Программно-технический комплекс 14 Задачи гис 14 гип как проблемно-ориентированные базы данных на территорию исследований 14 > Концепция создания гип с применением гис и дфм-технологий 16 дфм-технологии 16

Вид материала

Документы

Содержание 2.3. Программно-технический комплекс Системы анализа данных Системы компоновки и вывода данных 2.4. Задачи ГИС 2.5. ГИП как проблемно-ориентированные базы данных на территорию исследований Пакеты оперативного картографирования Информационно-аналитический пакет Ввод (импорт геоданных) зарегистрированных параметров и фондовых картографических и других материалов в базу данных ГИП. Преобра Разработка модели пространства недр Вывод проектных решений

Подобный материал:

• Задачи геоинформации выходят за рамки картографии, делая ее основой для интеграции, 743.35kb.
• Лекция №3. Организация данных в гис первым шагом к проекту гис является создание пространственной, 268.29kb.
• Программы для интерпретации гис интегрированнaя система обработки данных гис "прайм", 103.04kb.
• Гис-технологии в экологии, 1013.18kb.
• Концепция тренажера уровня установки. Требования к тренажеру (лекция 3, стр. 2-5), 34.9kb.
• Лекция №10. Инструментальные средства гис лекция №10. Инструментальные средства гис, 499.17kb.
• Курс лекций по дисциплине «Базы данных в гис» для студентов факультета «Геодезия картография, 1285.14kb.
• Ерения с применением многофункциональных скважинных приборов с обработкой первичных, 366.22kb.
• Лекция №4. Модели данных > Лекция №4. Модели данных Вопросы организации данных в гис,, 462.87kb.
• Лекция №16. Применение гис по сфере использования гис не имеют себе равных. Они применяются, 429.39kb.

2.3. Программно-технический комплекс

В качестве одного из определяющих работу системы компонентов рассмотрим техническое обеспечение. Компонента включает непосредственно компьютеры различных типов и периферийные устройства, которые обеспечивают функции ввода и вывода информации [12].

Устройства ввода предназначены для перевода информации с бумажных оригиналов в цифровой вид. К ним относятся сканер и дигитайзер. Дигитайзер – это устройство планшетного вида, предназначенное для ручной векторизации картографических данных.

Сканер – это устройство аналого-цифрового преобразования изображения для получения растровых образов графической и текстовой информации, которые впоследствии переводятся в векторный вид с помощью программного обеспечения, поддерживающего векторизацию по растровой подложке.

К периферийным устройствам вывода на бумажные носители относятся принтеры и плоттеры.

Программное обеспечение (ПО) ГИС следует рассматривать как совокупность подсистем, каждая из которых способна обеспечить поставленную ей задачу. В зависимости от функциональных возможностей ПО можно условно выделить несколько подсистем:

1. Подсистемы ввода - программные средства ввода данных, позволяющие грамотно и эффективно осуществить создание БД геоинформационной системы. Для ввода информации используются специальные программы, которые носят название векторизаторов или векторных редакторов. Векторизаторы имеют функцию автоматической или интерактивной векторизации, основанной на распознавании и обучении системы. Перевод информации в цифровой вид в векторных редакторах осуществляется вручную с использованием дигитайзера или по растровой подложке на экране.
   
2. Системы анализа данных - обеспечивают функции поиска и анализа - от простых ответов на запросы до сложного статистического анализа больших массивов данных.
   
3. Системы компоновки и вывода данных. Задача этих систем - создание геоинформационных пакетов (ГИП) и компоновка выходных карт на бумажные носители.
   

Существуют геоинформационные системы, способные решить только одну или несколько из перечисленных выше задач. Основные группы зарубежных разработок на российском рынке геоинформационных технологий представлены программным обеспечением компаний ESRI&ERDAS и Intergraph Corp. Лидерами среди отечественных компаний являются: ЦГИ ИГРАН (GeoGraf), EASY TRACE GROUP, ВНИИГеосистем (ИНТЕГРО), ЛАНЭКО (ГИС ПАРК).

