Картографическая структура гис представляется как набор информационных слоев.

Слой – это совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одной теме или классу в пределах некоторой территории в общей системе координат. Например, базовый слой содержит сведения о рельефе, затем следуют слои гидрографии, населенных пунктов, дорожной сети, растительного покрова, почв, ландшафтов, распространения загрязняющих веществ и т.д. Условно, эти слои можно представить в виде «этажерки», на каждой полочке которой хранится карта или цифровая информация по определенной теме.

Каждый из слоев может анализироваться по отдельности или совместно с другими слоями в разных комбинациях, когда выполняется оверлей – взаимное наложение слоев. Таким образом, оверлейные операции – это наложение разноименных слоев с генерацией производных объектов, возникающих при их геометрическом наложении. Чаще всего оверлей проводят с двумя слоями. Принадлежность объектов к данному слою автоматически придает им определенные групповые свойства, которые могут дополняться или меняться, но для всей совокупности объектов. Например, по данным о рельефе можно построить производный слой, то есть новый слой, образованный из информации по рельефу, - слой углов наклона местности. По данным о дорожной сети и населенных пунктах можно рассчитать степень обеспеченности территории дорожной сетью и сформировать новый слой. Аналогично можно создать новый слой по густоте речной сети. Возможно и наложение слоев просто для их комбинации без получения новых характеристик, распределенных по территории. Например, на базовую карту в горизонталях накладывается вся информация о водотоках и водоемах.

Таким образом, ГИС можно определить и как многослойную электронную карту, которая не только хранит большой объем информации, но и позволяет анализировать данные, проводить их селекцию ( необходимый отбор), выводить информацию в наглядной необходимой для потребителя форме.

Картографическая структура ГИС, о чем мы сейчас говорили – главное звено во всей структуре ГИС. Соответственно можно сказать, что автоматизированная картографическая система – основа любой ГИС. Эта система обеспечивает своими средствами создание и использование карт и состоит из ряда подсистем, важнейшими их которых являются подсистемы ввода, обработки и вывода информации.

Подсистема ввода информации

Это устройства для преобразования пространственной информации в цифровую форму и ввода ее в память компьютера или в базу данных. Для цифрования применяются цифрователи (дигитайзеры) и сканеры.

Цифрователь ( синонимы – дигитайзер, графическое устройство ввода данных, графоповторитель) – устройство для ручного цифрования картографической и графической документации в виде множества или последовательности точек, положение которых определено прямоугольными координатами плоскости цифрователя. Он состоит из плоского стола и съемника информации типа курсора или пера. Рабочее поле стола выполнено из прозрачного материала и имеет подсветку. Обводка контуров и линий ведется вручную, с чем связано появление погрешностей при обводе и большая трудоемкость.

Сканеры автоматически считывают информацию последовательно строка за строкой по всему полю карты. Сама карта размещается на планшете или барабане.

Сканирование – технологический процесс, в результате которого создается графический образ документа. В основе всех сканеров для ввода лежит один и тот же принцип. Документ освещается светом от специального источника, а отраженный свет воспринимается светочувствительным элементом. При этом минимальный элемент изображения воспринимается сканером как цветная точка. А весь документ превращается в упорядоченное множество точек. То есть в растровое изображение, которое состоит, как известно, из точек.

Базы данных

Это упорядоченные массивы данных по какой-либо теме (темам), представленные в цифровой форме. Базы формируются в СУБД – системе управления базам данных. Она обеспечивает быстрый поиск нужной информации и может обрабатывать базы данных.

Подсистема обработки информации

Состоит из самого компьютера, системы управления и программного обеспечения. Созданы сотни специализированных программ, которые позволяют строить карты, выбирать нужную проекцию, совмещать карты, проводить анализ территории, дешифрировать снимки, классифицировать объекты, моделировать процессы, сопоставлять варианты и выбирать оптимальные решения. Большая часть подсистем обработки информации работают в диалоговом (интерактивном) режиме.

