2.4.2.Концептуальная топология

Разработчики ГИС «ИнГео» ввели новое понятие - «концептуальные топологические отношения» в статье в Информационном бюллетене ГИС – ассоциации России №5(7) 1996г. Суть приведённого понятия связана с многоуровневыми классами объектов, которые в устаревших системах просто отсутствуют (там классы объектов - одноуровневые). Наличие классов требует распространения топологической концепции не только на экземпляры объектов, но и на классы этих объектов.

Следует отметить, что без многоуровневых классификационных систем построить муниципальную ГИС, где должны быть представлены многие сотни слоёв, трудно. И никакая из распространённых ГИС, ведущих свою родословную от описания простых природных карт, не может предоставить пользователю приемлемую работу с таким количеством слоёв.

К сожалению, многоуровневые слои пока не реализованы в ГИС «ИнГео» (как и в других ГИС), но это произойдет в скором будущем.

Структура обобщённого геоинформационного технологического процесса Введение

Структура технологического процесса при создании и работе с электронной (цифровой) картой - довольно сложная, если описывать во всех подробностях. Мы в данном документе рассмотрим базовую структуру, в которой не представлены технологии, позволяющие работать с данными дистанционного зондирования, получаемыми с помощью аэрофотоснимков или снимков с космических аппаратов.

Базовая структура ГИС-процесса представлена на рисунке 3.5.

На этом рисунке показана технологическая схема обобщённого ГИС-процесса для иллюстрации трёх путей создания электронной карты:

• ручная векторизация с помощью мощных инструментальных средств, значительно «усиливающих руку» оператора, создающего карту (ручная векторизация может быть плохо оснащена инструментарием или, напротив, хорошо. В ГИС «ИнГео» оснащение хорошее);

• интерактивная векторизация с помощью специальных программных пакетов, которые позволяют упростить создание электронной карты в относительно несложных ситуациях, - когда карта не очень насыщена (EasyTrace, MapEdit, SpotLight);

• автоматическая векторизация, которая подходит сегодня практически лишь для векторизации машиностроительных чертежей, а не карт, хотя ненасыщенные карты также могут векторизоваться с помощью таких систем (SpotLight).

Поставим себе задачей создание сложных насыщенных карт городов, поскольку эта задача сегодня наиболее актуальная в свете проблемы создания кадастра недвижимости и кадастров инженерных коммуникаций в крупных городах.

Чем же в основном отличаются друг от друга результирующие электронные карты, получаемые с помощью интерактивной и ручной векторизации? Вариант с автоматической векторизацией рассматривать не будем, поскольку развитие на сегодняшний день методов автоматической векторизации ещё слишком слабое, чтобы их рассматривать в нашей задаче.

Технология гис «ИнГео»

Рассмотрим теперь ту цепочку процессов, которую поддерживает ГИС «ИнГео».

ГИС «ИнГео» предоставляет Вам возможность сразу избежать многих проблем в создании качественной электронной карты города.

1. Сначала Вы должны будете определить проект, а в проекте задать территорию, для которой нужно создавать электронную карту. Для территории определена своя местная система координат. Лучше задавать размеры территории так, чтобы Ваши будущие задачи по городу ещё долго не смогли «упереться» в границы выбранной Вами территории.

2. Создайте растровую карту и растровый слой, в котором определите эталонную координатную сетку - по размеру сканируемых планшетов.

3. Отсканируйте планшеты, поверните их на необходимый угол и проведите их калибровку (т.е. исправьте все искажения формы растрового изображения планшета). С помощью специального программного – калибратора, входящего в комплект ГИС.

4. Проведя процессы сканирования планшетов и их калибровки, Вы средствами уже самой ГИС «ИнГео» можете сразу создать единое растровое поле изображений планшетов, избегая в будущем проблем со сшивкой частей векторных объектов, поскольку отдельных планшетов уже как таковых не будет. Вы можете приступать к созданию векторной карты, создавая сразу нерасчленённые векторные объекты.

5. На следующем этапе (можете начать его и много раньше) Вам необходимо хорошо проанализировать будущие применения электронной карты в городе и разработать, в содружестве с другими заинтересованными организациями в городе, систему классов объектов, которые должны различаться на карте. Эта система классов обычно называется также классификатором.

6. Теперь нужно выделить группы объектов, с которыми работают преимущественно в тех или иных предметных областях (недвижимость, земельный кадастр, водоканал, тепловые сети, энергосеть и т.п.). Такие группы можно оформить средствами ГИС как предметные карты (в терминах ГИС «ИнГео»).