2.4. Задачи ГИС

Для выполнения своего предназначения информационная система должна позволять систематизировать новую информацию и обновлять уже имеющуюся, манипулировать накопленной информацией, производить пространственный и временной ее анализ, а также выдавать полученные результаты, как в компьютерном, так и традиционном виде (карты, таблицы и графики). ГИС упрощает и упорядочивает сбор и хранение информации, позволяет проводить полный пространственный анализ данных при решении общих и прикладных задач.

Это мощное современное средство решения разнообразных задач, в число которых входит:

1. Интегрирование данных из разных источников информации.
   
2. Создание высококачественной картографической продукции.
   
3. Связывание графических объектов с информацией в базах данных.
   
4. Представление данных в виде карт, диаграмм, графиков и схем.
   
5. Анализ пространственных данных.
   
6. Моделирование обстановки.
   
7. Поддержка принятия управленческих и оперативных решений.
   
8. Взаимодействие с другими информационными системами.
   

С точки зрения конечной цели ГИС следует рассматривать, прежде всего, как инструмент интерпретации косвенных данных о картографируемых объектах, с помощью которого строятся карты различного содержания, разрабатываются прогнозы, оцениваются стратегии дальнейших действий и даются практические рекомендации [6].

Таким образом, применение геоинформационной системы позволяет:

• создавать и использовать многоцелевые базы картографических данных,
  
• комплексно анализировать и интерпретировать большие объемы разобщенных разнородных качественных и количественных данных,
  
• оценивать и ранжировать характеристические признаки объектов исследования в условиях неоднозначности их связей со свойствами этих объектов,
  
• увеличить степень извлечения и использования полезной информации из имеющихся данных,
  
• контролировать качество прогнозов до начала натурных наблюдений и оптимизировать сеть этих наблюдений,
  
• обеспечить информационную поддержку экспертных решений справочными, фактографическими и аналитическими данными,
  
• повысить эффективность труда и сократить сроки работ.
  

2.5. ГИП как проблемно-ориентированные базы данных на территорию исследований

ГИС для геолого-геофизических исследований следует рассматривать не только на уровне компактного и надежного хранения информации, но и с точки зрения активного использования цифровых материалов. Система должна обеспечивать возможность максимально удобного и оперативного получения информации и наличия функций оперирования ею для специалистов любого пользовательского уровня.

В настоящее время, когда в геологической отрасли накоплен огромный объем цифровых данных по территории недропользования в виде электронных карт различного тематического содержания (топографические, морфологические, геофизические и т.п.), возникает необходимость создания специальных картографических БД и знаний на территории природопользования.

Картографические базы данных могут быть реализованы в виде геоинформационных пакетов (ГИП), которые представляют собой проблемно-ориентированный интегрированный пакет структурированной информации из распределенных баз данных, картографическая составляющая которого объединена единым координатным пространством, а содержательная характеристика связана с пространственными объектами.

ГИП можно представить в виде совокупности специально подобранных (под конкретную задачу) тематических данных, ранее полученных знаний и прикладных программ, реализующих методы и модели расчетов характеристик природной среды, которые интегрированы в виде информационно-технологического комплекса для получения новой информации.

Главной задачей создания ГИП является интегрирование всей имеющейся информации о территории в точных пространственных и содержательных определениях, что позволяет оперативно обрабатывать и анализировать информацию, по мере накопления пополнять или редактировать ее непосредственно в программах, компоновать многовариантные и разномасштабные выходные карты.

По степени использования информации ГИП можно разделить на три группы: информационно-поисковые, оперативного картографирования и аналитические.

Информационно-поисковый уровень представления ГИП обеспечивает удобный и быстрый доступ к информации, хранящейся в пакете, и ее визуализацию. Информационно-поисковые пакеты в свою очередь подразделяются на две группы – это электронные атласы территорий и электронные архивы информации.

