Понятие о географических информационных системах (гис). Геоинформатика как научная дисциплина, технология и сфера производственной деятельности.
Как Технологии:
совокупность приёмов, способов и методов применения средств вычислительной техники, позволяющая реализовать функциональнные возможности ГИС
ГИС отвечает на:
что находится на заданной территории?
где находится область, удовлетворяющая заданному набору условий?
Геоинформатика - научная дисциплина, изучающая принципы, технику и технологию получения, накопления, передачи, обработки и представление данных как средства получения на их основе новой инфы и знаний о пространственно-временных явлениях
ГИС разрабатываются с целью решения научных и прикладных задач для:
мониторинга эко ситуаций
рационального использования природных ресурсов
инфрастр-го проектирования
городского и регионального планирования
принятия оперативных мер в условиях ЧП
Область использования ГИС - технологий
Аварийные служб -МЧС-Полиция
ПП -мониторинг-моделирование
Бизнес -торговая и дистрибьютерская сеть
Промышленность - транспорт, связь, наука
Медицина
Правительство - районы - области - гос-во
Образование - преподование
Исследования
Управление
Определение:
Информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных
Программный продукт, в котором реализованы функциональные возможности ГИС (программное средство ГИС)
16.Пространственная и атрибутивная информация в гис
Для представления пространственных объектов в ГИС используют пространственные и атрибутивные типы данных. Пространственные данные – сведения, которые характеризуют местоположение объектов в пространстве относительно друг друга и их геометрию. Пространственные объекты представляют с помощью следующих графических объектов: точки, линии, области и поверхности. Описание объектов осуществляется путем указания координат объектов и составляющих их частей. Точечные объекты – это такие объекты, каждый из которых расположен только в одной точке пространства, представленной парой координат X, Y. В зависимости от масштаба картографирования, в качестве таких объектов могут рассматриваться дерево, дом или город. Линейные объекты, представлены как одномерные, имеющие одну размерность – длину, ширина объекта не выражается в данном масштабе или не существенна. Примеры таких объектов: реки, границы муниципальных округов, горизонтали рельефа. Области (полигоны) – площадные объекты, представляются набором пар координат (Х, У) или набором объектов типа линия, представляющих собой замкнутый контур. Такими объектами могут быть представлены территории, занимаемые определенным ландшафтом, городом или целым континентом. Поверхность - при ее описании требуется добавление к площадным объектам значений высоты. Восстановление поверхностей осуществляется с помощью использования математических алгоритмов (интерполяции и аппроксимации) по исходному набору координат X, Y, Z. Дополнительные непространственные данные об объектах образуют набор атрибутов. Атрибутивные данные - это качественные или количественные характеристики пространственных объектов, выражающиеся, как правило, в алфавитно-цифровом виде. Примеры таких данных: географическое название, видовой состав растительности, характеристики почв и т.п. Природа пространственных и атрибутивных данных различна, соответственно различны и методы манипулирования (хранения, ввода, редактирования, поиска и анализа) для двух этих составляющих геоинформационной системы. Одна из основных идей, воплощенных в традиционных ГИС - это сохранение связи между пространственными и атрибутивными данными, при раздельном их хранении и, частично, раздельной обработке. Общее цифровое описание пространственного объекта включает: наименование; указание местоположения; набор свойств; отношения с другими объектами. Наименованием объекта служит его географическое название (если оно есть), его условный код или идентификатор, присваиваемый пользователем или системой. Однотипные объекты по пространственному и тематическому признакам объединяются в слои цифровой карты, которые рассматриваются как отдельные информационные единицы, при этом существует возможность совмещения всей имеющейся информации
Растровая структура данных в ГИС
Существует два основных метода представления географических данных. Первый - т.н. растровый заключается в разделении исследуемого пространства на элементы/ячейки, как правило, равные по величине. В результате получается регулярная сетка (растр, матрица, грид), каждый из элементов которой можно описать двумя координатами (x,y или колонка, ряд) и дополнительным значением для каждой ячейки (Z).
Самым простым примером растровых данных является - отсканированная карта, также к растровой модели данных относятся космические снимки, цифровые модели рельефа и многие другие данные. Тематически, каждая ячейка растра (элемент изображения, пиксел) может описывать определенное свойство или признак соответствующей ей географической области, например, крутизну склона или высоту над уровнем моря, тип растительности или почвы и т.д.
Основными характеристиками растровых данных являются - разрешение сканирования, цветность (глубина цвета), если растровые данные географически привязаны, то к их характеристикам добавляются такие параметры как система координат и пространственное разрешение (разрешение на местности).
Другими примерами растровых данных являются данные дистанционного зондирования, фотографии, данные, полученные в процессе растровых операций в других ГИС.
Элементарную единицу растра называют пикселем (pixel, от picture element - элемент изображения, ячейка матрицы).
