МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторних робіт з дисципліни
“ГЕОІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ”
Харків 2012
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторних робіт
з дисципліни “ГЕОІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ”
для студентів денної форми навчання
напряму 6.040303 – Системний аналіз
ЗАТВЕРДЖЕНО
кафедрою ПМ.
Протокол № 5 від 19.12.2011.
Харків 2012
Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни “Геоінформаційні системи” для студентів денної форми навчання напряму 6.040303 “Системний аналіз” / Упоряд.: С.М. Ієвлєва, Є.С. Ієвлєв – Харків: ХНУРЕ, 2012 – 56 с.
Упорядники: С.М. Ієвлєва
Є.С. Ієвлєв
Рецензент В.П. Ткаченко, канд. техн. наук, проф. каф. МСТ
ЗМІСТ
Вступ 4
1 Створення цифрової карти місцевості. Реєстрація растрового зображення. Робота з шарами 6
1.4.1 Об'єкти ЦМ 12
1.4.2 Визначення складу та кількості шарів ЦМ 13
1.4.3 Створення об'єктів ЦМ 13
1.5.1 Перевірка пошарової відповідності об'єктів 17
1.5.2 Перевірка топологічної коректності окремих шарів карти 17
2 РОБОТА З ВІКНАМИ І ТАБЛИЦЯМИ СПИСКІВ. СТВОРЕННЯ КАРТОГРАФІЧНОЇ ЛЕГЕНДИ ТА ЗВІТІВ 21
2.2.1 Створення таблиці списку 21
2.2.2 Зміна та оновлення полів таблиць 23
2.2.3 Підписування об'єктів ЦМ 25
3 АНАЛІЗ ПРОСТОРОВИХ ДАНИХ У ГІС MAPINFO. 31
ВИБІРКИ ТА SQL-ЗАПИТИ 31
3.3.1 Відображення даних 32
4 ГЕОКОДУВАННЯ ТА РАЙОНУВАННЯ У ГІС MAPINFO 38
4.4.1 Списки районів 40
5 ТЕМАТИЧНА КАРТОГРАФІЯ 42
5.3.1 Складання плану тематичної карти 43
5.3.2 Методи тематичної Картографії 44
5.3.3 Порядок послідовності тематичних шарів 44
5.3.4 Типи тематичних карт 44
5.3.5 Створення тематичної карти 46
5.3.6 Робота з тематичними Картами і легендами 49
5.3.7 Результати створення тематичних карт 50
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 52
Вступ
Курс “Геоінформаційні системи” має на меті навчити студентів теоретичним основам та інформаційним технологіям формування цифрової моделі місцевості (ЦММ), створенню цифрових топографічних і тематичних карт, сприяти розвитку логічного мислення, формування наукового світогляду та розвитку творчості.
Лабораторні роботи з дисципліни «Геоінформаційні системи» (ГІС) орієнтовані на розв’язання задач, що виникають на практиці: обробка матеріалів аеро- та фотозйомки, друкованих карт, технології створення цифрових карт.
Внаслідок виконання лабораторних робіт студент має набути уявлення про методику й технологію створення цифрових карт та аналіз просторових даних у ГІС MapInfo; поняття геокодування; використання SQL-запитів і створення тематичних карт на базі цифрових.
Порядок виконання лабораторної роботи такий.
1. Отримання допуску до лабораторної роботи, що включає відповіді на декілька запитань з теорії, яку необхідно знати для виконання конкретної лабораторної роботи. Приблизний перелік таких запитань наведено у кожному розділі методичних вказівок.
2. Виконання попередньої роботи. Студент повинен показати викладачеві усі попередні напрацювання, необхідні для виконання лабораторної роботи (наприклад, для лабораторної роботи з геокодування студентові необхідно заздалегідь підготувати таблиці даних для їх імпорту у ГІС MapInfo). Перелік таких напрацювань наведено у кожному розділі методичних вказівок.
3. Робота у ГІС MapInfo на ЕОМ і досягнення мети лабораторної роботи, тобто студент повинен виконати усі необхідні процедури для досягнення поставленої мети, які наведені у кожному розділі методичних вказівок.
4. Аналіз отриманих результатів, що включає висновки, які студент має зробити після виконання кожної лабораторної роботи (наприклад: проаналі-зувати результати SQL-запитів та ін.).
5. Оформлення звіту з лабораторної роботи. Після виконання кожної лабораторної роботи необхідно оформити звіт з лабораторної роботи. Зразок оформлення титульного аркуша звіту наведено у додатку А.
Основні пункти, які має містити у собі звіт:
мета роботи;
покрокове виконання пунктів лабораторної роботи з обов’язковим документуванням усіх даних, рисунків і таблиць, які необхідно навести згідно з вимогами до змісту звіту (перелік таких вимог наведено у кожному розділі методичних вказівок);
аналіз отриманих результатів (якщо це є вимога до змісту звіту).
6. Захист лабораторної роботи. Після того, як лабораторну роботу виконано, отримано результати й оформлено звіт, студент допускається до її захисту, що включає в себе повний опит студента з цієї лабораторної роботи.
Номер варіанта завдання видається студенту викладачем.
На лабораторних роботах рекомендується користуватися літературою [1–13].
Деякі рисунки наведені російською мовою, оскільки вони являють натуральний вигляд лабораторного макета.
1 Створення цифрової карти місцевості. Реєстрація растрового зображення. Робота з шарами
1.1 Мета роботи
Метою даної лабораторної роботи є:
ознайомлення з методикою та технологією створення цифрових карт у ГІС MapInfo;
набуття практичних навичок для реєстрації растрового зображення у ГІС MapInfo з вибором координат системи та картографічної проекції;
набуття практичних навичок під час використання ГІС для створення цифрової топографічної карти, її документування.