7. Каждому классу объектов нужно поставить в соответствие слой в предметных картах и задать для отображения каждого типа (класса, слоя) объектов стиль их отображения на электронной карте (т.е. задать цвет линий, цвет заливки и т.п.). Для каждой карты (группы слоёв) и даже, возможно, для каждого слоя и стиля объектов необходимо определить диапазон масштабов, в пределах которого объекты этого слоя будут показываться на экране или выводиться принтер. Это нужно для того, чтобы на мелких масштабах не выводились на экран, например, колодцы водонапорной сети. Во-первых, они и не должны быть видны, скажем на масштабе М1:25000, а во-вторых при таком масштабе у Вас на экране может оказаться весь город и, соответственно, система будет выводить все колодцы, общее число которых будет составлять величину порядка 20000 для миллионного города. Ясно, что какой бы мощный компьютер Вы не использовали, выводить такое количество малозначащих для этого масштаба объектов просто нецелесообразно - придётся ждать долгое время, да и изображение будет очень нечитабельное. Поэтому, если Вы хорошо распределите отображение всех слоёв по масштабам, то на экран компьютера всегда будут выводиться те слои, которые не приводят к перегрузке изображения ненужными деталями, а также не заставляют компьютер долго копошиться с данными, чтобы показать их гигантское количество на экране.

8. Когда Вы создавали слои объектов, Вы сразу могли задать и структуру семантических таблиц для объектов данного класса. Создав такие таблицы для всех слоёв, Вы практически закончили формировать структуру баз данных в ГИС перед началом создания объектов в электронной карте (т.е. векторизации растровой основы).

9. Теперь Вы начинаете обрисовывать (векторизовать) по растру объекты, выбирая последовательно слои и рисуя все объекты (или их часть) в заданном слое.

10. Хотя заполнять семантические таблицы по каждому экземпляру объектов можно сразу после его отрисовки, возможно, целесообразно сначала нарисовать объекты, а затем заполнять семантические таблицы. Помните, что для каждого объекта Вам даётся возможность заводить по несколько различных подтаблиц - соответственно количеству предметных областей, для которых данный объект может представлять интерес. Если бы все данные «сваливались» в одну таблицу, то это было бы неудобно всем видам пользователей - данных в таблице содержалось бы так много, а таблицы были бы так велики, что каждому отдельному предметному специалисту работать доставляло бы одни мучения.

После того, как Вы создали единое растровое поле (пункт 4), следующие за ним технологические шаги могут быть пройдены в любом порядке. Более того, Вы можете в любой момент, скажем, отвекторизовать часть домов и перейти к векторизации кварталов. Потом снова вернуться к домам. Можно в любой момент перенастроить стили отображения объектов, - тогда даже те, что были созданы ранее, перерисуются по-новому.

Такая гибкость в работе кроме удобства и ощущения свободы действий накладывает и определённые ограничения на чрезмерное творчество. Например, для некоторых классов объектов нельзя будет заменить стиль. Так, если объект был полигональным, то сделать его потом символьным нельзя, - слишком большая разница в их внутреннем представлении в ГИС. Поэтому используйте наиболее правильную концепцию в Ваших действиях: сначала подумать и изучить инструмент, подумав в отношение сути задачи, и только потом начинать что-либо делать. Хоть система и гибкая, но преувеличивать возможности сегодняшних ГИС не стоит.

2.4.3.Раздел 2. Методические основы разработки специализированной географической информационной системы

Лекция 4. Общие требования к разработке специализированной ГИС. Учебные вопросы: Основные ЧС. Масштабы воздействия и тяжесть последствий. Характер поражающего воздействия. Функциональные требования. Технологические требования. Экономические требования.

Современные географические информационные технологии (ГИС-технологии) позволяют автоматизировать наиболее трудоемкие этапы решения задач прогнозирования последствий: опасности ущерба, потерь и риска [23, 83]. Использование ГИС-технологий сокращает время для сбора, поиска, анализа и интерпретации географической и тематической информации, необходимой для оценки и уменьшения негативных последствий в ЧС [65, 66, 67, 70].

Высокие темпы построения тематических карт дают возможность иссле­дователю оценить большое количество вариантов решения [77]. Наиболее тру­доемкие работы, связанные с определением границ зон различной значимости, вычерчиванием их на бумаге осуществляются автоматически. Главной заботой специалиста, пользующегося услугами ГИС, становятся организация и поддер­жание в актуальном состоянии базы данных об изучаемом явлении.

Особое значение отводится ГИС-технологиям при оценке и картировании природных рисков, в том числе комплексного риска.

Общие требования к разработке специализированной ГИС

На основе анализа проблем, связанных с повышением безопасности объ­ектов НТК, сформулированы общие требования к разработке ГИС. Эти требо­вания учитывают пространственно-временные факторы, разнородность мето­дического и информационного обеспечения технологию создания и возмож­ность развития системы.

Общие требования к разработке ГИС целесообразно разделить на группы и обосновать, исходя из перечня основных ЧС; масштабов воздействия и тяже­сти последствий; характера поражающего воздействия; содержания задач обес­печения безопасности объектов и поддержки принятия решений; технологиче­ских, функциональных и экономических требований.

65

Учитывая, что нормативные документы СП 11-107-98 и СП 11-113-2002 требуют комплексного анализа рисков для персонала объектов и рядом распо­ложенного населения, кратко сформулируем содержание требований к разра­ботке ГИС по группам.

