Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

2.2. Геоанализ и моделирование

Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

ных цифровых источниках, временные параметры данных и спо­ соб отражения структуры геосистем. Необходимо каждый раз рас­ сматривать два вопроса:

•насколько правильно и сопоставимо представляемые в базах данных цифровые структуры отражают реальную ситуацию (моде­ лируют реальность);

•насколько точно используемые алгоритмы позволяют рассчи­ тать истинное значение результата совмещения данных.

Хорошим технологическим приемом интеграции разнотипных данных произвольных источников может стать создание специали­ зированных экспертных систем.

Их задача — выполнение оценок качества и пригодности таких данных, опирающееся на три базо­ вые составляющие системы: метаданные; логические процедуры, учитывающие характер проявления основных источников возмож­ ных ошибок в цифровых пространственных данных; ГИС-техно- логии, реализующие традиционные и современные приемы со­ вмещения информации для( создания БД.

Контрольные вопросы

1.Каким образом обеспечивается надежность хранения данных в БД?

2.Какие свойства реляционной модели обусловили ее широкое рас­ пространение?

3.В чем отличие баз данных ГИС от баз данных других информацион­ ных систем?

4.Что подразумевается под целостностью данных в пространственной базе данных?

5.Приведите примеры того, каким образом может нарушиться целос­ тность пространственной базы данных без соответствующего контроля за доступом.

6.Определите разницу между чувствительностью к ошибкам в теории

ина практике.

7.Каковы пути устранения последствий ошибок в данных?

8.Каковы преимущества создания объектно-ориентированных БД при работе с пространственными данными?

2.2.1. Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

Несмотря на то что хранящиеся в ГИС сведения представляют собой основную ценность, они приносят реальную пользу только при их использовании для решения прикладных задач. Каждая ГИС наряду с модулями для ввода и вывода данных обязательно имеет средства, предназначенные для выполнения общих функций про-

странственного анализа и средства для решения специфических задач пользователя. Эти средства зависят от моделей данных, под­ держиваемых ГИС и используемых для решения задач пользовате­ ля.

В результате конкурентной борьбы между коммерческими ГИС к настоящему времени сложился перечень функций, наличие ко­ торых практически обязательно для таких ГИС.

Это, прежде всего, функции организации выбора объектов по тем или иным услови­ ям, функции редактирования структуры и информации в базах данных, функции картографической визуализации, картометрические функции, функции построения буферных зон, анализа наложений, функции сетевого анализа и др.

Широкий круг операций поддерживается в той или иной мере многими геоинформационными системами. Это процедуры клас­ теризации и классификации, построения изолиний, проверки ста­ тистических зависимостей (факторный и корреляционный анали­ зы), геометрических и проекционных преобразований геометри­ ческих данных. Рассмотрим перечисленные возможности более подробно.

Пространственный анализ чаще всего проводится в целях вы­ явления следующих отношений:

•закономерностей в структуре или особенностей распределе­ ния объектов, а также их характеристик в пространстве;

•наличия и вида взаимосвязей в пространственном распреде­ лении нескольких классов объектов или отдельных характеристик;

•тенденций развития явлений в пространстве и во времени. Еще одной задачей пространственного анализа является выбор

решения с учетом пространственных характеристик (расстановка антенн и определение их характеристик для обеспечения непре­ рывной радиосвязью поездов в процессе движения, выбор опти­ мального маршрута проезда по Москве с учетом ограничений и прогнозируемой скорости движения по улицам города и др.).

При проведении пространственного анализа можно использо­ вать только те представления объектов реального мира, которые возможно реализовать с помощью моделей данных, заложенных в систему. Как уже было отмечено ранее, в ГИС используется два основных подхода к описанию пространства:

1)подход, основанный на структурировании пространства, т.е. выделении пространственных объектов, указании характера их локализации в пространстве, границ и в некоторых'случаях взаи­ мосвязей с другими объектами;

2)подход, основанный на неструктурированном представле­ нии пространства. В этом случае все изучаемое пространство, как правило, представляется множеством ячеек заданного размера и формы, в которых определены усредненные параметры или ха­ рактеристики, соответствующие этой части пространства. Это мо­ гут быть характеристики, которые принимают любые значения из

заданного интервала (температура, соленость, количество осад­ ков) или характеристики из заданного перечня (лес, озеро, луг, пашня и т.д.). Несмотря на то, что в этом случае используются названия объектов, фактически они не существуют, не определен характер их локализации, не заданы границы, без выполнения процедуры структуризации невозможно подсчитать количество объектов и т.д.

Определяя основные задачи анализа, мы говорили о свойствах и характеристиках объектов или точек пространства. Следует учесть, что они также совсем не однородны. Прежде всего необходимо разделить все характеристики на качественные и количественные.

С количественными характеристиками можно выполнять различ­ ные операции, качественные характеристики можно главным об­ разом сравнивать.

Сравнивая, мы обычно пытаемся ответить на два вопроса: совпадают ли сравниваемые характеристики или объек­ ты? Можно ли определить порядок этих характеристик или объек­ тов?

Если удается ответить только на первый вопрос, то говорят, что объекты описаны в номинальной шкале или шкале категорий, если мы можем ответить и на второй вопрос, то объекты описаны в ранговой шкале.

Функции работы с базами данных.

Функции анализа в этом слу­ чае включают в себя: изменения структуры баз данных (добавле­ ние или удаление полей, изменение их типов); ввод новых данных и редактирование имеющихся, в том числе в автоматическом ре­ жиме и посредством выполнения специальных процедур анализа, таких, как вычисление площадей или определение соседей; про­ стой поиск сведений; поиск необходимых данных с использовани­ ем запросов типа SQL (см. 2.1) либо QBE с одновременным выде­ лением выбранных объектов как в таблицах баз данных, так и на картах; вычисление (калькуляцию) новых значений поля по ха­ рактеристикам других полей базы данных или других баз; создание производных баз данных путем объединения (классификации) за­ писей исходной базы или выбором части полей исходной базы; объединение баз по общему (ключевому) полю и др. Эти функции значительно чаще других используются при анализе данных в ГИС. Их реализация в разных системах различна. В некоторых из них результаты любого запроса становятся самостоятельным элемен­ том (GeoMedia Professional, Maplnfo Professional), с которым мож­ но обращаться так же, как и с любым другим (классом объектов, таблицей и т.п.), т.е давать ему имя, настраивать его визуализа­ цию, конструировать к нему новые запросы, использовать его в других операциях. Иногда результат запроса можно сохранять как самостоятельный элемент (тема в ArcView GIS), а можно исполь­ зовать на последующих этапах анализа без сохранения. Например, в ArcView GIS выбранные объекты одной темы могут быть исполь-

зованы для выбора из другой темы объектов, удовлетворяющих определенным геометрическим условиям (находятся полностью внутри, полностью содержат, имеют своим центром, содержат центр, пересекаются, отстоят от центра) и др.

Формирование и редактирование пространственных данных.

Во всех полнофункциональных ГИС есть средства формирования и редактирования пространственных данных. С точки зрения ана­ лиза нас интересуют такие средства, в которых при формирова­ нии или редактировании одних данных используются другие.

Так, в системе ArcView GIS присутствуют следующие операции ввода/редактирования:

•разбиение полигонов линиями;

•слияние полигонов;

•создание полигона с дыркой, задаваемой вторым полигоном;

•удаление области перекрытия между полигонами (вычитание одного полигона из другого);

•получение пересечения полигонов.

При выполнении указанных операций можно задать способ вычисления значения каждого поля вновь созданных объектов.

Среди функций редактирования данных для систем, не поддер­ живающих топологические модели данных, есть функции, позво­ ляющие из любых данных создавать топологически корректные структуры, т.е. структуры, не имеющие самопересечений, пустот и перекрытий между полигонами, перехлестов и недоводов для линейных объектов.

