GOSy_po_vsemu_vnutr
.pdfпоисковые системы и систем доступа к ним, они включали совокупность разной сложности запросов, средств их формирования и логических выводов.
-Конец 60-70гг характеризуется интенсивным развитием ИС. Еще в 1972г появились архивы данных на перфакартах с краевыми перфорациями. В Мире толчком к использованию ИС послужила активизация работ в области мониторинга почвенного покрова, а также необходимость широкого обобщения накопленных данных и совершенствование классификации почв. Для этих задач необходим большой объем данных. На международном конгрессе почвоведов, который проводился в 1974г. в Москве была организована МРГ (Международная рабочая группа) по почвенным ИС. Цель использовать имеющиеся достижения.
-В России в 1973г. в АН СССР организовано отделение информатики и вычислительной техники. Необходимо было сделать оперативный доступ широкого круга лиц. Начало развитие информатики связано с Почвенным институтом. К 1974г. уже функционировала АИПС подзол, но это была больше файловая система, чем БД(база данных), поэтому была начата разработка структуры данных и унифицированной системы классификации и кодирования АИПС ПОЧВА(для всех почв страны), параллельно разрабатывалась ИПС по Черноземам Армении, которая должна была стать основой для республиканской АИПС. При разработке возникла проблема в отсутствии СУБД, поэтому почвенным институтом была разработан СУБД АРФА. К 1980г.была разработана система классификации и кодирования почвенных данных, которая была рекомендована к внедрению координационным советом. Так же был выпущен 5-ти томный труд, где учтены почвенные показатели и методы их определения; переведены классификаторы значений, даны формы ввода в ЭВМ. На этой языковой основе была разработана система (АИПС) ПОЧВА. Позже публикуется специальное Методическое руководство по описанию почв в системе информационной базы классификации почв. В соответствии с предложенной структурой описания была создана информационная система МЕРОН (АСК), в которую включены описания структуры классификации и отдельных типов почв.
-В начале 80-х началось внедрение экспертных систем, и автоматизированную систему классификации почв (МЕРОН), предполагалось развивать как экспертную систему. Однако, широкого распространения эти системы не получили в силу отсутствия доступных программ, сложности построения баз знаний и отсутствие школы инженеров знаний.
-В начале 90-гг в институте функционирует несколько инф. систем и отдельных БД по отраслям: плодородие, мелиорация, охрана почв от деградации, методы. С конца 80-хх гг появление ГИС(картографические и традиционная атрибутивная БД). Были дорогие и сложные для пользователя. В Почвенном институте начали разрабатывать ГИС с использованием программного комплекса EPPL7 и оболочки, созданной В.Б. Вагнером LESSA. На ее основе был создан первый банк карт и атрибутивной БД к ним. Был создан почвенно-экологический атлас, который представляет собой ГИС. В 1995г. институт приобрел программное обеспечение (ARC/INFO) и топооснову-америк. Навигационную карту(масштаб 1:1М) была выполнена оцифровка почвенной и ландшафтной карты России в масштабе 1:2,5-1-я ГИС федерального уровня. Атрибутивные базы к ним пополняются. Там есть зональные почвы, СПП, гран. состав ген.гориз., рельеф, гр. Субъектов РФ, инфраструктра и демор. данные. База картограф.данных включает разнообраз. карты с атр. информацией и без. на ряд субъектов РФ и администр. районов собрана официальная инфор. Госкомзема-за много лет.картографич. базы института зарег. в межд. Сети Grid ЮНЕП. Также проводилась формализация классификации почв и внедрение в
классификацию мат. методов. Многие методы кластер-анализа получили применение к формализации описания СПП.