1.2 Теоретичні відомості та хід лабораторної роботи
Методика і технологія створення цифрових карт (ЦМ) мають за мету:
створення цифрових карт різного призначення і змісту на основі використання вихідних картографічних матеріалів різноманітного масштабу та відповідного змісту на паперовій або іншій «твердій» основі;
формування (візуалізації) похідних електронних карт і документування на паперовій або іншій «твердій» основі;
формування (візуалізації) похідних комп’ютерних карт з вільно заданими змістом, масштабом і географічним оформленням.
Якщо розглядати структуру ГІС, то можна виділити такі компоненти:
1. Цифрова карта або інша структура даних, яка описує просторові об’єкти та їх взаємозв’язки – просторову структуру території.
Цифрова карта являє собою цифрову модель елементів картографічного зображення, що створена шляхом оцифрування картографічних джерел, топографо–геодизичних зйомок або іншим чином із виконанням нормативів, які визначають геометричну точність, норми генералізації та дизайн, які припускають її реалізацію у вигляді комп’ютерних і електронних карт.
2. База даних за просторовими об’єктами, в якій міститься значення непросторових атрибутів (назва й характеристики) цих об’єктів.
Для створення просторової бази даних існує необхідність організації структури для зберігання даних та їх використання. Двома основними типами інформації є просторові й тематичні бази даних. Просторова інформація описує розташування та контури географічних об’єктів. Тематична інформація являє собою опис їх кількісних та якісних характеристик.
3. Функціональне оснащення – набір функцій обробки просторових і атрибутивних даних, які забезпечують розв’язання задач аналізу просторової структури території.
Цифрова карта забезпечує такі функції:
можливість оперативного перегляду на екрані дисплея та документування карти на паперовому носії для будь-якої заданої ділянки території, у будь-якому масштабі, з будь-якими заданими елементами змісту та графічного оформлення;
оперативність внесення змін, які виникають на місцевості (моніторинг);
автоматичний пошук і находження об’єктів за вказаними цілями їх місцезнаходження на карті або за їх характеристиками;
автоматизоване вирішення вимірювальних і разрахунково-аналітичних задач на карті;
оперативний доступ до практично необмеженої кількості інформації, яка характеризує об’єкти.
1.2.1 Растрове зображення та вибір визначення географічних координат точок прив’язки
Растровим зображенням називається комп’ютерне подання рисунку, фотографії або іншого графічного матеріалу у вигляді набору точок растра. Растровий файл складається з кольорових або чорно-білих точок, які називаються пікселями. В Maplnfo растрові зображення використовуються тільки для перегляду, як «растрова підкладенка», вносити зміни у саме зображення неможливо, також до нього не можна прив’язати жодних даних, на відміну від векторних карт (векторні зображення засновані на даних у системі координат X та Y). Зазвичай растрові зображення використовуються як підкладенка для векторних карт, оскільки ступінь їх деталізації набагато вище, ніж у векторних карт. Maplnfo має можливість читати й показувати растрове зображення, створені програмами сканування. Растрове зображення дає можливість використовувати паперові карти, фотографії та інші графічні матеріали в Maplnfo. Наприклад, якщо Ви працюєте з паперовими картами, то відсканувавши паперову карту, Ви отримуєте растровий файл, який маєте можливість показати у вигляді карти.
Щоб зареєструвати зображення, необхідно визначити картографічну проекцію майбутньої цифрової карти. Вибір картографічної проекції визначається задачею – звести похибки за рахунок проектування земної поверхні на плоскість до такого мінімуму, при якому похибки майже не відчутні, тобто, не впливають на точність вимірюваній за картами.
Для визначення географічних координат точок прив’язки розглянемо деякі ситуації, які найбільш часто зустрічаються:
1. Картографічна проекція растрового зображення карти відома, наприклад: довгота та широта. Для визначення географічних координат точок прив'язки використовуються хвилинна рамка паперового аркуша карти і значення довготи і широти кутів внутрішньої рамки, а також мітки (під мітками розуміється окреслення міжхвилинних і 10-секундних відрізків). Географічні координати визначаються з точністю до цілих секунд або хвилин, в залежності від масштабу паперової карти (рис. 1.1, а).
2. Проекція растрового зображення карти невідома, але відомі координати об'єктів, присутніх на ній. Координати цих об'єктів можуть бути визначені за векторною картою з відомою картографічною проекцією. Для цього обирається проекція тієї карти, звідки взято координати точок прив'язки, і використовуючи векторну карту як опорну, визначити координати контрольних точок і знайти відповідні їм точки на растровому зображенні та визначити їх як опорні для прив'язки (рис. 1.1, б).
3. Проекція растрового зображення карти невідома, невідомі координати точок. Вибирається плоска прямокутна система координат (ПСК), в якій абсциса і ордината визначають положення точки на площині щодо вихідних напрямків (рис. 1.1, в). Основою може служити кілометрова сітка аркуша карти, а вихідними напрямками дві взаємно перпендикулярні лінії (вісь абсцис, вісь ординат).
Рисунок 1.1 – Визначення географічних координат точок прив’язки
Цілочисельні координати визначають мінімальні елементи цифрової карти і характеризують тим самим її просторову роздільність. Якщо на вихідній карті відсутня прямокутна система координат, то ПСК встановлюється довільно, наприклад: початок координат може бути розташовано у лівому нижньому куті рамки карти, абсциса орієнтована по нижній стороні рамки, а ордината – по лівій стороні, або ПСК може бути накреслена на вихідній карті з найбільш зручним розміщенням для користувача. Опорними точками є точки на карті, які можна ідентифікувати та присвоїти координати. Ці координати можуть бути визначені за елементами математичної основи вихідної карти.