1 Общие указания

Все практические работы выполняются студентами в компьютерном классе кафедры кадастра и геоинженерии. Перед началом работы необходимо на локальном диске D в папке «Студенты» создать папку со своей фамилией, куда в дальнейшем будут сохраняться все данные.

По каждой практической работе необходимо составить конспект в тетради для практических занятий. Конспект должен содержать тему работы, ее цель, краткое описание хода работы и ответы на контрольные вопросы.

Последняя практическая работа проводится с использованием интерактивных методов обучения в форме деловой игры. Студенты группы делятся на бригады, и каждая бригада выполняет задание по созданию электронно-цифровой карты городской территории для решения различных задач управления городом.

Результатом работы является отчет, оформленный по всем правилам и содержащий все необходимые пояснения, а также электронный вариант ЭЦК. Все файлы (базы данных) сохранить в новой, созданной вами папке, в папке Студенты. После исправления замечаний и получения защиты по работе проект сохраняется на оптическом носителе (CD-R). Проект будет использоваться для дальнейшей работы. При сохранении проекта на оптическом носителе необходимо переписать всю папку, а не только файл проекта *.арr.

2 Практическое занятие № 1

Тема: Изучение возможностей приложений к программе Arc View

Цель работы: Изучить основные возможности приложений к программе Arc View Network Analyst и Spatial Analyst.

Упражнение 1: Решение инженерных задач с помощью приложения Arc View – Network Analyst

1. Запустить Arc View.

2. Подсоединить модуль Network Analyst. Для этого в меню «Файл – Модуль» напротив Network Analyst надо поставить отметку.

3. После подключения в главном меню появится надпись Network.

4. Сделав активной линейную тему, например: улицы, в меню Network станут активными операции:

• Find Best Route – поиск лучшего маршрута;

• Find Closest Facility – поиск ближайшего пункта;

• Find Service Area – поиск обслуживаемой территории.

Попробуем решить первую задачу. Поиск лучшего маршрута. Для этого выбираем в подменю Find Best Route. Перед вами появилась табличка Маршрута, в которой необходимо задать пункты, через которые надо проложить маршрут.

Это можно сделать двумя способами:

1. Графически, т.е. задавая точки маршрута с помощью мышки.

2. Задавая точки из существующей БД (точечной темы). Для этого используется кнопка Load Stops, т.е. «Загрузить точки».

Параметры проложения маршрута выбираются в Properties, т.е. «Параметры». В стоимостном поле «cost field» задается поле из существующей базы данных, по которому будет оцениваться оптимальность маршрута. По умолчанию – это длина. Автоматически выставляются и оценочные, и рабочие единицы. В данном случае – это метры. Точность (количество десятичных знаков при округлении) выставляется в поле «Round values at». Оставить все эти параметры по умолчанию можно, поставив отметку V в окошке «Make default».

В нашем случае задавать точки будем графически. В нижнем ряду ПИ появился инструмент «Расстановки меток» с помощью курсора (флажок со стрелкой). Выбираем этот инструмент и ставим

3–4 метки на карте. В таблице есть два дополнительных параметра: Find best order, т.е. «Поиск лучшей очередности» для охвата всех точек, и Return to origin, т.е. «С возвратом в исходную». Поставьте отметку в первом окне и посмотрите решение задачи коммивояжера. Для этого в верхнем правом углу нажмите кнопку «Маршрутизация». Вы получаете графическое решение вашей задачи. Можете ужесточить ее, задав возвращение в исходную точку.

Текстовое описание решения вашей транспортной задачи, т.е. описание маршрута, можно получить в Direction – Путевом листе, который можно распечатать сразу из программы или сохранить в формате *.txt. Содержание информации в путевом листе можно контролировать в Параметрах, внутри окна «Путевой лист». Если есть необходимость сохранить поставленные метки, через которые проходил маршрут, сделайте это перед закрытием окна с вашим маршрутом.

Если вы заметили, то для разработанного маршрута создалась тема, которая может быть при необходимости использована для дальнейшей работы.

Второй задачей является Нахождение ближайшего пункта. Выбрав эту задачу в подменю, на экране вы увидите раскрывшееся окно. В окошке Facilities(Объект) выбираем слой точечных объектов, расстояние до которых мы будем искать. Ниже, в окне Number of facilities to find – количество возможных вариантов поиска – задать свои требования к количеству вариантов.

Справа, поставив отметку около Travel from event (движение от объекта) или Travel to event (движение к объекту), можно задать направление движения. Это актуально при наличии одностороннего движения на улицах. Отметка об одностороннем движении ставится в таблице темы указанием, от какого узла к какому осуществляется движение.

Поставьте отметку с помощью инструмента «Расстановка меток», количество вариантов = 1, и «Движение от объекта». Нажав «Маршрутизация», вы получите тему этого маршрута с описанием, т.е. графическое описание решения вашей задачи. Для того чтобы в описании высвечивалось название ближайшего объекта, а не его номер, необходимо открыть атрибутивную БД – точечного слоя, в котором шел поиск ближайшего объекта, в меню «Таблица – Свойства» напротив названия поля в ячейке Псевдоним прописать Label.