Пакеты оперативного картографирования позволяют методами манипулирования цифровыми данными оперативно создавать и использовать карты различного тематического содержания.

Информационно-аналитический пакет обеспечивает кроме информационно-поисковых функций также создание новой информации с помощью неких универсальных математических соотношений с последующим ее анализом.

Геоинформационный пакет является частным случаем геоинформационной системы и обладает функциями ГИС, в зависимости от принадлежности его к определенному виду классификации. Схема использования функциональных возможностей геоинформационной системы при решении задач недропользования на территорию может быть представлена поэтапно:

Ввод (импорт геоданных) зарегистрированных параметров и фондовых картографических и других материалов в базу данных ГИП.

Преобразование и приведение всех введенных данных к единому координатному пространству (проективные преобразования).

Обработка и анализ данных с целью выделения целевых объектов геосистемы и устранения погрешностей, искажений и помех любого типа.

Разработка модели пространства недр данной территории.

Разработка модели ресурсов недр данной территории.

Моделирование процессов поисков, разведки и извлечения ресурсов.

Вывод проектных решений (экспорт геоданных) во внешние базы данных управления территорий.

Все названные задачи в той или иной степени успешно решаются геоинформационными системами. ГИС при решении задач недропользования понимается, прежде всего, как средство обработки данных для получения новых знаний и представлений их в картографической форме. Функции накопления, хранения, преобразования и отображения пространственно распределенной информации подчинены главной цели - интеграции, анализу и комплексной интерпретации данных, прогнозированию и моделированию ситуаций, планированию действий и принятию решений.

ГИС не подменяет специализированные системы обработки данных, предназначенные для конкретных видов данных или способов их обработки. Выходные данные таких систем служат входной информацией для ГИС, которая интегрирует эти данные на картографической основе, а также является инструментом их совместной обработки, интерпретации и представления в терминах конечного целевого свойства.

ГИС при решении геолого-геофизических задач можно рассматривать как совокупность подсистем (рис. 2.4) [5]:

1. Подсистема ввода данных служит для систематизации данных в формате системы - с карт или импортированием из данных других систем.
   
2. Подсистема хранения данных и управления ими характеризуется особенностью организация хранения больших объемов информации, ее обновления и режимов доступа.
   
3. Подсистема поиска и анализа данных и представления результатов обеспечивает функции в большом диапазоне - от простых ответов на запросы до сложного статистического анализа больших массивов данных, системы организации запросов и выдачи результатов.
   
4. Подсистема адаптации системы к задачам пользователя предполагает модификацию системы и адаптацию в зависимости от назначения системы и потребностей пользователей.
   

Рис. 2.4. Функциональная схема геоинформационной системы.

Первый уровень ГИС, ориентирован на ввод информации и формирование картографической и атрибутивной базы данных. Исходная информация в геоинформационном пакете может быть представлена разнородными данными: картами количественных и качественных данных, цифровыми массивами, рисунками, таблицами, текстовыми описаниями и др.

Наиболее распространенный и удобный способ перевода изображения в электронный вид – сканирование с последующей векторизацией пространственной информации. На стадии перевода исходных материалов, представленных на бумажной основе в скан-образы использовался модуль программы EASY TRACE – RAINBOW. Модуль имеет возможности полноценного сканирования материала и его подготовки к векторизации.

Программные средства ввода информации реализуются в виде трех основных компонент ГИС: векторных редакторов, векторизаторов и конверторов. На этой стадии используется векторный редактор GEODRAW, который предназначен для создания и редактирования топологических цифровых карт. GEODRAW имеет возможность преобразования как растровых, так и векторных моделей. К достоинствам системы следует отнести работу редактора с внешними базами данных. Это делает возможным независимую работу с таблицами, позволяет хранить их в удобном для пользователя месте.

Идентификация и топология введенных объектов реализованы в векторных редакторах и векторизаторах. Суть этих функций заключается в необходимости осуществить программный доступ к объектам ГИС, имеющим кроме пространственного определения и содержательную принадлежность как к тематическому элементу геосистемы, так и к конкретному тематическому множеству. Кроме того, необходимо установить связь между всеми введенными объектами или их группами.