Основные ЧС. С помощью ГИС в первую очередь должна проводиться оценка тех событий, которые могут привести к гибели людей или большому ущербу. Исходя из этого условия, к таким событиям следует отнести ЧС техно­генного характера в результате аварий на объектах: пожаровзрывоопасных; га­зопроводах; нефтепроводах; химически опасных; радиационно-опасных; гидро­технических сооружениях.

К гибели людей приводят также ЧС природного характера: наводнения; землетрясения; ураганы и сильные ветры; снежные лавины; сели; лесные пожа­ры; цунами.

Масштабы воздействия и тяжесть последствий. В соответствии с По­ложением о классификации ЧС природного и техногенного характера, утвер­жденным постановлением Правительства РФ от 13.09.1996 г. № 1094, по степе­ни тяжести ЧС разделяются на локальные; местные, территориальные; регио­нальные; федеральные; трансграничные.

В Постановлении правительства № 240 от 15.07.2002 г. отмечается, что разливы нефти и нефтепродуктов классифицируются как ЧС. В зависимости от объема и площади разлива нефти и нефтепродуктов на местности и во внутрен­них водоемах выделяются ЧС следующих категорий: локального, муниципаль­ного, территориального, регионального и федерального значений.

В соответствии с этими масштабами в ГИС должна включаться картогра­фическая информация с различным уровнем детальности: мир, страны, регионы (провинции, субъекты, районы и т.п.), города, объекты.

В зависимости от масштаба воздействия и тяжести последствий ­местности и элементов риска.

Характер поражающего воздействия. Исходя из различной природы источников и полей поражающих факторов, в состав ГИС должны быть вклю­чены математические модели, позволяющие рассчитывать воздушные ударные волновые, сейсмические, тепловые, химические, радиационные поля воздейст­вия (модели воздействия). Блок математических моделей должен включать также процедуры, позволяющие определять зоны, характеризующие степени разрушения, поражения, ущерба и риска. Эти модели описывают сопротивле­ние элементов риска воздействию. Оценки показателей должны базироваться на единой научно-методической основе.

Состав задач повышения безопасности объектов и поддержки приня­тия решений. В состав задач можно включить аналитические компоненты ин­формационного обеспечения: прогнозные модели, включая заблаговременные оценки объемов аварийных разливов, масштабов ущерба, показателей послед­ствий и определение рисков; оптимизационные модели - распределение ресур­сов, организация эффективного управления; оперативные модели - оценка об­становки, расчет сил и средств, показателей жизнеобеспечения по факту собы­тия. Каждая модель дает возможность решать определенные типы задач под­держки принятия решений как до события, так и по факту его возникновения.

Функциональные требования. Программные средства ГИС должны со­ответствовать требованиям:

оперативности, информационности, многофункциональности;

наглядности отображения ситуации;

масштабированности картографической основы;

обеспечения пространственной и временной привязок событий и инфор­мации;

возможности ввода, редактирования и импорта информации;

обеспечения выбора и просмотра информации произвольно или по адрес­ным признакам;

возможности включения или выключения слоев;

обеспечения картографического представления информации, полученной с использованием расчетных моделей, документирования результатов.

Технологические требования. К технологическим требованиям можно отнести:

блочность построения структуры ГИС;

возможность развития системы;

использование при разработке системы "классических" в теории ГИС по­нятий;

использование совместимых форматов и пакетов программ для создания и управления базами данных;

возможность использования мониторинговой информации в автоматизи­рованном режиме;

сопрягаемость расчетных моделей с картографической и семантической базами данных;

возможность использования математических и статистических моделей;

ориентация на имеющиеся технические средства (по объему памяти, бы­стродействию, внешние устройства);

ограниченные сроки решения задач.

Экономические требования. Геоинформационные системы являются важной компонентой информационных технологий, обеспечивающих в составе других мероприятий - инженерно-технических и организационных - повыше­ние безопасности объектов, уменьшение и смягчение последствий ЧС. При раз­работке ГИС следует учитывать стоимостные затраты на систему. При этом, в совокупности с другими мероприятиями, общие затраты, включая затраты на разработку ГИС, не должны превосходить предотвращенный ущерб.

Приведем обобщенную технологическую структуру ГИС. Система вклю­чает следующие основные блоки (рисунок З.1.):

блок базы данных, состоящий из структурированных массивов цифровой картографической и семантической информации;

систему управления базами данных;

блок математических моделей;

блок тематического картографирования и документирования; пользовательский интерфейс - средство эффективного управления всеми блоками ГИС.

Рисунок 3.1- Структурная схема ГИС

Лекция 5. Требования к структуре и содержанию базы данных.

Учебные вопросы: Требования к картографической информации. Требования к содержанию картографической информации. Требования к масштабам карт. Требования к форматам картографической информации. Требования к семантической информации.

Блок базы данных служит для накопления информации и ее структуриза­ции.

Двумя основными типами информации для ГИС являются картографиче­ская (векторная или растровая) и семантическая (описательная). Картографиче­ская информация содержит координаты и очертание границ географических объектов. Семантическая информация описывает количественные и качествен­ные характеристики объектов и связей между ними. Картографическая и семан­тическая информации в базе данных структурно объединены в группы.