Подсистема вывода информации

Это комплекс устройств для визуализации обработанной информации в картографической или иной форме . Имеются в виду прежде всего экраны (дисплеи), принтеры различной конструкции и чертежные автоматы (плоттеры). При этом могут выводиться не только карты, но и тексты, графики, таблицы, трехмерные модели. Но чаще всего в картографической форме, как наиболее привычной и легко обозримой.

Если ГИС ориентирована на работу с аэрокосмической информацией, то в нее входит специализированная система обработки изображений. В этом случае программное обеспечение позволяет выполнять различные операции со снимками : корректировать их, преобразовывать (трансформировать), улучшать, автоматически дешифрировать, классифицировать и т.д.

С применением ГИС стало возможным быстрое преобразование (трансформирование) картографического изображения – преобразование с целью создания производных карт и получения по ним новой информации. Рассмотрим, какие преобразования различают.

• Вычленение – выделение на карте необходимых для исследования компонентов сложной геосистемы и снятие ненужной информации. Выделенными элементами могут стать рельеф и гидрография. Или, наоборот, снять информацию о них и оставить какую - либо другую.

• Схематизация – устранение второстепенных деталей и представление карты в упрощенном виде. Так, например, при снятии деталей эрозионного расчленения, то есть при схематизации гипсометрического изображения может проявиться основная первичная тектоническая структура рельефа.

• Детализация – преобразование, обратное схематизации. Оно имеет целью сделать изображение более подробным. Например, на топокарте можно построить орографическую схему с проведением тальвегов временных водотоков по изгибам горизонталей. Так образом детализируется изображение эрозионной сети.

• Континуализация - замена дискретного картографического изображения непрерывным изображением, что обычно связывают с понятием «географического поля». Например, из карты расселения получают карту плотности населения. Из карты тектонических трещин карту поля трещиноватости, из карты размещения лесов – карту лесистости. Все эти поля лесистости, трещиноватости, плотности населения , озерности представляются в виде псевдоизолиний, то есть носят абстрактный характер, не отвечающий физической природе явления. Надо осторожно относиться к проведению изолиний , которые должны в принципе отображать только непрерывные в пространстве явления. Однако, иногда полезно получить и производные карты в виде псевдоизолиний. По ним хорошо читаются максимумы и минимумы распределения, их удобно сопоставлять с другими изолинейными картами.

• Дискретизация – обратное преобразование по переводу непрерывного изображения в дискретную форму. Например, дискретизация для интерполирования по сетке точек при создании цифровой модели на основе карты с изолиниями. В этом случае цифровая карта представляется в виде поля большого количества дискретной точечной информации.

Все виды объектов (точечные, линейные, площадные) отображаются на плоскости в виде карты благодаря картографическим проекциям. В зависимости от того, как проецируется свет через глобус и на какую поверхность- на плоскую, цилиндрическую, коническую различают планарные, цилиндрические, конические, азимутальные проекции. Но любая проекция несет искажения либо углов, либо расстояния , либо площадей. Свойство углового соответствия сохраняют конформные ( или равноугольные) проекции. Если целью проецирования являются измерения расстояний, то надо выбрать проекцию, сохраняющую расстояния. Их называют равнопромежуточными, или эквидистантными. Сохранение равенства площадей дают равновеликие проекции. Для навигации, где важно сохранить направления, выбирают азимутальную, или конформную проекции. Наиболее широко распространенной и в навигации и в ГИС системой проекций и координат является универсальная поперечная цилиндрическая проекция Меркатора. Она обеспечивает равное соотношение углов. А ,значит, сохраняется подобие фигур и передает неискаженные очертания. Напомню, что это та проекция, у которой масштаб по меридианам увеличивается от экватора к полюсу, то есть расстояние между параллелями увеличивается.

Как правило, в ГИС используется геодезическая система прямоугольных координат (X и Y – абсцисса и ордината).

Для описания содержания карт недостаточно только метрических параметров - координат . Поэтому для указания тематических и временных характеристик применяется так называемая атрибутивная информация.