Так, при удалении перекрытий в системе Maplnfo Professional участок перекрытия будет присоединен к тому полигону, площадь которого больше, и удален из полигонов с меньшей площадью. При удалении пустот между полигонами задается максимальная площадь, которую может иметь удаляемая пустота. Пустотная об­ ласть присоединяется к тому из соседних с ней полигонов, пло­ щадь которого больше.

Для обеспечения топологической корректности информации в Maplnfo Professional предусмотрены также операции «Совмеще­ ние и генерализация». Три главные функции этой группы операций:

1)совмещение узлов разных объектов;

2)разреживание узлов/генерализация;

3)удаление избыточных полигонов.

При выполнении этих операций необходимо настроить некото­ рые параметры: допуски расстояний до конечных и промежуточ­ ных узлов в первой функции, расстояния между узлами, величи­ ны коллинеарных отклонений (стрела прогиба для трех точек) — во второй, максимальная площадь — для третьей.

Геокодирование. Большое внимание в современных ГИС отво­ дится геокодированию — привязке к карте объектов, расположе­ ние которых в пространстве задается сведениями из таблиц баз

данных. Эта информация может быть представлена следующим образом:

•координатами объектов — прямоугольными или географиче­ скими, например точки привязки шурфов в геологических или по­ чвенных исследованиях, координаты которых получены приемни­ ками глобальной системы позиционирования Глонасс или Навстар;

•адресами объектов в адресной системе урбанизированных тер­ риторий, например при привязке баз данных паспортной службы или налоговой инспекции;

•почтовыми индексами, например в случае анализа деятельно­ сти почтовых террористов;

•расстоянием от начала линейных маршрутов, например при привязке данных об авариях на нефтепроводах или аварийно-опас­ ном приближении растительности к воздушным линиям электро­ передач.

Функции геокодирования позволяют «привязывать» базы дан­ ных, которые ведет большинство ведомств, обслуживающих урба­ низированные территории и население, на них проживающее, к картам территорий.

Картометрические функции. К картометрическим функциям, реализованным в большинстве ГИС, относятся расчеты площа­ дей, длин, периметров, площадей реальных поверхностей, объе­ мов, заключенных между поверхностями.

К этой категории можно отнести и функции вычисления вто­ ричных характеристик поверхностей — углов наклона, экспози­ ций склонов, зон видимости и др.

В некоторых системах при определении перечисленных характе­ ристик учитываются свойства картографических проекций, с од­ ной стороны, а также реальный рельеф — с другой.

Расстояния между двумя точками на плане или в проекции Га­ усса—Крюгера могут быть вычислены по теореме Пифагора

D = yl(X2-Xtf+(y2-Yx)2.(2.7)

При вычислении того же расстояния между удаленными точка­ ми на сфере придется воспользоваться формулами сферической

тригонометрии
Я = Д 8 ;(2.8)
cos5 = sin(p)Sin

Источник: https://studfile.net/preview/5808200/page:9/

Метод геоинформационных систем в географической науке

Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

– ввод данных в машинную среду (data input) путем их импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью цифрования источников;

– преобразование, или трансформация данных, (data transformation), включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;

– хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;

– картометрические операции, включая вычисление расстояний между объектами в проекции карты или на эллипсоиде, длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов;

– операции обработки данных геодезических измерений;

– операции оверлея;

– операции “картографической алгебры”, (map algebra) для логико-арифметической обработки растрового слоя как единого целого;

– пространственный анализ, (spatial analysis) – группа функций, обеспечивающих анализ размещения, связей и иных пространственных отношений объектов;

– пространственное моделирование, или геомоделирование, (spatial model(l)ing, geo-model(l)ing), включая операции, аналогичные используемым в математико-картографическом моделировании и картографическом методе исследования;

– визуализация исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки, включая картографическую визуализацию, проектирование и создание (генерацию) картографических изображений;

– вывод данных, (data output), графической, табличной и текстовой документации, в том числе ее тиражирование, документирование, или генерацию отчетов, в целом (reporting);

– обслуживание процесса принятия решений, (decision making); [14].

Кроме того, как отмечается, «в число функций ГИС (точнее, программного обеспечения ГИС) может входить цифровая обработка изображений» (данных дистанционного зондирования).

Часть функциональных возможностей ГИС может «дублировать функции автоматических картографических систем и систем обработки цифровых изображений, а также более широкого программного окружения геоинформационных технологий» [см. там же].

А.В. Кошкарев и В.С. Тикунов проводят аналогичный, но более лаконичный спектр функциональных возможностей ГИС:

1) Ввод, предобработка и хранение данных

– источники данных

– модели пространственных данных

– ввод данных

– базы данных и управление ими

2) Геоанализ и моделирование

– общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

– цифровое моделирование рельефа (местности).

– математико-картографическое моделирование

3) Визуализация данных

– картографическая визуализация

– виртуально-реальностные изображения

– картографические анимации [29, c. 70].

Далее будут рассмотрены основополагающие возможности ГИС согласно концепции А.В. Кошкарева и В.С. Тикунова.

3.1. Ввод, предобработка и хранение данных.

3.1.1. Источники данных.

Источники данных для ГИС – основа их информационного обеспечения. Затраты на информационное обеспечение геоинформационных проектов достигают 90% от их общей стоимости.

ГИС позволяют интегрировать данные, которые были собраны в различное время, с различным масштабом и с использованием разных методов сбора данных. Качество ГИС зависит только от качества информации, которую они содержат. Проблема обновления информации является самой насущной и дорогой во всех действующих ГИС.

Н.В. Коновалова и Е.Г. Капралов выделяют два главных типа данных в ГИС: картографический и описательный.

1) Картографические данные

Картографические данные – это картографическая информация, хранящаяся в цифровой форме. Это географические объекты, описываемые на карте.

Большую часть этих объектов можно классифицировать на точки, линии и площади.

– точка (объект, для которого требуется только одно географическое местоположение (например, широта / долгота).

– линия (дуга) (состоит из серии связанных друг с другом точек. Она имеет только длину без ширины.

– полигон (площадь) (площадь ограниченная замкнутой линией. Полигон расположен на плоскости и соответственно имеет 2 размера: длину и ширину) [26, с.169].

2) Описательные (неграфические) данные

Второй тип данных, используемый в ГИС, не является графическим. Это описательная информация, которая хранится в базе данных об объектах (точка, линия, площадь) расположенных на карте.

Описательная информация называется атрибутом. Каждый атрибут имеет набор возможных значений относящихся к нему [см. там же].

Среди источников данных, широко используемых в геоинформатике, как отмечают Л.М. Бугаевский и В.Я. Цветков В.Я, наиболее часто привлекаются картографические, статистические и аэрокосмические материалы.

Использование географических карт как источников исходных данных для формирования тематических структур баз данных «удобно и эффективно по ряду причин. Сведения, считанные с карт, обладают следующими достоинствами:

– имеют четкую территориальную привязку

– в них нет пропусков, “белых пятен” в пределах изображаемой территории

– они в любой своей форме возможны для записи на машинные носители информации» [8, с.188-189].

Материалы аэрофотосъемки используются в основном для топографического картографирования, также широко применяется в геологии, в лесном хозяйстве, при инвентаризации земель. Космические снимки начали поступать с 60 – х годов и к настоящему времени их фонд исчисляется десятками миллионов.

Обратившись к статистическим материалам, имеющим цифровую форму, можно сказать, что они удобны для непосредственного использования в ГИС, среди которых особое место занимает государственная статистика. «Основное ее предназначение, говорит В.Я.

