5.1.3 Методологія геопросторового аналізу

Одним із засобів просторового аналізу є картографічне моделювання. Картографічне моделювання – це загальна, і в той же час чітка методологія, яка використовується багатьма застосуваннями ГІС явним способом. Цим терміном визначається те, що картографічне моделювання включає моделі геопросторової інформації, представлені в картографічній формі, тобто, як карти.

Картографічне моделювання використовується для одночасного аналізу просторових і тематичних характеристик геопросторової інформації. Тематичний компонент геопросторової інформації аналізується за допомогою статистичних операцій з даними (наприклад, набуття середнього значення і середнього квадратичного відхилення), а просторові характеристики геопросторової інформації виходять методами просторового аналізу.

Аналітичні методи можуть бути як дуже простими – при звичайному створенні карти, так і складнішими, включаючими моделі, які імітують реальний світ шляхом объединения багатьох шарів інформації.

У більшості випадків геопросторовий аналіз виконується в наступній послідовності:

Етап 1. Постановка проблеми

Формулювання проблеми завжди починається з визначення мети аналізу у вигляді питань, на які необхідно отримати відповіді, наприклад:

яка ступінь ризтку будівництва в позначеному місці заплави річки?

де сталося понад усе крадіжок із зломом минулого місяця?

скільки лісу зростає в межах кожного басейну водозбору?

Специфіка проблеми найчастіше визначає і вибір типа аналізу, і метод, найбільш ефективний в даному випадку, і спосіб інтерпретації результатів. Від характеру проблеми залежить також необхідна детальність рішення, яка у свою чергу визначає витрати на здобуття даних, придбання або оренду необхідних програмних засобів і обчислювальних потужностей. Саме на цьому етапі формується відповідність між масштабом виниклої проблеми і засобами, необхідними для її вирішення.

Важливим чинником, який значною мірою визначає детальність дослідження і метод вирішення даної проблеми, є уявлення про призначення результатів аналізу. В одному випадку треба провести попередні дослідження, щоб оцінити правомірність вибраного методу або виділити значимі чинники, в іншому – надати результати в звіті на вченій пораді. У останньому випадку методи мають бути строгішими, а результати – більш обгрунтованими.

На цьому етапі визначаються також критерії, які визначають параметри використання бази геоданих для здобуття відповідей.

Наприклад, земельна ділянка для будівництва повинна мати градієнт не більше 10 %.

Етап 2 .Оцінка вхідних даних

Тип даних і об'єктів, доступних для проведення даного дослідження, значною мірою визначає специфіку методу, який буде використаний, і досяжну точність результату. З іншого боку, щоб отримати якісну інформацію, потрібно забезпечити відповідний рівень вхідних даних.

Як правило, база геоданих вже існуватиме. Потрібно чітко представляти, яку інформацію ви маєте в своєму розпорядженні, і що ще потрібно отримати або створити. Створення нових даних, у свою чергу, може послужити причиною появи нових атрибутів в таблиці даних або навіть нових шарів карт. На цьому етапі може виникнути необхідність підготовки даних для просторових операцій, у тому числі, зміни даних, перетворення одиниць виміру і системи координат, додавання даних, конвертації даних з одного формату в іншій.

Оцінка вхідних даних – найважливіший етап аналітичного процесу. Саме в цей момент визначається принципова можливість реалізації вибраних методів аналізу і здобуття результату заявленої якості.

Етап 3. Вибір методу аналізу

Майже завжди є декілька шляхів отримання необхідної інформації. При виборі шляху слід спиратися на наступні положення.

По-перше, при виборі методу завжди виникає дилема: оперативність або точність аналізу. Оперативність аналізу виникає, коли потрібно швидко оцінити ситуацію в цілому й прийняти рішення. При цьому користуються простими, добре перевіреними методами, які не потребують істотних витрат на здобуття детальної і всесторонньої вихідної інформації про стан об'єкта. Отриманий результат матиме невисоку точність і відображуватиме тільки загальні характеристики процесу, який вивчається. Точність аналізу потрібна для здобуття достовірної і повної вхідної інформації. Точність аналізу вимагає збільшення витрат часу і зусиль на обробку даних.