Каждый элемент изображения имеет определенное значение, зависящее от того, как изображение было получено, и что оно содержит. Например, если оно было получено со спутника, каждый его пиксел представляет собой преобразованное в цифровое значение определенное количество световой энергии, отраженной от участков земной поверхности и попавшей на чувствительную ячейку матрицы прибора (сенсор). Производные растровые данные в каждой ячейке могут содержать информацию о высоте над уровнем моря в данной точке, о температуре почвы и воздуха, о плотности популяции вида на кв. км и т.д. Растровые данные удобное средство управления информацией о непрерывных признаках имеющие значение в каждой точке территории (таких как давление, температура, влажность и т.д.). Подробнее о различие растровых и векторных данных.
Разрешение сканирования и пространственное разрешение
Часто растровые данные получают путем сканирования, обычного, с помощью планшетного сканера или сканера другого типа или сканирования сенсорами спутников. Основным параметром сканирования является его разрешение (количество элементов изображения на единицу длины, т.н. dots per inch - точек на дюйм) или пространственное разрешение (расстояние на местности на элемент изображения).
Чем выше разрешение сканирования (как обычным сканером, так и космического) тем больше деталей исходного материала (бумажной карты или земной поверхности) передается на единицу длины. В случае сканирования бумажных материалов при определенном разрешении наступает предел информативности исходного материала, при достижении которого повышать разрешение сканирования далее не стоит.
Цветность
элементу изображения, помимо координат, соответствует также некое значение - атрибут, при отображение растра на экране монитора этот атрибут используется для кодирования цвета. От типа значений этого атрибута зависит, будет ли растр цветным, черно-белым или индексированным. Цвет который мы видим на экране образуется путем смешения компонент, каждая из которых по отдельности не несет цвета, но несет градацию серого - яркость, если таких компонент 3, то электронно-лучевая трубка монитора может преобразовать каждую компоненту в интенсивность соответствующего цвета, чаще всего это т.н. RGB (red-green-blue, красный-зеленый-синий). Количество градаций между белым и черным называется радиометрическим разрешением растра или глубиной цвета. 0..255 8bit 0..65535 16 bit 0..16000000 24 bit Чем больше радиометрическое разрешение растра, тем лучше передаются вариации яркости объекта, тем больше деталей можно различить. Трехкомпонентное изображение называется полноцветным (true-color), обычно его глубина цвета равна 24 bit (или 8 bit на компоненту). Однокомпонентное изображение называется черно-белым или изображением в оттенках серого (grayscale), его глубина цвета обычно 8 bit. Особый вариант 8 битного, но цветного изображения - т.н. псевдоцветное или индексированное изображение, его особенностью является наличие специальной таблицы определяющей соответствие каждого значения (0..255) определенному цвету, кодируемому 3-мя компонентами RGB. Таким образом, такой растр является 8-ми битным и цветным одновременно, эта форма очень удобна для хранения топографических и тематических карт, имеющих ограниченное количество использованных цветов.
Особым параметром цветового значения пиксела является прозрачность. ArcGIS позволяет назначить одному из цветов атрибут прозрачность, что позволяет, например, убрать рамку определенного цвета у растровых данных.
Спектральное разрешение Бумажные материалы, как и земная поверхность, сканируются в определенных диапазонах спектра. Количество и ширина этих диапазонах называются спектральным разрешением прибора-сканера. При сканировании бумажных материалов используются 3 диапазона спектра соответствующие красной, зеленой и синей части спектра, за счет этого результат выглядит также, как он выглядит, когда мы наблюдаем его своими глазами. А вот дистанционное зондирование Земли из космоса ведется, как правило, в диапазонах отличных от привычных человеческому глазу, например в ближнем и среднем инфракрасном, поэтому получить изображение, которое мы бы увидели, находясь на месте камеры частотневозможно. Но благодаря такому выбору часто удается различить объекты, которые человеческим глазом не различаются. Помимо особых спектральных диапазонов, отличие данных ДДЗ состоит и в их большем, чем 3 количестве, количество диапазонов в которых ведется съемка, может достигать сотен. По количеству диапазонов, данные ДЗЗ разделяют на панхроматические (1 диапазон), мультиспектральные (до 1-30 диапазонов), гиперспектральные (более 30 диапазонов).
Система координат Только что отсканированная карта находится в локальной системе координат. Начало ее располагается в точке 0,0 (как правило, это нижний, левый угол), пространственное разрешение элемента изображения карты (пиксела) равно 1. Для работы в ГИС с такими данными (если Вы конечно хотите работать в географическом пространстве), необходимо эти данные привязать
18. Российский и международный опыт внедрения ГИС в научную и практическую деятельность в области природопользования и геоэкологии (желательно привести примеры).
Читаем текст на скринах, там норм вроде приведены примеры