Цветков, – дать представление об изменениях в народном хозяйстве, составе населения, уровне его жизни, развитии культуры, учете недвижимости, наличии материальных резервов и их использовании, соотношении в развитии различных отраслей хозяйства и др.». [см.

там же, с.189].

А.В. Кошкарев и В.С. Тикунов также рассматривают основные блоки источников данных для ГИС:

1) Картографические источники:

– общегеографические карты

– карты природы

– карты народонаселения

– карты экономики

– карты науки, подготовки кадров, обслуживания населения

– политические, административные и исторические карты

– серии карт и комплексные атласы

2) Материалы дистанционного зондирования

– аэрофотосъемка

– космические снимки

графические съемки

– телевизионные и сканерные снимки со спутников двойного назначения

– тепловые инфракрасные снимки

3) Статистические материалы

– гидрологические и метеорологические данные

– текстовые материалы

– материалы исследований

– материалы из государственных кадастров

В ГИС редко используются только один вид данных. Чаще всего это сочетание разнообразных данных на какую-либо территорию [29, с. 112].

3.1.2. Модели организации пространственных данных.

Существуют две точки зрения на организацию пространственных данных в ГИС.

Украинский образовательный сайт в разделе ГИС выделяет следующие типы пространственных данных (рис.2):

– векторная модель данных основывается на представлении карты в виде точек, линий и плоских замкнутых фигур.

– растровая модель данных основывается на представлении карты с помощью регулярной сетки одинаковых по форме и площади элементов. [40].

Рис. 2. Растровая и векторная модели пространственных данных.

В ином аспекте рассматривают модели пространственных данных Л.М. Бугаевский и В.Я. Цветков: «Самой распространенной моделью организации данных является слоевая модель». (рис.

3) Суть модели в том, что «осуществляется деление объектов на тематические слои и объекты, принадлежащие одному слою». Часто один тематический слой делится еще и по горизонтали – по аналогии с отдельными листами карт.

Это делается для «удобства администрирования БД и во избежание работы с большими файлами данных». [8, c. 173]

Рис.3. Пример слоевой организации данных.

В рамках слоевой модели существует две конкретных реализации: векторно-топологическая и векторно-нетопологическая модели.

• ГИС на основе векторной модели представления данных (векторно-топологическое представление и векторно-нетопологическое) приводят Л.И. Василевский и П.М. Полян. В этом случае цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов осуществляется в виде набора координатных чисел. (рис.4) [11, c.57-58].

Рис.4. Пример структуры, описываемой векторной моделью. 1 – жилой район, 2 – водоем, 3 – сельскохозяйственные земли.

• К.Н. Дьяконов представляет ГИС на основе растровой модели представления данных (регулярно-ячеистое представление и квадротомическое представление). В таких ГИС цифровое представление географических объектов формируется в виде совокупности ячеек растра (пикселей) с присвоенным им значением класса объекта (рис.5) [20, c. 75].

Рис.5. Пример структуры, описываемой растровой моделью. 1 – жилой район, 2 – водоем, 3 – сельскохозяйственные земли.

Как отмечает В.С. Тикунов, «наряду со слоевой моделью используют объектно-ориентированную модель. В этой модели используется иерархическая сетка (топографический классификатор)» (рис. 6) [5, c.197].

Рис.6. Пример топографического классификатора.

В объектно-ориентированной модели акцент делается на положение объектов в какой-либо сложной иерархической схеме классификации и на взаимоотношения между объектами. Этот подход менее распространен, чем слоевая модель по причине трудности организации всей системы взаимосвязей между объектами.

Следует отметить, что современные геоинформационные системы обычно работают с векторной и с растровой моделями представления данных.

3.1.3. Ввод данных в ГИС.

Ввод данных – это процедура, связанная с кодированием данных в компьютерно-читаемую форму и их записью в базу данных ГИС.

Ю.К. Королев выделяет 4 основных способа ввода данных в ГИС:

Первый способ – это ввод информации при помощи клавиатуры. Этот тип ввода, главным образом, используется для атрибутивных данных. Обычно ввод с клавиатуры совмещают с ручной оцифровкой.

Второй способ ввода – ручная оцифровка при помощи дигитайзера. Этот способ «наиболее широко используется для ввода пространственных данных с традиционных карт». Эффективность и качество оцифровки зависит от качества программного обеспечения оцифровки и умения оператора. Данный способ требует больших временных затрат и допускает наличие ошибок.

Следующий способ ввода – сканирование карт, позволяющее получать их цифровое изображение. Современные высокоразрешающие сканеры позволяют сканировать карты с разрешением около 20 микрон (0.02 мм).

«Полученный цифровой снимок нуждается в обработке и редактировании для улучшения качества». При этом изображение преобразовывают в векторный формат.

Сканированные изображения могут непосредственно использоваться для производства карт.

Кроме того, есть еще один способ ввода данных в ГИС – ввод существующих цифровых файлов. «Наборы таких данных должны быть доступны, а получение данных должно осуществляться при помощи сетевых технологий. Приобретение и использование существующих цифровых наборов данных является наиболее эффективным способом заполнения ГИС» [27, c.145].

В учебнике по геоинформатике под редакцией профессора В.С. Тикунова представлена современная классификация способов ввода информации в ГИС:

• Дигитайзерный ввод (основной объем работ выполняется оператором в ручном режиме)

• Полуавтоматический режим ввода (фиксируются пары координат Х и Y через заданный интервал времени или через определенное расстояние)

•  Векторизация растра (автоматическая, полуавтоматическая, ручная)

•  Сканирование [13, с.88].

3.1.4. Базы данных и управление ими.

Совокупность цифровых данных о пространственных объектах, образующая множество пространственных данных, составляет содержание баз географически данных и определяет принципы построения информационного обеспечения ГИС.

Ю.К. Королев предъявляет следующие требования к базе данных. «База должна быть:

• согласованной по времени

• полной, подробной

Источник: https://www.turboreferat.ru/geography/metod-geoinformacionnyh-sistem-v-geograficheskoj/241573-1231646-page8.html

Тема 2. Геоанализ и моделирование Занятие №

Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

Тема 2. Геоанализ и моделирование Занятие № 4. Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

Цель занятия: студент должен получить представление об общих аналитических операциях и методах пространственно-временного моделирования в ГИС.

ПЛАН ЛЕКЦИИ Ведение 1. Функции ГИС. 2. Характеристики основных функций пространственного анализа. 3. Создание моделей поверхностей. 4. Заключение.

Список литературы 1. Капралов Е. Г. Основы геоинформатики. В двух книгах / Е. Г. Капралов, А. В. Кошкарев, В. А. Тикунов / Под ред. В. С. Тикунова. – М. : Академия, 2004. Книга 1, гл. 5. § 5. 1.

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ 1. Основные операции пространственного анализа в ГИС 2. Представление и моделирование поверхностей в ГИС.

ВВЕДЕНИЕ Любая ГИС имеет средства, предназначенные для выполнения пространственного анализа и решения специфических задач пользователя. Сегодня вы познакомитесь с основными функциями пространственного анализа в ГИС.

1. Функции ГИС Существует набор функций, общий для всех ГИС: – организация выбора объектов по определённым условиям, – редактирование структуры и информации в базах данных,

– картографическая визуализация, – картометрические, – построение буферных зон, – анализ наложений, – сетевой анализ.

Также существуют функции, поддерживаемые многими ГИС: – кластеризация и классификация, – построение изолиний, – проверка статистических зависимостей (факторный и корреляционный анализ), – геометрические и проекционные преобразования геометрических данных.