По-друге, метод аналізу визначається моделлю наявних даних. Векторні дані є найбільш зручними, коли необхідно зберігати точне місце розташування вхідного об'єкта, працювати з дискретними об'єктами, кордонами або моделювати лінійну мережу. Растрові дані доцільно використовувати для аналізу безперервних явищ. Триангуляційні дані доцільно використовувати для аналізу поверхонь.

Сучасні ГІС дозволяють інтегрувати в процесі аналізу цих типів даних. У разі потреби перетворення можна конвертувати растрові дані у векторних і, навпаки, за допомогою вмонтованих функцій.

По-третє, залежно від вибраних моделей даних вибираються і засоби їх обробки. Сучасні ГІС мають велику кількість аналітичних засобів просторових і атрибутивних даних. Просторовий аналіз певного набору даних може включати операції, наприклад, витягання об'єктів, побудови буферних зон, накладення буферних зон на інші шари, роботу з об'єктами, що попали в буферні зони, і інші операції.

Набор засобів аналізу визначається при інтерпретації критеріїв аналізу, виділених на етапі 1. Кожне твердження в постановці проблеми може транслюватися в ряд операцій аналізу.

Етап 4. Обробка даних

Як тільки вибраний метод, необхідно збудувати ланцюжок його реалізації засобами ГІС. Кожна просторова операція наводить до нової інформації. У більшості випадків аналізу потрібний набір операцій з множиною шарів. При роботі з векторними наборами даних вони виконуються ступінчастим чином – два вхідних шари використовуються для формування нового шару, цей проміжний шар обробляється спільно з третім шаром, щоб формувати інший проміжний шар, і так далі до досягнення бажаного результуючого шару карти. При роботі з растровими наборами даних є можливість одночасної обробки декількох шарів, алгоритм якої реалізується в растровому калькуляторі (Raster Calculator). Наявність модуля побудовника моделей процесів (Model Builder) в АгсGIS 9.х дозволяє аналітику автоматизувати виконання алгоритму моделі без послуг програміста.

Не зважаючи на досить великий перелік методів і підходів, які застосовуються в сучасному ГІС–аналізі й моделюванні, практично завжди з їх допомогою отримуємо відповіді на два головні питання:

1. Де розташовані об'єкти із заданими властивостями?

2. Чому досліджувані об'єкти розміщені саме в цьому місці і в даний час?

Етап 5. Оцінка і відображення результатів

У процесі оцінки результатів виконують інтерпретацію результатів, визначають об'єктивність і достатність отриманої інформації. Якщо необхідно, то приймається рішення про повторення аналізу з іншими параметрами, або уточнення аналізу, або вживання іншого методу. ГІС дозволяє порівняно легко і оперативно зробити необхідні зміни і отримати новий результат. Можна також оперативно порівняти результати різних аналізів і побачити, який з підходів виявився кращим.

Результати аналізу можуть бути представлені у вигляді карти, діаграми, значень в таблиці – фактично новій інформації. Необхідно вирішити, яку інформацію виносити на карту, як групувати значення для найкращого відображення даних. Ця методологія використовує як векторні, так і растрові моделі реального земного простору.

5.1.4 Класифікації аналітичних засобів ГІС

Геоінформаційні системи містять багатий набір різноманітних аналітичних засобів для проведення операцій з географічними об'єктами. Існує ряд підходів для класифікації аналітичних засобів ГІС. Відсутність єдиної їх класифікації породжує різні трактування і погляди на суть аналітичного процесу взагалі.

У ряді фундаментальних робіт набула поширення класифікація базових аналітичних засобів на основі виконуваних функцій, запропонована Стеном Ароноффом (Stan Aronoff). Згідно цієї класифікації базові аналітичні засоби згруповані в чотири обширних категорії:

1. Функції вимірів, вибору даних, класифікації;

2. Оверлейні функції;

3. Функції околу;

4. Функції зв'язності.

Деякі функції, що не увійшли до цієї класифікації, є спеціальними функціями геопроцесінгу. Слід також мати на увазі, що в багатьох випадках процес аналізу виконується за допомогою використання набору як аналітичних, так і спеціальних операцій.

Міністерство освіти і науки України

Національний Технічний Університет України

«Київський Політехнічний Інститут»

Інститут енергозбереження та енергоменеджменту