И последней задачей, решаемой в Network Analyst, является Поиск обслуживаемых территорий. Здесь, как и в предыдущих заданиях, есть возможность как задавать объекты с помощью расстановки меток специальным инструментом на панели инструментов, так и загружать список точечных объектов, например: станции метро, больницы, населенные пункты и т.д. При выборе объектов исследования любым способом, в окне появляется его название и усредненное расстояние обслуживания, но расстояние обслуживания можно задать и самостоятельно. Для этого щелкните в строчке, содержащей численное значение зоны обслуживания, и с клавиатуры введите необходимое вам значение. Теперь, при добавлении следующих объектов (внутри этой темы) расстояние будет оставаться постоянным.

В данном поле можно ввести два значения через запятую. Тогда отобразятся две зоны, одна – на расстоянии, указанном до запятой, а вторая – после. Выполните операцию «Маршрутизация». Вокруг каждого объекта появляется полигон, с учетом того, что расстояние до границ этого полигона – заданное вами расстояние по дорогам. И этот полигон будет отличаться от просто буферной зоны с центром в выбранном вами объекте.

Для проверки этого создайте буферную зону. В меню «Тема – Создать буферные зоны» выберите создание буферной зоны вокруг объектов темы. Ширина зоны такая же, какую вы задавали при поиске зоны обслуживания. Поставьте соответствующие единицы измерения. При появлении буферной зоны, сделайте их прозрачными, т.е. фон – отсутствует, передний план – цветной, и какая-нибудь штриховка. Отличие видимо!

Контрольные вопросы:

1. Как присоединить приложение Network Analyst?

2. Какие темы может анализировать приложение Network Analyst?

3. Какие задачи решает приложение Network Analyst?

4. Как задать точки маршрута?

5. Какие дополнительные параметры есть при поиске маршрута?

Упражнение 2: Решение специальных задач городского кадастра с использованием приложения Spatial Analyst

Функции приложения Spatial Analyst очень широки. Выделяют в основном три направления применения этого модуля:

1. Построение и анализ поверхности (построение поверхности, экспозиция, уклон, изолинии; отмывка рельефа, кривизна и видимость с применением запросов через Avenue).

2. Картирование расстояний (найти расстояние, картография близости, картирование по методу взвешенных расстояний, анализ пути с применением запросов через Avenue, функция плотности).

3. Локальные статистические функции (статистика по ячейкам, функции выбора по запросам к карте, анализ на основе математических функций, анализ соседства, функция переклассификации).

При наличии языка программирования Avenue и навыков работы с ним, возможно еще решение задач по гидрологии, изменение разрешения, геометрическое трансформирование и построение мозаики (для объединения космоснимков, уменьшения искажений в грид-теме, сдвиг реальных географических координат), чистка данных (сглаживание неровных краев зон растительности, полученных при аэрофотосъемке, уменьшение толщины линий дорог отсканированной карты):

1. Запустите Arc View.

2. Подгрузите модуль Spatial Analyst. Для этого в меню «Файл – Модули» в окне напротив Spatial Analyst поставить отметку. При этом в меню появится Analysis.

3. Откройте новый проект и сохраните его с вашим именем в каталоге ESRI/esridata.

4. Добавьте в ваш проект тему «Высоты» из этого же каталога.

5. Отобразите ее.

6. Откройте атрибутивную таблицу темы. Таблица включает в себя поле отметок.

7. По этим отметкам и будет строиться изображение поверхности земли. Это происходит с помощью команды «Interpolate Surface». Выбрав эту команду из меню «Analysis», вы увидите открывшееся окно, в котором необходимо указать экстент выходящей грид-темы, выходящий размер грида, размер ячейки, количество строчек и столбцов. В экстенте выходящего грида (Output grid extent) укажите размер экрана (Same as display). Все остальное оставьте без изменения.

8. В следующем появившемся окне поставьте метод создания новой поверхности – сплайн (Spline). Сплайн – это широко распространенный метод интерполяции, в котором используется условие минимальной кривизны поверхности, проведенной через входные точки. Этот метод является наилучшим для плавно изменяющихся поверхностей, таких как: рельеф, УГВ или концентрация загрязняющих веществ.

9. В поле классификации (Z Value field) поставьте название поля – «Отметки». Нажмите ОК. Автоматически построится грид-тема поверхности. Отобразите появившуюся тему.

10. Переместив тему вниз по легенде, можно увидеть точки, по которым строилась поверхность.

11. Вторая операция в анализе поверхности – построение проектных горизонталей. Делаем тему высоты активной. В меню «Analysis – Create Contours» выходной экстент темы и размер грида оставьте без изменения.

12. Далее в следующем окне укажите: метод – сплайнов, поле – отметки. В исходных параметрах контура введите интервал (Contour interval) 0.5, начальный отсчет контура (base contour) – номер горизонтали меньше на 1 вашей минимальной отметки высоты.