Пространственный анализ обычно проводится с целью выявления: – закономерностей в структуре или особенностей распределения объектов, а также их характеристик в пространстве, – наличия и вида взаимосвязей в пространственном распределении нескольких классов объектов или отдельных характеристик,

– тенденций развития явлений в пространстве и во времени, – выбора решения с учётом пространственных характеристик объектов.

В ГИС применяются два основных подхода к описанию пространства: при первом пространство структурируется, т. е. выделяются объекты, определяется их локализация в пространстве.

При втором – всё изучаемое пространство представляется множеством ячеек заданного размера и формы, в которых определены усреднённые параметры, соответствующие этой области пространства. В этом случае объекты не существуют.

Говоря о характеристиках объектов или точек пространства, необходимо иметь ввиду, что их можно разделить на количественные и качественные (холм высокий, холм высотой 454 м над уровнем моря).

Качественные характеристики можно сравнивать в номинальной и ранговой шкалах (хвойный, лиственный или смешанный лес, лес густой, парковый, легкопроходимый). Количественные измерения проводят с помощью шкал, имеющих цену деления, выраженную в единицах соответствующего эталона, и выбранное начало отсчёта (нулевое значение).

2. Характеристики основных функций пространственного анализа A. Агрегирование данных Данная функция состоит в объединении, обобщении объектов, сгруппированных по различным критериям.

Первый способ группировки – объединение объектов одного слоя, принадлежащих полигональным объектам другого слоя. При втором способе группировки объединение происходит по равенству значений определённого атрибута.

Например, в Map. Info из агрегированных объектов могут быть созданы новые типы объектов, такие как группы точек (точечные объекты, например, населенные пункты области, страны и т. п. ) и коллекции (объекты различных типов на разных слоях (напр. объекты гидрографии какоголибо региона). За счёт агрегирования создаются тематические карты.

B. Формирование и редактирование пространственных данных В различных ГИС реализуются разные операции ввода и редактирования данных.

Например, в системе Arc View GIS (топологическая векторная модель): разбиение полигонов линиями, слияние полигонов, создание полигонов с дырками, занимаемыми другими полигонами, удаление области перекрытия между полигонами, получение пересечения полигонов.

В системе Map. Info (нетопологическая векторная модель данных) имеются функции редактирования, позволяющие создавать топологически корректные структуры (без самопересечений, пустот, перекрытий между полигонами и т. п. ). Участки перекрытия, пустоты присоединяются к большему по площади полигону.

C. Геокодирование Геокодирование заключается в привязке к карте объектов, расположение которых в пространстве задается сведениями из таблиц баз данных. Информация о позиционировании объектов может быть задана различными способами:

– географическими или прямоугольными координатами, адресом объектов в адресной системе урбанизированных территорий, – расстоянием от начала линейных маршрутов.

Для отображения точечных объектов на карте Map. Info может импортировать следующие форматы файлов, содержащие геоинформацию: MIF (Map. Info Interchange Format) формат обмена Map. Info, DFX формат обмена графикой и данными, используемый системой Auto. CAD и другими системами САПР (CAD),

MBI (Map. Info Boundary Interchange), это ASCII – файл программы Map. Info для DOS, хранящий данные о границах регионов, MMI (Map. Info Map Interchange), формат обмена программы Map. Info для DOS, используемый для описания карт улиц, IMG формат графических файлов программы Map. Info для DOS.

D. Построение буферных зон Буферная зона – полигон, границы которого отстоят на определенное расстояние от границ исходных объектов. Примеры: зоны отчуждения вдоль автомобильных и железных дорог; высоковольтных линий электропередач; нефте- и газопроводов, санитарно-защитные зоны вокруг предприятий; водоохранная зона; приграничные территории.

В ряде ГИС имеется Мастер построения буферных зон, позволяющий по заданным параметрам построить их на карте.

E. Оверлейные операции Сущность этого способа анализа множества разнотипных по характеру локализации объектов состоит в наложении двух или более разноимённых слоёв с генерацией производных объектов, возникающих при их геометрическом наложении.

F. Сетевой анализ используется для решения различных задач на пространственных сетях связанных линейных объектов (речная, дорожная, трубопроводная, электрическая и др. сети).

Сеть состоит из линий, которые могут иметь не более двух общих точек с другими линиями (начало и конец). Точка соединения называется узлом. Могут быть и иные представления сети, например, короткую толстую трубу водопровода с отходящими тонкими трубами удобно трактовать как узел.

Математически сети описываются теорией графов, а решение сетевых задач даёт линейное программирование. Обычно функции сетевого анализа реализуются в добавленных к ГИС модулях.

Например, в системе Arc View GIS используется модуль Network Analyst, способный решать задачи: поиска ближайшего пункта обслуживания, разработки кратчайшего маршрута, разработки маршрутного листа передвижения между двумя пунктами, определения зон обслуживания (зон доступа), диспетчерского контроля и управления движением нескольких транспортных средств, например такси.

Положение объектов определяется с помощью приёмников систем глобального позиционирования.

G. Картометрические функции В большинстве ГИС реализованы картометрические функции расчета: площадей, длин, периметров, площадей реальных поверхностей, объемов фигур, заключенных между поверхностями, а также и функции вычисления вторичных характеристик поверхностей: углов наклона, крутизны склонов, зон видимости и т. д.

H. Зонирование Основное назначение данной функции – построение новых объектов (зон), т. е. участков территорий, однородных по выбранному критерию или группе критериев. Границы таких зон могут совпасть с ранее выделенными площадными объектами (полигонами), но могут строиться в результате различных видов моделирования.

В качестве примеров задач зонирования можно отметить: выделение зон плохой проходимости в горной или лесной местности, зон пониженных температур, зон транспортных пробок, зон экологического риска, зонирование урбанизированных территорий по транспортной доступности, построение зон обслуживания поликлиник и т. п.

3. Создание моделей поверхностей На карте рельеф показан с помощью горизонталей, однако ГИС позволяет построить его объемные модели. Более того, ГИС позволяют моделировать воображаемые поверхности, построенные по нескольким показателям, например плотность дорожной сети.

В Mapinfo 5. 5 имеется модуль для анализа и трёхмерного отображения данных «Поверхность» , который позволяет: – строить поверхности по триангуляционной сети, – строить изолинии по поверхностям, – визуализировать данные о значениях в узлах поверхностей,

– отсекать часть поверхности, – выполнять арифметические действия с поверхностями, – строить профили по поверхностям, – рассчитывать зоны прямой видимости из точки наблюдения и в точку наблюдения, – выполнять трёхмерную визуализацию поверхности.

В данном модуле имеются следующие функции настройки вида поверхности: выбор масштаба, угла наклона, способа отрисовки (сеточная модель, отмывка, рендеринг, настройка цвета), свойств отображения (коэффициентов рассеивания, отражения и прозрачности, определения точки фокуса, точки наблюдения и угла для отображения поверхности в

В рассматриваемом модуле для анализа и трёхмерного отображения данных Mapinfo 5. 5 «Поверхность» также имеется функция арифметических операций с поверхностями, позволяющая выполнять арифметические операции над таблицами типа поверхность.

Мы рассмотрели функции модуля для анализа и трёхмерного отображения данных Mapinfo 5. 5 «Поверхность» . Аналогичные модули имеются в системах Arc View GIS, Geo Media Professional.

З А К Л Ю Ч Е Н И Е На занятии вы – познакомились с функциями ГИС; – узнали о характеристиках основных функций пространственного анализа; – познакомились с основными функциями модулей ГИС, предназначенных для создания моделей поверхностей.

– познакомились с наиболее распространёнными логическими структурами (моделями) баз данных; – получили представление о функциях и структуре систем управления базами данных.