Обозначенные функции ГИС, прежде всего, открывают нам возможности “расслоить” карту на любое удобное множество элементарных слоев или так называемых тематических покрытий. Комбинация созданных тематических слоев составляет основу пространственной базы данных на территорию или основу ГИП.

Вторую группу составляют подсистемы анализа данных. Эти подсистемы обеспечивают возможности выборки и запросов данных. Запросы позволяют формировать множества различных объектов (в том числе и пространственных) на основе заданных критериев. Классические функции пространственного анализа включают полигональный оверлей, анализ близости, буферизацию, алгебру карт, построение и анализ моделей рельефа, моделирование сетей. Дополнительно ГИС предоставляют такие функции, как измерение длин, площадей, углов и т.д.

Любая ГИС содержит так называемые ГИС-приложения или программы пространственного моделирования геоданными. Цель и назначение таких программ определяются потребностями при решении тех или иных практических задач. При интеграции данных несомненным лидером программного обеспечения является система ARCVIEW. Система позволяет удобно систематизировать данные картографического, атрибутивного, текстового и графического вида с установкой связи между ними. Так же ARCVIEW имеет дополнительные модули расширения: модули пространственного (SPATIAL ANALYST) и сетевого анализа (NETWORK ANALYST), и модуль отображения и анализа псевдотрехмерного представления данных (3D ANALYST).

Третью группу систем составляют системы компоновки и вывода данных. Задача этих систем - создание ГИП типа информационно-справочных и компоновка выходных карт для вывода на бумажные носители.

На разных этапах создания ГИП на территорию исследований работы проводились с применением различного программного обеспечения (рис. 2.5).


Рис. 2.5. Схема формирования ГИП с использованием функциональных возможностей программного обеспечения ГИС.

Следует отметить, что эффективная работа геоинформационной системы зависит от компетентности пользователя, насыщенности системы информацией, правильно подобранного для решения задачи программного и аппаратного обеспечения. Оптимальный подбор всех перечисленных компонентов системы позволит создать геоинформационный пакет, способный решить поставленную прикладную задачу.

Процесс создания ГИП складывается из нескольких этапов:

• подготовительный,
  
• создания цифровых карт,
  
• наполнение базы данных атрибутивной информацией,
  
• интегрирования цифровых карт в отдельные виды,
  
• создание связей между отдельными документами,
  
• подготовка карт к выводу на печать.
  

Подготовительный этап выполняется на стадии предмашинной подготовки и включает сбор информации (тематических и картографических материалов), проектирование структуры базы данных и создание классификаторов тематической информации. Разработка классификаторов должна обеспечить быстроту и удобство выборок и анализа данных. При создании классификатора составляется полный перечень всех объектов по слоям. Создание и проектирование структуры классификатора заключается в том, что на основе анализа содержания электронных слоев необходимо установить перечень объектов, подлежащих векторизации. Для этого необходимо разбить все множество объектов на логически связанные по смысловому значению группы, называемые тематическими слоями.

Следующий шаг – создание цифровых карт – выполняется пошагово:

• сканирование исходной информации, представленной на бумажной основе или конвертация данных из форматов других программ через обменные форматы,
  
• координатная привязка растрового изображения,
  
• оцифровка,
  
• наполнение атрибутивной базы данных.
  

Далее интегрируем векторные данные в аналитические ГИС для последующего анализа. На основе полученных векторных слоев создается серия электронных карт (видов) с информацией по выбранной тематике. Большие технические возможности компьютерных технологий при визуализации тематической информации открывает широкие возможности манипуляции отдельными слоями данных в сочетании с иной пространственной информацией для получения любого количества производных интерпретационных и прикладных карт.

В следующей главе рассмотрим пример создания геоинформационного пакета на территорию республики Татарстан, его структуру и примеры практической реализации при решении задач недропользования.