровой карты.

Цифровая карта – цифровое выражение векторного или растрового представления общегеографической или тематической карты, записанной в определенном формате, обеспечивающее ее хранение, редактирование и воспроизведение.

Цифровая модель земной поверхности.

Цифровая модель земной поверхности – логико-математическое описание в цифровой форме объектов земной поверхности и отношение между ними.

Электронная карта – картографическое изображение, визуализированное на дисплее компьютера на основе данных цифровых карт или базы данных ГИС, картографическое произведение в электронной форме, представляющие собой цифровые данные вместе с программными средствами и их визуализации, принятых в проекциях системах условных знаков, при соблюдении установленной точности и прав оформления (экранные карты).

Полная цифровая модель объекта цифровой карты в обязательном порядке должна включать в себя:

1. Геометрическую или метрическую информацию.
   
2. Атрибуты признаки, связанные с объектом и его характеризующие
   
3. Не метрические или топологические характеристики которые объясняют связи между объектами
   

К топологическим характеристикам можно отнести:

- ориентация (отношение одного объекта к другому).

- примыкание (наличие общей границы или точки).

- включение (вложенность контура).

- совпадение (наложение одного объекта на другой).

Топологические характеристики заносятся при кодировании данных в виде дополнительных атрибутов (во многих ГИСах процесс осуществляется при авторизации данных). Логически же отношение между объектов для кодирования связи между парами объектов (рядом с, ближайшей к, соединен с) определяется присвоением признака, который представляет собой идентификатор ближайшего к нему объекта того же класса.

Основные компоненты объекта базы данных ГИС.

Обязательные компоненты			Не обязательные компоненты
Информация идентификация	Информация интерпретация	Информация положения	Характеристика	Информация о пространственно логических связях объектов	Графическая информация
Позволяет выделить информацией данный объект из множества прочих объектов	Позволяет однозначно интерпретировать сущность объекта	Информация содержащая описание положения объекта, его формы и размеры	Сущность и значение свойств объектов, могут быть количественными и качественными	Характерные отношения между объектами, определяющие их взаимное пространственное положение	Правило графического изображения и его характеристик на топографическом изображении
Уникальный идентификатор	Код объекта по класикатору	Координаты длины углы	Семантическая информация (атрибуты)	Топологические отношения и логические связи	Условные знаки, шрифты, цвет, стиль линий.

Метрическая информация - цифровая и графическая информация отображающая в определенной системе координат пространственное положение и геометрическое описание объектов карт.

Семантика объекта цифровой топографической карт – часть информации в составе объекта цифровой топокарты описывающей сущность и свойства объектов топокарты.

Пространственно логической карты объектов – характерное положение между объектов определяющие взаимное пространственное положение (примыкание, соседства, пересечение), и логику взаимодействия друг с другом.

Данные хранятся в различных таблицах, каждая таблица может отображать определенные свойства объектов.

Для этого используются:

- таблицы должны быть связаны между собой, для этого используются одинаковые во всех таблицах и уникально в пределах отдельно взятой таблицы поле, в котором фиксируется номер объекта либо идентификатор. Каждая таблица должна иметь первичный ключ (индекс) – поле, набор полей содержимое которых однозначное определяет запись в таблице и отличает ее от других.

Связь между таблицами образуется с добавлением первую таблицу поля, содержащего значения индекса второй таблицы. Благодаря этому мы можем объеденять какие угодные большие объемы данных, осуществялть отбор записей, производить группировки, объединение и сортировки ,а так же поиск в Бахе данных по запросу пользователей.

Логическая связка.

При выделение атрибутивной информации объектов одной таблице, выделение отразится и в других, связанных с исходных. Таким образом используя связи нескольких таблиц мы можем получит одну большую.

….. организации элементов изображения.

2 принцип организации элементов изображения – объектно ориентированные – когда группировка объектов происходит в соответствии с логическими связями между ними, с построением различных иерархий и зависимости.

06.03.10 (л)

Система обработки, поиска и анализа данных.

Подсистема включает операции, производимые ПК над геоданными в информационной системе. К наиболее важным относятся операции, которая обеспечивают выбор и внесение данных в память машины, а так же аналитические операции, которые осуществляются при решении различных задач.