Источник: https://present5.com/tema-2-geoanaliz-i-modelirovanie-zanyatie/

Тикунов В. С. Геоинформатика. Геоанализ и моделирование

Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word

Несмотря на то что хранящиеся в ГИС сведения представляют собой основную ценность, они приносят реальную пользу только При их использовании для решения прикладных задач.

Каждая ГИС Наряду с модулями для ввода и вывода данных обязательно имеет средства, предназначенные для выполнения общих функций пространственного анализа и средства для решения специфических задач пользователя. Эти средства зависят от моделей данных, поддерживаемых ГИС и используемых для решения задач пользователя.

В результате конкурентной борьбы между коммерческими ГИС к настоящему времени сложился перечень функций, наличие которых практически обязательно для таких ГИС.

Это, прежде всего, функции организации выбора объектов по тем или иным условиям, функции редактирования структуры и информации в базах данных, функции картографической визуализации, картометрические функции, функции построения буферных зон, анализа наложений, функции сетевого анализа и др.

Широкий круг операций поддерживается в той или иной мере многими геоинформационными системами. Это процедуры кластеризации и классификации, построения изолиний, проверки статистических зависимостей (факторный и корреляционный анализы), геометрических и проекционных преобразований геометрических данных. Рассмотрим перечисленные возможности более подробно.

Пространственный анализ чаще всего проводится в целях выявления следующих отношений: • закономерностей в структуре или особенностей распределения объектов, а также их характеристик в пространстве; • наличия и вида взаимосвязей в пространственном распределении нескольких классов объектов или отдельных характеристик;

• тенденций развития явлений в пространстве и во времени.

Еще одной задачей пространственного анализа является выбор решения с учетом пространственных характеристик (расстановка антенн и определение их характеристик для обеспечения непрерывной радиосвязью поездов в процессе движения, выбор оптимального маршрута проезда по Москве с учетом ограничений и прогнозируемой скорости движения по улицам города и др.).

При проведении пространственного анализа можно использовать только те представления объектов реального мира, которые возможно реализовать с помощью моделей данных, заложенных в систему.

Как уже было отмечено ранее, в ГИС используется два основных подхода к описанию пространства: 1) подход, основанный на структурировании пространства, т.е.

выделении пространственных объектов, указании характера их локализации в пространстве, границ и в некоторых случаях взаимосвязей с другими объектами;

2) подход, основанный на неструктурированном представлении пространства. В этом случае все изучаемое пространство, как правило, представляется множеством ячеек заданного размера и формы, в которых определены усредненные параметры или характеристики, соответствующие этой части пространства.

Это могут быть характеристики, которые принимают любые значения из заданного интервала (температура, соленость, количество осадков) или характеристики из заданного перечня (лес, озеро, луг, пашня и т.д.).

Несмотря на то, что в этом случае используются названия объектов, фактически они не существуют, не определен характер их локализации, не заданы границы, без выполнения процедуры структуризации невозможно подсчитать количество объектов и т.д.

Определяя основные задачи анализа, мы говорили о свойствах и характеристиках объектов или точек пространства. Следует учесть, что они также совсем не однородны. Прежде всего необходимо разделить все характеристики на качественные и количественные.

С количественными характеристиками можно выполнять различные операции, качественные характеристики можно главным образом сравнивать.

Сравнивая, мы обычно пытаемся ответить на два вопроса: совпадают ли сравниваемые характеристики или объекты? Можно ли определить порядок этих характеристик или объектов?
Если удается ответить только на первый вопрос, то говорят, что объекты описаны в номинальной шкале или шкале категорий, если мы можем ответить и на второй вопрос, то объекты описаны в ранговой шкале.

Функции работы с базами данных.

Функции анализа в этом случае включают в себя: изменения структуры баз данных (добавление или удаление полей, изменение их типов); ввод новых данных и редактирование имеющихся, в том числе в автоматическом режиме и посредством выполнения специальных процедур анализа, таких, как вычисление площадей или определение соседей; простой поиск сведений; поиск необходимых данных с использованием запросов типа SQL (см. 2.1) либо QBE с одновременным выделением выбранных объектов как в таблицах баз данных, так и на картах; вычисление (калькуляцию) новых значений поля по характеристикам других полей базы данных или других баз; создание производных баз данных путем объединения (классификации) записей исходной базы или выбором части полей исходной базы; объединение баз по общему (ключевому) полю и др. Эти функции значительно чаще других используются при анализе данных в ГИС. Их реализация в разных системах различна. В некоторых из них результаты любого запроса становятся самостоятельным элементом (GeoMedia Professional, MapInfo Professional), с которым можно обращаться так же, как и с любым другим (классом объектов, таблицей и т.п.), т.е давать ему имя, настраивать его визуализацию, конструировать к нему новые запросы, использовать его в Других операциях. Иногда результат запроса можно сохранять как самостоятельный элемент (тема в Arc View GIS), а можно использовать на последующих этапах анализа без сохранения. Например, в Arc View GIS выбранные объекты одной темы могут быть использованы для выбора из другой темы объектов, удовлетворяющих определенным геометрическим условиям (находятся полностью внутри, полностью содержат, имеют своим центром, содержат центр, пересекаются, отстоят от центра) и др.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word

При копировании информации обязательны прямые ссылки на сайт, а также на авторов книг. Все книги являются собственностью их авторов и служат исключительно для ознакомления.

© Edu-Knigi.ru, 2011. © Дизайн и программирование от студии “ПСГ”.

Источник: https://edu-knigi.ru/tikunov/geoinformatika.php?id=32

Аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования в ГИС

Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

Предыдущая123456789101112131415Следующая

Эффективность функционирования геоинформационной системы напрямую зависит от развитости и адекватности поставленным задачам системы анализа и моделирования. По мнению М. ДеМерса: «Подсистема анализа – сердце ГИС.

Это то, ради чего ГИС существуют».

Он считает, что пространственный анализ и моделирование, начиная с простых запросов и их комбинаций, далее в виде измерений, и, наконец, в форме сравнительного анализа, формирует у пользователей пространственное мышление и порождает новые творческие идеи [12].

На концептуальном уровне в ГИС существуют модели дискретных объектов, модели непрерывных полей и модели сетей.

Предшественником пространственного моделирования было геометрическое моделирование в конструкторских системах. Оно представляет собой совокупность операций и процедур, включающих формирование геометрической модели объекта и ее преобразование с целью получения желаемого изображения объекта и определения его свойств.

Большой процент проектных разработок требует применения автоматизированного геометрического конструирования изделий и объектов.

Развитие методов геометрического моделирования в большой степени обусловлено возникновением мощного специализированного аппаратного и программного обеспечения машинной графики, что дало толчок к развитию таких сложных систем как трехмерная машинная графика, мультимедиа, аннимация [22, 23].

Однако, геометрическое моделирование должно быть дополнено методами, которые позволяют решать задачи пространственного характера. Например, методы пространственного анализа и моделирования (их еще называют геоанализ и геомоделирование) позволяют решить такие сложные проблемы, как:

– определение оптимального размещения на городской территории пожарных служб, служб охраны общественного порядка, спасения в чрезвычайных ситуациях;

– определение оптимального местоположения промышленных, энергетических и гражданских сооружений с учетом их положительного и отрицательного влияния на прилегающую территорию;

– проектирование плотин для ГЭС с учетом зон затопления;

– нахождение оптимальных маршрутов прокладки тепловых трасс, линий электропередач, транспортных магистралей;

– определение стоимости земли на заданной территории с учетом природных и социально-экономических факторов;

– оценка экологического состояния территории, в состав которой должно включаться влияние промышленных и энергетических объектов.

Здесь на первый план выдвигаются топологические свойства рассматриваемых объектов, их взаимоположение и взаимовлияние на данной территории.