13. Теперь, при наличии грид-темы поверхности по высотам (Surface from высоты), можно построить карты уклона (Derive Slope) и экспозиции (Derive Aspect), сделать отмывку рельефа, которая используется для определения гипотетической освещенности поверхности, для определения продолжительности и интенсивности солнечного освещения.

14. Сделайте тему Surface активной (выпуклой) и из меню «Analysis» выберите «Построение карты уклона». Отобразите полученную тему. Чем светлее окраска вашей территории, тем более она плоская.

15. Следующая функция – Экспозиция определяет направление максимального уклона. Экспозиция представляется по сторонам света. 0 – север, 90 – восток, 180 – юг, 270 – запад. Отобразите полученную тему

16. Далее – отмывка рельефа. Анализ выполняется по существующей грид-теме. В нашем случае, это покрытие, построенное по отметкам. Делаем эту тему активной, из меню «Analysis» вызываем «Compute Hillshade». Появляется окно, в котором необходимо указать азимут, т.е. где находится источник излучения по отношению к грид-теме и высота (уклон или угол источника излучения над горизонтом).

Получите 2–3 слоя отмывки рельефа, варьируя азимутом и высотой. Картирование расстояний.

17. Функция Найти расстояние (Find distance) определяет, насколько далеко каждая ячейка находится от ближайшей ячейки, содержащей источник. Выбрав при помощи инструмента «Запроса к карте» (Map Query) ячейки, которые удовлетворяют определенному критерию, вы можете преобразовывать карту расстояний в карту буферных зон. Например: сделав активной тему «Высоты», выбрав из меню «Analysis» команду «Найти расстояние», заполнив окно запроса, в котором нужно указать экстент получаемой темы, размер ячеек, вы получите построенную вокруг каждой точки карту расстояний.

18. Картография близости (Assign Рrохimitу). Близость определяется по линейному расстоянию. Выбрать тему «Высоты», и в меню «Analysis – Картографирование близости», в появившемся окне из предложенных полей, по которым может строиться карта, поставьте отметку. Этот пример просто используется для понятия механизма действия. Чаще на практике это применяется для построения карт близости, например: гидрантов к месту происшествия.

19. Следующая операция, выполняемая в Spatial Analyst, – построение гистограмм. Эта операция доступна только для грид-тем. Для построения диаграммы воспользуемся кнопкой построения диаграммы (верхний ряд вторая справа).

20. Самое главное при работе с грид-данными это не забыть их сохранить, иначе все ваши данные и весь ваш труд окажутся напрасными. Итак, в меню «Тема – Save Data Set» (Сохранить набор данных). Иначе при перезагрузке компьютера, даже иногда при сохранении проекта, грид-данные не сохраняются.

21. Еще одной возможностью в Spatial Analyst является переклассификация, например: сделали тему «Уклоны по высотам», получили 5 классов уклонов, а ваша задача – переклассифицировать их для пригодности в строительстве. Для этого в меню «Analysis – Reclassify» (Анализ – Реклассифицировать) в поле реклассификации выберите значение, команду «Классифицировать» (Classify...). В появившемся окне ставим необходимое число классов и тип интервалов (можете посмотреть, чем они отличаются). Закрываем это маленькое окошко – ОК. В окне «Реклассифицировать» в колонку таблицы «Новые значения» (New Value) можете вписать те значения, которые вам необходимы и которые лучше отражают суть ваших требований. Попробуйте поставить значения не по порядку, и ваша картинка абсолютно изменится.

22. И последняя операция, с которой мы познакомимся – это запрос к карте (Map Query) и вычисления по карте (Map Calculator) или картографические вычисления. Обе эти операции становятся доступными и необходимыми, когда есть достаточная база данных и появляется желание провести анализ. Вот тогда и возникает вопрос, а где районы с уклоном больше 15 и северной экспозицией? В этом случае нам необходим запрос к карте. Для этого «Analysis – Map Query». Появляется окно, в котором вы, как в обычном конструкторе запроса, формируете свой запрос, который может содержать все ваши точечные, линейные, полигональные темы и грид-данные. Второй инструмент вступает в работу, когда необходимо ранжировать карту пригодности по нескольким факторам, например: по доле потенциальных покупателей, по высокой плотности населения и по расстоянию от существующих магазинов. Чаще всего все эти темы строятся по одной весовой схеме, поэтому их можно комбинировать. В нашем случае мы воспользуемся тремя грид-темами по анализу рельефа. Оценим, какой же участок нам равно взвешенно подходит по всем параметрам. Но лучше для этого применять темы, которые уже были реклассифицированы с точки зрения пригодности или непригодности к строительству. Необходимо вызвать из меню «Analysis – Map Calculator» и в появившемся окне совершить обычные математические действия, т.е. сложить три переклассифицированные темы и затем эту сумму разделить на 3.

Контрольные вопросы:

1. Как присоединить приложение Spatial Analyst?

2. В каких направлениях применяют приложение Spatial Analyst?

3. Какие задачи решает приложение Spatial Analyst при построении и анализе поверхности?

4. Какие задачи решает приложение Spatial Analyst при картировании расстояний?

5. Какие задачи решает приложение Spatial Analyst при локальных статистических функциях?