17. Моделирование в гис. Моделирование на основе грид-карт. Моделирование на основе точечных объектов.

Моделирование в ГИС - это создание многослойной электронной карты, в которой

опорный слой описывает географию определенной территории, а каждый из остальных

- один из аспектов состояния этой территории. Технологически можно выделить

следующие виды моделирования: семантическое, инвариантное, геометрическое,

эвристическое, информационное. Они проявляются в разной степени на разных

системных уровнях обработки информации.

Семантическое моделирование взаимосвязано с задачами кодирования и

лингвистического обеспечения, поэтому оно используется в основное на уровне сбора

первичной информации. Это обусловлено также большим объемом и разнообразием

входной информации, сложностью ее структуры, возможным наличием ошибок. Чем

более разнородна входная информация по структуре и содержанию, чем менее она

унифицирована, тем больший объем семантического моделирования применяется

в подсистеме сбора. Инвариантное моделирование предполагает использование

групповых операций, что обеспечивает более высокую производительность труда по

сравнению с индивидуальным моделированием. Кроме того, инвариантное моделирование

способствует повышению производительности обработки информации, особенно

при моделировании (обработке) графических объектов. Примером инвариантного

моделирования является работа со слоями в ГИС. Изменение характеристик слоев, влечет

за собой изменение всех объектов данного слоя. Одна операция со слоем эквивалентна

множеству операций с каждым объектом слоя. Геометрическое моделирование

заключается в изменении геометрических характеристики объектов или в построении

объектов. Оно применяется там, где требуется обработка метрических данных.

Эвристическое основано на экспертном оценивании результатов каждого шага обработки

и последующем принятии решения о выборе очередного метода обработки и этапа

обработки. Эвристическое моделирование позволяет учитывать индивидуальные свойства

нетиповых объектов и при решении специальных нетиповых задач. Информационное

моделирование связано с созданием и построением информационных моделей. Оно

включает преобразование различных форм информации, например графической или

текстовой, в вид, задаваемый пользователем. Это моделирование эффективно только при

предварительной разработке интегрированной информационной основы и применении баз

данных.

В геоинформатике есть специфическое моделирование, которое применяется

только в геоинформационных системах. Это геоинформационное моделирование.

Геоинформацнонное моделирование это преобразование моделей пространственных

объектов, использующее их организацию, согласно которой каждый графический объект

взаимосвязан с одной или несколькими таблицами базы данных, а преобразование

графического объекта влечет преобразование табличных данных. При этом

преобразование табличных данных меняет характеристики графических объектов.

Геоинформационное моделирование определяют также как класс моделирования

графических объектов, взаимосвязанных с базами данных и включающими пять

основных типов моделирования. Перечислим эти типы: 1. Преобразование графической

информации, которое приводит к изменению графических и табличных данных; 2.

Преобразование табличных данных, что приводит к изменению графических и табличных

данных; 3. Преобразование графических объектов из одного типа в другой; 4. Построение

цифровых моделей явлений; 5. Построение, редактирование или модификация

графических объектов.

Создание точечных объектов. В ГИС создание точечных объектов на карте

осуществляется за счет использования набора библиотек условных знаков, которые

поставляются с инструментальными ГИС или могут быть созданы квалифицированным

пользователем. Для нанесения условного знака он предварительно активизируется из

одной из библиотек, определяется его стиль (цвет, размер и т.п.). Затем устанавливается

режим ввода точечного объекта с помощью указателя определяют координатное

положение условного знака (точечного объекта).

Для построения новых точечных объектов необходимо модифицировать существующие

объекты или включить новую библиотеку точечных объектов. Одним из простейших

способов модификации является использование режима «Стиль символа». Этот режим

позволяет ( в общем случае) осуществить: выбор начертания, установку размера и

цвета, указать угол поворота, выбрать специальные эффекты (тень, подчеркивание,

оконтуривание и др.) для символа точечного объекта, изменение атрибутов

существующего точечного объекта. ГИС могут поддерживать различные виды символов,

например векторные символы, символы из установленных шрифтов TrueType, растровые

символы и т.д.

Моделирование на основе грид-карт. Модуль Spatial Analyst обеспечивает

преобразование векторных тем ArcView в растровый формат грид-темы, позволяет

создавать, обрабатывать и анализировать растровые данные. Растровые или грид-данные

удобны при отображении непрерывных географических явлений в пространстве. Модуль

Spatial Analyst включает ряд методов интерполяции поверхности и построения изолиний

по значениям в отдельных точках. Основным понятием в Spatial Analyst является понятие

грид-темы. Грид-тема – это растровый эквивалент темы объектов. Она представляет собой

географический слой, где пространство Вида разделено на квадратные ячейки. Каждая

ячейка хранит числовое значение данных, передающее информацию о географическом

слое, который она представляет. На основе грид-тем можно проводить следующих

аналитических операций: определение уклонов и экспозиции склона, создание рельефа

с отмывкой, вычисление кривизны поверхности, а также различные математические и

статистические расчеты. Перечисленные выше возможности Spatial Analyst применялись

при изучении поверхностей рельефа и литологических горизонтов, полученных на основе

данных геологических выработок.

Пример. Рассмотрим возможности цифрового моделирования территории, которые

предоставляют ГИС-технологии, на примере пруда в с. Ножовка и прилегающих

территорий (Частинский р-н. Пермская область). В работе использовалась ГИС Maphifo

Professional (v. 5.0), ArcView GIS (v. 3.2a) и модуль 3D Analyst (v. 1.0). На полученных

векторных данных построены регулярные модели (GRID, сплайн-интерполяция) и

нерегулярные модели (TIN). GRID и TIN-модели необходимы для моделирования

непрерывных (в пространстве) объектов и явлений, определения ряда их статистик

(максимальная, минимальная и средняя высота и глубина, направление и угол наклона

склона, освещенность, оценка объема). Геометрические операции над объектами

(например, оверлейные) позволяют качественно провести линию водораздела и оценить

территорию водосбора пруда, а также определить источники загрязнения пруда в

пределах водосбора.

В качестве примера использования ЦМР может служить моделирование процесса

подтопления территории в период прохождения паводка. Моделирование показало, что

в период половодья с. Ножовка подтоплено не будет. Сильное подтопление территории

наблюдается лишь в верхней части пруда по долине р. Ножовка (рис. 1).

Кроме этого, ЦМР местности позволяет провести анализ источников загрязнения пруда

(рис. 2). В верховьях пруда находится свиноферма и Конный двор, которые являются

источниками загрязнения: сточные воды, содержащие большое количество органики,

стекают в пруд. Использование ЦМР позволяет построить водоохранную зону (а также

санитарно-защитаую зону, прибрежную полосу) пруда при различных подпорных

уровнях. Эта возможность становится наиболее актуальной в связи с планируемым

повышением НПУ пруда.