Важным итогом работы стала интеграция отечественной классификации почв в почвенную базу данных ЕС. Установлена корреляция нашей классификации с Мировой справочной базой по почвенным ресурсам с классификации почв ФАО. Пареллельно с этими исследования проводится оцифровка карт. В ходе проведенных исследований создана ГИС, которая постоянно пополняется, туда входят разномасштабные карты, картосхемы. В последнее время внедряется ГИС в сельскохозяйственные отрасли. С 2006г. Минсельхоз вела работы по созданию системы дистанц. Мониторинга земель с/х. назначения. Система включает федеральную и региональные ГИС, построенные по иерархическому принципу.Основана на картах (1:4 000 000 до 1:100 000) и данные ДДЗ. Вроде сейчас эта система не работает, но развитие ГИС, применительно к с/х. ведется.
Вопрос 8:Почвенно-географические информационные системы.
ИС – это специализированный программный продукт (комплекс программ). ИС ПГБД РФ является программным средством и интернет-ресурсом, предназначенным для формализованного сбора данных по почвенным профилям в автономном и оперативном режимах. ИС позволяет осуществить подгрузку заполненных данных в интернет-ресурс и провести экспертную оценку достоверности и решение о включении в базу данных. В оперативном режиме (интернет-клиент) возможна корректировка (модификация) введенных данных с помощью интерфейса полностью аналогичного автономному по внешнему виду и набору классификаторов. Информация о географических координатах почвенных профилей в ИС позволяет отобразить их на картах России (почвенной М 1:2500000, административной, почвенно-экологического районирования), содержащихся в ИС ПГБД в векторном виде. Поисковая форма позволяет отбирать профили и образцы (горизонты) по любому из почвенных показателей соответственно профиля и горизонта. Результаты поиска могут быть отображены на картах или выгружены по запросу в формате “csv” для расчетов. ИС работает в среде Windows и рассчитана на пользователей-почвоведов.
Отрасли народного хозяйства, в которых может быть применена разработка: Биологические, Географические, Педагогические, Сельскохозяйственные. Отрасли науки, в которых может быть применена разработка: Биологические науки, Науки о Земле(географические), Науки о Земле (геолого-минералогические), Педагогические науки, Сельскохозяйственные науки.
Для России soil-bd на настоящий момент является единственной системой. В мире же есть много, как международных (GlobalSoilMap), так национальных
(TheAustralianSoilResourceInformationSystem(Австралия), TheNationalSoilDataBase (Канада) ).
Вопрос 9:CD “Land Resources of Russia”.
На диске содержится информация по земельным ресурсам страны.
Цель создания: обеспечения данными по землям РФ, как отечественных пользователей: учёных, политиков…, так и зарубежных коллег. Производство диска было инициирован и поддерживается Российским комитетом системного анализа РАН и лесным проектом IIASA (Международный институт прикладного системного анализа, Австрия). Исходные данные были разработаны IIASA, который финансировал проект.
Основные авторы: Столбовой Владимир (научный координатор), МакКаллум, Ян (дизайнер, ГИСсистемы). Руководящий комитет: Котлякв, Заварзин. Данные на диске формировались исходя из 4 принципов: полноты, сложность, согласованность и однородность.
Три основные темы диска:социоэкономика: статистика и инфраструктура (фиксируется 2 периода: 1987-1993 и с 1998 по настоящее время); природные условия (климат, гидрология, вечная мерзлота, рельеф, литология, растительность, почвы, биоразнообразие, экосистемы и др.); земельные ресурсы: землепользование, сельское хозяйство, использование лесов, продуктивность земель, опустынивание и деградация земель (земля рассматривается как с экономической, так и экологической точки зрения). Эти три темы разбиты на подтемы, и каждая имеет карты с БД. Есть ссылки на доп. материалы. Все данные с диска можно скачивать. БД хранятся в виде dbf. Они могут быть импортированы в различные пакеты баз данных, включая MicrosoftExcel и Access, а также различных пакетов ГИС. Есть как векторные, так и растровые данные, но первых больше. Отдельный файл Winzip был создан для каждой темы.
Вопрос 10: Почвенно-географическая база данных России – ПГБД. Основа и предпосылки создания Почвенно-географической базы данных.