Если геометрическое моделирование отвечает на вопросы: «Какой формы и каких размеров?», то пространственное моделирование: «Где расположено и на каком расстоянии?» При этом «полем деятельности» пространственного моделирования является определенная территория земли с расположенными на ней объектами природного и искусственного происхождения [24].

В общем случае пространственный анализ проводится с целью:

– выявления закономерностей в расположении или структуре пространственных объектов;

– нахождения заданных характеристик объектов;

– нахождения взаимосвязей между пространственными объектами;

– выявления тенденций развития явления в пространстве и/или времени;

– выбор конкретного пространственного решения с учетом поставленных условий и ограничений.

При проведении геоанализа пространство может быть описано как структурированным (все объекты имеют координаты, границы, описан характер их локализации в пространстве, взаимосвязи с другими объектами), так и неструктурированным (указанные характеристики могут принимать любое значение из заданного интервала – влажность, температура) способом.

Все характеристики пространственных объектов подразделяются на качественные и количественные. Чтобы сравнивать и оценивать качественные характеристики их надо ранжировать.

Для более полного понимания особенностей различных функций пространственного анализа рассмотрим историю их возникновения.

Развитие функций, которые выполняют ГИС, шло неравномерно в зависимости от практических потребностей и научно-технических достижений.

Первые подходы к построению информационных систем, ориентированных на обработку пространственных данных, были сформулированы в работах коллективов Канады и Швеции – двух странах, приоритет которых в этой области абсолютно бесспорен.

Канадские работы были связаны с созданием в 1963-1971 годах Канадской ГИС (CGIS) под руководством Р. Томлинсона, ставшей одним из классических примеров крупной универсальной региональной ГИС национального уровня [25].

Работы шведской школы геоинформатики концентрировались вокруг ГИС земельно-учетной специализации, в частности Шведского земельного банка данных, предназначенного для автоматизации учета земельных участков и недвижимости.

ГИС “первого поколения” (60-х – начала 70-х годов) значительно отличались от того, что понимается под ними сегодня. Они решали узкий круг задач инвентаризации земельного кадастра и учета для совершенствования системы налогообложения, решаемые путем автоматизации земельно-учетного документооборота в виде банков данных соответствующей специализации.

Постепенно в этот период разрабатываются функции, формирующие ядро геоинформационных технологий: оверлей разноименных слоев, генерация буферных зон, полигонов Тиссена, алгоритмы аналитических и графоаналитических построений и другие операции манипулирования пространственными данными.

В 80-х годах ГИС, хотя они и начинали развиваться в значительной степени на базе информационно-поисковых систем, стали приобретать черты картографических банков данных с параллельным расширением возможностей математико-картографического анализа и моделирования данных.

Большинство ГИС этого периода включают в свои задачи создание карт или используют картографические материалы как источник исходных данных. Расширяется круг решаемых задач, геоинформационные технологии применяются для различных видов научной и производственной деятельности и образования [26].

Осваиваются принципиально новые источники массовых данных для ГИС – это данные дистанционного зондирования, включая аэро- и фотосъемку. Цифровые методы обработки изображений интегрируются с системами автоматизированной картографии и геоинформационными технологиями, создавая предпосылки для единой программной среды 90-х годов [27].

В 80-х годах начаты работы по проектированию и разработке отечественных ГИС, основанные на осмыслении и развитии международного опыта.

Следует отметить, что с момента возникновения первых отечественных геоинформационных систем и до настоящего времени, аппаратно-техническое обеспечение этих разработок базируются на персональных ЭВМ с развитой периферией.

Системы ориентированы на расширение не только их геомодельных, но и интеллектуальных “знаниевых” возможностей на основе использования элементов экспертных систем.

В настоящее время для реализации многих информационных проектов используются достаточно мощные и многофункциональные программные средства.

Из зарубежных коммерческих средств ГИС наибольше распространение получили пакеты: pc ARC/INFO (Enviromental Systems Research Inst. Inc., США), Terrasoft (Digital Resourse System, Канада), MapInfo (MapInfo Inc., США), IDRISI (Clark Univ., США), SICAD/open (Siemens Nixdorf AG, Германия).

Наиболее известными системами России и стран СНГ являются: Инфосо (АО “Киберсо”, Москва), Панорама (Cибирское отделение РАН), Рельеф-Процессор (РП) (МП Рельеф (Украина)), GeoCad System 3. for Windows (CPS 3) (GeoCad Ltd/ (Новосибирск)), GeoDraw/GeoGraph for Windows (Центр Геоинформационных Исследований ИГ РАН, Москва), пакет WinPlan (Энергетический университет, Иваново) [5].

Исследования показывают, что практически все современные ГИС в большей или меньшей степени обладают функциями пространственного анализа и моделирования. Можно выделить три основных блока аналитических функций, выполняемых по ГИС-технологии: информационные запросы; топологический анализ; пространственное моделирование.

Простейшим видом информационных запросов является получение необходимых данных по параметрическим запросам (так называемые однопараметрические запросы). Эти функции представлены и в ГИС-вьюверах, и в справочно-картографических системах (СКС), и в инструментальных ГИС.

Более развитые геоинформационные системы способны обслуживать многокритериальные (или многофункциональные) логические запросы, когда объекты отбираются, например, по признаку их удаленности или близости относительно других объектов, их совпадения и по другим количественным и качественным характеристикам и их соотношениям.

Топологический анализ включает в себя картометрические измерения и определение пространственных характеристик, анализ сетей, анализ полигонов (площадей), анализ трехмерных поверхностей (рельефа).

Картометрические измерения служат для определения расстояний между объектами, длин транспортных путей, периметров участков, их площадей, определения соседства нескольких объектов и другие пространственные измерительные операции («в пределах», «содержит», «пересекает» и т.д.).

Анализ сетей включает поиск кратчайшего пути, суммирование значений атрибутов по элементам сети, распределение ресурсов в сети, поиск пространственной смежности, объединение сетей и проч.

Решение сетевых задач основано на аналитических операциях, которые тесно смыкаются с моделирующими операциями, что позволяет решать классические оптимизационные задачи на самых различных видах сетей.

Развитый блок анализа сетей имеется лишь у полнофункциональных ГИС. Одним из примеров служит блок NETWORK пакета ARC/INFO.

Полигональный анализ охватывает задачи, связанные с оверлейными операциями. Их суть состоит в наложении разнотипных полигонов с генерацией производных объектов, возникающих при их геометрическом наслоении, и с наследованием их семантики.

Наиболее сложными являютсяоперации с трехмерными объектами (или операции анализа рельефа).

Трехмерные объекты (“рельефы”) требуют особых форм представления, поскольку их пространственное положение должно описываться не только плановыми, но и пространственными координатами.

Достаточно мощными средствами по анализу рельефа являются модуль TIN пакета ARC/INFO, модуль DTM системы Terrasoft (Digital Resource Systems, Канада) и специализированное средство для создания и обработки ЦРМ – Рельеф-Процессор (Харьковский Университет).

Пространственное моделирование – следующая ступень аналитических возможностей ГИС.

Пространственное моделирование (геомоделирование) позволяет автоматизировать процесс выработки управленческих решений в составе информационных систем города или региона, «проигрывания сценариев» размещения социальных, промышленных, энергетических и других объектов, рассмотрения большого количества альтернативных проектных целей и поиска оптимальных вариантов с применением различных функций пространственного анализа и моделирования [см., например, 28].

Другими словами, пространственное моделирование представляет собой сочетание аналитических и имитационных математических моделей и координатно-локализованной (геометрической) информации в процессе изучения окружающей действительности.

Наиболее применяемыми функциями пространственного моделирования являются:

– генерация буферных зон;

– зонирование или районирование;

– построение пространственных статических моделей;

– построение пространственных динамических моделей;

– сетевое моделирование или сетевая оптимизация.