1. Поиск данных в памяти
   
2. Установление размерности отдельных исследуемых областей
   
3. Проведение логических операций над конкретными данными применительными к территориальными единицам исследуемой области.
   
4. Статистические расчеты
   
5. Специальные математические расчеты, в соответствии с требуемыми расчетами.
   

ГИС имеет множество инструментов для анализа, наиболее значимые:

1. Анализ близости
   
2. Анализ наложения
   

Для проведения анализа близости объекта относительно друг другу, в ГИС применяется процесс буферизации (например – сколько домов находится в водоохраной зоне). Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях, т.е. накладываются разные слои (оверлейная операция, или оверлей слоев).

Геоинформационные технологии.

Источники информации для формирования базы данных ГИС (БД ГИС).

Формирование базы данных обеспечивается наличием в составе программно-аппаратного комплекса ГИС, специализированных средств для ввода – вывода информации. С помощью этих средств организовывается информационное обеспечение ГИС проекта. Программное обеспечение может включать в себя модули работы с дигитайзерами, с камерами, электронными геодезическими приборами, обеспечивать автоматическую или ручную инвентаризацию, растровое ГИС, а так же средства геометрической коррекции, перехода от одной картографической проекции к другой, контроль качества пространственной информации и редактор графической информации. В некоторых ГИС существуют алгоритмы картографической генерализации. Необходимым компонентом ПО ГИС, обеспечивающие наполнение атрибутивно-графической базы данных ГИС являются модули преобразования внешних форматов данных. В состав этих модулей должны входить средства импорта и экспорта, наиболее распространенной векторной и растровой, а так же атрибутивный формат. В наиболее мощных системах имеется поддержка стандарта обмена пространственных данных и стандартных протоколов взаимодействия с другими приложениями.

Источник информации делится по двум признакам:

1. На первичные и вторичные
   
2. На цифровые и не цифровые
   

При создании ГИС чаше используются вторичные источники – географические карты, бумажники, таблицы, и изображения.

Сбор первичных географических, экономических, гидрологических осуществляется с помощью широкого спектра приборов в широком цифровом виде (GPS приемники, полевые компьютеры, которые совмещены с измерительными приборами), которые позволяют оперативно формировать атрибутивно-графическую БД ГИС непосредственно при обследовании территории.

Так же первичные данные могут поступать с бортов искусственных спутников земли, которые сканируют и фотографируют поверхность земли. После того как первичные данные интерпретированы, отредактированы и отработаны они становятся вторичными. Среди источников вторичной информации для наполнения БД ГИС часто привлекаются картографические и статистические данные. Самый популярный из источников данных являются географические карты, т.к. они имеют пространственные привязки. Но здесь существуют ряд проблем:

1. Тематические карты является некой интерпретацией первичных данных
   
2. Данная информация не является универсальной ее полезность определяется тем, какие были используются стандарты, модели и стандарты данных.
   
3. Карты быстро устаревают
   

ТО переход на формирование БД на основное первичной информации является предпочтительной.

Первичная информация всегда подвергается первичной обработке, таким образом для всех наборов данных создаются метаданных (данных о данных).

В настоящее время в организации роскартографии созданы и распространяются цифровые и картографические карты на территории нашей страны, масштаба 1:1000000 и до 1:10000. Они созданы традиционно с бумажных карт где поверхность земли изображена по строго определенным правилам, они являются подробными общегеографическими картами, отражающие размещение и свойство основных природных, а так же социально-экономических явлений. Каждая топографическая карта изображается в рамке строго определенного размера, в заданном масштабе и проекции. Система деления топографических карт на листы называется разгадкой. Номенклатура карты служит для установления «адреса» листа карты. Разграфка топокарт всех масштабах основано на разграфке и номенклатуре 1:1000000. Размер одного листа карты (1:1000000) составляет 4 градуса по широте и 6 по долготе. 4 градусные полосы по широте называются рядами и обозначаются заглавными буквами латинского алфавита, от экватора к северу и югу. В каждом полушарии по 22 ряда. 6 градусные полосы по долготе называются колоннами и номеруются арабскими цифрами с запада на восток.

Данные о разграфке и номенклатуре топокарт.

Масштаб	На сколько частей делится лист 1:1000000	Дополнительное обозначение	Пример	По широте	По доготе
1:1000000				4	6