Рассмотрим подробнее содержание данных функций.

Генерация буферных зон – это расчет и построение областей, ограниченных эквидистантными линиями, построенными относительно множества точечных, линейных и площадных объектов; то есть это зоны, границы которых удалены на известное расстояние от любого объекта на карте.

Ширина (радиус для точечных объектов) буферной зоны может быть постоянна или зависима от значения приписываемого объекту атрибута (так называемая «буферизация» со взвешиванием).

Эта операция используется, например, для учета «запретных» зон на размещение проектируемых объектов по условиям эксплуатационной безопасности, а также, так называемых «зон влияния», оценивающих близость транспортных коммуникаций, инженерных сетей и т. д.

Зонирование или районирование применяется для группировки объектов по определенным принципам с последующей дифференциацией всей их совокупности по тем же критериям. Зонирование означает «разбиение» территории на части (зоны), объединяемые взаимными связями или общими свойствами.

Статическое пространственное моделирование применяется для исследования состояния территории, сложившегося на какой-то момент времени, на основе координатно-локализованной информации.

Например, оценка криминогенной обстановки, прогнозирование чрезвычайных ситуаций и их последствий, оценка насыщенности территории энергопроизводящими и энергопотребляющими предприятиями, изменение экологического состояния территории с вводом в эксплуатацию на ней промышленного объекта или прокладки транспортной магистрали и т.д.

В частности, генерацию буферных зон можно рассмотреть как наиболее простой способ получения пространственной статической модели.

Динамическое пространственное моделирование имитирует распространение различных явлений и процессов, протекающих во времени, на заданной территории.

Например, имитация развития системы населенных мест, когда в основу эксперимента были заложены правила развития системы, а на ЭВМ “проигрывались” пути их реализации с помощью алгоритма статистических испытаний (метод Монте-Карло) [29].

Типичным примером применения пространственных динамических моделей является также пространственно-временное прогнозирование затопления территории во время паводков, прорыва дамбы или заполнения водохранилища ГЭС.

Сетевое моделирование (сетевая оптимизация) нужно для работы с процессами в географических сетях, которые образованы топологически связанными объектами – дорогами, трубопроводами, линиями электропередач, другими коммуникациями, – чтобы максимально эффективно определять маршруты движения, например, служб экстренного вызова, управлять ресурсами, распределенными по сетям, оценивать их и т.д. ГИС-технология позволяет оперативно планировать и контролировать ресурсы даже в очень больших разветвленных сетях самого разного назначения.

Функции моделирования маршрутов, местоположений ресурсных и транспортных потоков выполняются, как правило, в специализированных пакетах развитых ГИС с помощью таких особых показателей как связи, барьеры, ограничения для поворота, запреты на поворот, центры ресурсов, ограничения на ресурсы, остановки, ограничения на остановки.

На рис 2.2 представлена схема взаимосвязи функций пространственного анализа и моделирования по степени их сложности.

13. Цифровые модели рельефа и особенности их практического использования в сфере туризма.(На примере: “Озеро Иткуль” заповедника “Хакасский”)

Рассматривается применение геоинформационных систем в заповеднике “Хакасский” на примере конкретного участка. Создание цифровой модели рельефа и ее дальнейшее использование заповедником.

Географические информационные системы (ГИС) – это системы управления цифровыми базами данных, разработанные для сбора, хранения, анализа и отображения пространственных сведений об объектах [3].

ГИС хранят информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, связанных на основе географического положения. Назначение ГИС не только в хранении карт, но и в возможности, с помощью имеющихся данных, создавать их необходимое представление [3].

Геоинформационные системы, созданные на территорию заповедника, обеспечат надежное хранение данных, позволят оперативно использовать и анализировать необходимую информацию. Для ведения ГИС в заповеднике “Хакасский” используется программа ArcGIS версия 9.3.

ArcGIS 3D Analyst от ESRI является дополнительным модулем системы ArcGIS, который предназначен для трехмерной визуализации, анализа и построения поверхностей. Использование этого модуля позволяет осуществлять пространственное моделирование различных объектов [1]. Объемные изображения более информативны, их легче воспринимать и интерпретировать.

Цифровая модель рельефа участка “Озеро Иткуль” , которая дает более реалистичную картину территории, создавалась с помощью модуля ArcGIS 3D Analyst методом триангуляции. При этом в качестве исходных данных использовались оцифрованные с топографической карты масштаба 1:100000 горизонтали и высотные отметки.

Топографическая карта (рис.1) в виде растрового изображения была пространственно привязана и преобразована в проекцию Гаусса Крюгера, датум Пулково 1942, зона 15N. Затем на изображении были оцифрованы изолинии рельефа местности (рис.2). В результате был получен shape-файл отражающий рельеф, в виде линейного слоя горизонталей, в атрибутах которого есть поле высот над уровнем моря.

Таким образом, приведение информации, хранящейся на бумажном носителе (карте) в цифровой вид, подлежащий обработке методами компьютерного моделирования – первостепенная задача ГИС.

В связи с доступностью быстрой компьютерной обработки высотных данных становится выполнимой задача создания приближенной к действительности цифровой модели рельефа, в данном случае участка “Озеро Иткуль” заповедника “Хакасский”.

Данная модель может быть применима для научного отдела заповедника – на модель могут быть нанесены постоянные зимние маршрутные учеты участка “Озеро Иткуль”, может осуществляться планирование деятельности с целью оптимизации маршрутных учетов.

При наложении на данную модель слоя растительности, можно проследить как с высотой изменяется структура растительных сообществ.

Анализ пространственной структуры растительных сообществ и изменение её с течением времени позволяет делать обоснованные выводы и прогнозировать дальнейшие изменения.

Цифровая модель участка может быть использована для туристической деятельности в заповеднике. Анализ рельефа дает возможность прогнозировать использование территории в области экологического туризма – можно определить проходимость, доступность, обзорность и др. особенности рельефа местности.

Модель рельефа участка “Озеро Иткуль” также выполняет эколого – просветительскую функцию – это демонстрирование границ заповедного участка и особенностей рельефа широким массам населения, возможно использование такого рода карт на уроках географии и во внеклассных мероприятиях, а так же в музее природы заповедника и в визит-центрах.

Таким образом, внедрение ГИС в заповеднике “Хакасский” может служить эффективным инструментом анализа пространственных данных для использования их в последующем в научно-исследовательской, эколого-просветительской, туристической деятельности.

В дальнейшем планируется охватить базами данных и создать ГИС для всех кластерных участков заповедника.

Предыдущая123456789101112131415Следующая .

Источник: https://mylektsii.ru/10-27217.html

Технология работ по геоинформационному анализу и моделированию территории

Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

В качестве основных этапов технологииработ по геоинформационному анализу и моделированию территории следует выделить:

– сбор комплексной информации о территории. Это могут быть картографические материалы, результаты дистанционного зондирования Земли, описательная и статистическая информация, отчеты и т.п.;

– обработка исходных данных, перевод из аналогового вида в цифровой.

На этом этапе применяется широкий круг программных средств, причем это не только ГИС, но и системы автоматизированного
проектирования, автоматической векторизации, графические системы, комплексы специализированных программных средств.

Благодаря применению новейших технических средств, например широкоформатного сканера, можно существенно увеличить производительность работ по переводу картографических материалов в растровый вид;

– систематизация и накопление пространственно-координированных данных. Этотэтап работ является одним из основных в разработанной

технологии, так как благодаря этому, происходит создание банка разнородных данных о исследуемой территории. Информация накапливается, систематизируется и может быть использована в дальнейшем при реализации других проектов управления территориями.

– анализ и моделирование. Этот этап работ наиболее творческий, заключается в подборе (или собственной разработке) программных средств,

решающих определенные управляющие задачи.

Среди выполняемых на этом этапе задач можно выделить: создание объемных моделей территории, проведение расчетов по определению зон видимости, решение задач логистики, тематическое картографирование качественных и количественных показателей территории, геокодирование пространственно-временных связей между объектами и др.

– получение готовой продукции в цифровом и аналоговом виде.

Данный этап работ реализуется благодаря разработке специализированных оболочек для свободного распространения цифровой картографической

информации, как на электронных носителях, так и в среде Интернет. Также применяется методика широкоформатной печати созданных картографических произведений.

Таким образом, можно утверждать, что в настоящее время географические земельно-информационные системы являются доступным и экономически сбалансированным инструментом для управления территориями в рамках природно-технического комплекса.

1.2 Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

Несмотря на то, что хранящиеся в ГИС сведения представляют собой основную ценность, они приносят реальную пользу только при их использовании для решения прикладных задач. Каждая ГИС наряду с модулями для ввода и вывода данных обязательно имеет средства, предназначенные для выполнения общих функций про­странственного анализа и средства для решения специфических задач пользователя.

Эти средства зависят от моделей данных, под­держиваемых ГИС и используемых для решения задач пользовате­ля.

Это, прежде всего, функции организации выбора объектов по тем или иным услови­ям, функции редактирования структуры и информации в базах данных, функции картографической визуализации, картометрические функции, функции построения буферных зон, анализа наложений, функции сетевого анализа и др.

Функции работы с базами данных.

Функции анализа в этом слу­чае включают в себя: изменения структуры баз данных (добавле­ние или удаление полей, изменение их типов); ввод новых данных и редактирование имеющихся, в том числе в автоматическом ре­жиме и посредством выполнения специальных процедур анализа, таких, как вычисление площадей или определение соседей; про­стой поиск сведений; поиск необходимых данных с использовани­ем запросов типа SQL либо QBE с одновременным выде­лением выбранных объектов как в таблицах баз данных, так и на картах; вычисление (калькуляцию) новых значений поля по ха­рактеристикам других полей базы данных или других баз; создание производных баз данных путем объединения (классификации) за­писей исходной базы или выбором части полей исходной базы; объединение баз по общему (ключевому) полю и др. Эти функции значительно чаще других используются при анализе данных в ГИС. Их реализация в разных системах различна. В некоторых из них результаты любого запроса становятся самостоятельным элемен­том (GeoMedia Professional, Maplnfo Professional), с которым мож­но обращаться так же, как и с любым другим (классом объектов, таблицей и т.п.), т.е давать ему имя, настраивать его визуализа­цию, конструировать к нему новые запросы, использовать его в других операциях.

Формирование и редактирование пространственных данных. Во всех полнофункциональных ГИС есть средства формирования и редактирования пространственных данных. С точки зрения ана­лиза нас интересуют такие средства, в которых при формирова­нии или редактировании одних данных используются другие.

Среди функций редактирования данных для систем, не поддер­живающих топологические модели данных, есть функции, позво­ляющие из любых данных создавать топологически корректные структуры, т.е. структуры, не имеющие самопересечений, пустот и перекрытий между полигонами, перехлестов и недоводов для линейных объектов.

Так, при удалении перекрытий в системе Maplnfo Professional участок перекрытия будет присоединен к тому полигону, площадь которого больше, и удален из полигонов с меньшей площадью. При удалении пустот между полигонами задается максимальная площадь, которую может иметь удаляемая пустота. Пустотная об­ласть присоединяется к тому из соседних с ней полигонов, пло­щадь которого больше.

На рынке программных продуктов предлагаются различные ГИС, отличающиеся по функциональным возможностям, требованиям к аппаратным ресурсам и другим характеристикам. Одна из широко распространенных в России ГИС – MapInfo Professional, разработанная фирмой MapInfo Corporation (США).

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ГИС МАРINFO

Общие сведения

MapInfo Professional – это геоинформационная система, позволяющая создавать и анализировать карты стран, территорий, районов, городов и вообще всего, что может рассматриваться как карта или план.

Созданная электронная карта может быть отображена различными способами, в том числе в виде высококачественной картографической продукции.

Кроме того, MapInfo позволяет решать сложные задачи географического анализа на основе реализации запросов и создания различных тематических карт, осуществлять связь с удаленными базами данных, экспортировать географические объекты в другие программные продукты и многое другое.

Основные возможности MapInfo:

· работа с векторными данными и связанной с ними тематической информацией;

· возможность редактирования картографической информации, в том числе по снимкам, используя их в качестве растровой подложки;

· просмотр данных в любом количестве и по-разному представленных, в виде окон трех видов: Карта, Список и График. Технология синхронного представления данных позволяет открывать одновременно несколько окон, содержащих одни и те же данные, причем изменение данных в одном из окон сопровождается автоматическим изменением этих данных во всех остальных окнах;

· разнообразные средства визуализации информации с помощью создания тематических карт;

· изменение проекций карт;

· составление запросов разной сложности: от простых выборок из отдельных файлов до сложных SQL – запросов по нескольким файлам;

· прямой доступ к файлам, созданным в dBase или графических файлах различных форматов.

Программный продукт MapInfo можно использовать для создания различных видов тематических карт, в которых регистрируются результаты анализа и обработки материалов, хранящийся в базе данных.

База данных MapInfo – не реляционная и не иерархическая; она может быть названа пространственной в том смысле, что все сведения, содержащиеся в ней, имеют единую географическую привязку, что обеспечивает взаимосвязь между всеми объектами хранения.

MapInfo совмещает преимущества обработки данных, которыми обладают базы данных (включая мощный язык запросов SQL), и наглядность карт, схем и графиков. В программном продукте совмещены эффективные средства анализа и представления данных.

В MapInfo вся информация (и текстовая, и графическая) хранится в таблицах (Tables). Каждая таблица – это группа файлов, задающих вид карты или файла данных. Обычно при работе с MapInfo используется большое число таблиц и окон. Открывание таблиц и окон занимает определенное время. В MapInfo все используемые таблицы и окна можно объединить в Рабочий Набор.

Просмотр данных осуществляется с помощью трех окон:

· – представляет информацию в виде обычной карты, что позволяет анализировать географические зависимости данных. Окно карты может содержать информацию сразу из нескольких таблиц, при этом каждая таблица представляется отдельным слоем карты;

· – представляет информацию в виде электронной таблицы, списка записей, состоящих из строк и столбцов;

· – представляет информацию в виде графиков и диаграмм, что позволяет анализировать числовые зависимости между данными.

Технология синхронного представления данных позволяет просматривать таблицу одновременно в нескольких окнах Карт, Списков и Графиков.

MapInfo работает со следующими типами растрового изображения:

· черно-белые изображения: при этом каждый пиксель соответствует черной или белой точке. Такие изображения занимают меньше всего места и быстрее всего читаются и показываются в MapInfo;

· полутоновые изображения: каждый пиксель содержит код черного, белого или одного из тонов серого цвета;

· цветные изображения: каждый пиксель отображает один из цветов, имеющихся в палитре данного изображения.

MapInfo позволяет работать со следующими форматами:

· имя файла .GIF (Graphics Interchange Format),

· имя файла .JPG (JPEG format),

· имя файла .TIF ( Image File Format),

· имя файла .PCX (Soft Paintbrush),

· имя файла .BMP (Windows Bitmap),

· имя файла .TGA (Targа),

· имя файла .BIL (Spot спутниковые фотографии).

Инструментальная среда



Источник: https://infopedia.su/9x964e.html

Book for ucheba
Добавить комментарий