ПГБД– это проект общества почвоведов им. Докучаева.С помощью программы Soil-DB (это программа локального ввода данных) специалист вводит первичную почвенную информацию, через интернет происходит отправка введенных данных на центральный сервер Системы, где формируется ПГБД России. Результатом работы локальной программы явл.структурированное описание почвенного профиля. Важной составляющей данного проекта является открытость базы данных для широкого круга пользователей. Собранная и систематизированная информация о почвенном покрове России будет доступна для всех специалистов, работающих в этой области.
Основа для создания ПГБД России: 1) Большое количество данных на бумажных носителях (это опубликованные и архивные фондовые материалы по почвенным разрезам, почвенные и другие тематические карты различных масштабов на территорию всей страны и отдельных регионов); 2) Цифровые данные (почвенные информационные системы и базы данных, почвенные и другие тематические карты).
Предпосылки создания:важнойпредпосылкой служит отечественный опыт использования информационных технологий, создания почвенных баз данных и цифровых карт. Это работы по почвенной информатике Почвенного ин-та им.В.В. Докучаева (с конца 1970-х гг. работы В.А. Рожкова), цифровые карты и БД других научных организаций, CD-ROM “Земельные ресурсы России ” – созданный РАН и IIASA (Международный ин-т прикладного системного анализа, Австрия), В.С. Столбовой и McCallum (2002 г.).
Цели и задачи проекта:Приоритетные задачи: 1) Инвентаризация почвенных ресурсов, 2) Методическое обоснование мониторинга состояния и мероприятий по рациональному использованию почвенных ресурсов, 3) Обоснование системы для принятия управленческих решений. Все это решается на основе применения информационных технологий. Целью создания Почвенно-географической базы данных России является обеспечение научнотехнической основы государственной стратегии устойчивого рационального землепользования, мониторинга состояния почвенного покрова, охраны почв, формирования государственных стандартов качества и систем сертификации почв.
Функциональные возможности Информационной системы на основе ПГБД.ИС ПГБД РФ является программным средством и интернет-ресурсом, предназначенным для формализованного сбора данных по почвенным профилям. Она позволяет осуществлять: 1) Сбор данных по почвенным профилям (есть для этого атрибутивный блок: вводится вся имеющаяся информация о разрезе, его классификационное положение, горизонты, можно загрузить авторские фотографии разреза и т.д.), 2) Корректировку и экспертную оценку введенных данных (можно сохранить, изменить, дополнить, удалить информацию), 3) Отображать введенные профили на карте (для этого есть картографический блок: это географические координаты профилей, карты РФ, карты интернет-серверов), 4) Возможно подключение «на лету» пространственных и атрибутивных данных от интернет-серверов (таких как Росреестр, Яндекс.Карты и т.п.). Информация о географических координатах почвенных профилей в ИС позволяет отобразить их на картах России (почвенной М 1:2500000, административной, почвенноэкологического районирования), содержащихся в ИС ПГБД в векторном виде. Еще ИС ПГБД позволяет формировать поисковый запрос (например, нужно найти разрезы с содержанием гумуса от…до…%). Результаты поиска м.б. выгружены или отображены на карте. Еще позволяет производить вычислительные операции для пространственных объектов (например, хотим узнать высоту над ур.моря для разреза или может вычислить площадь, которую занимает чернозем).
Вопрос 11: Единый государственный реестр почвенных ресурсов России (2014).
Создавалась как полная, унифицированная, цифровая инвентаризация почв России. Принимали участие Почвенный ин-т и фак-т Почвоведения. Утверждена Минсельхозом. Целью введения Единого государственного реестра почвенных ресурсов (далее ЕГРПР) является упорядочение почвенной нормативно-правовой основы регулирования комплекса земельных отношений для повышения эффективности их использования и охраны, совершенствования механизма платности землепользования, стабилизации бюджетных доходов регионов, совершенствования государственной кадастровой оценки земель и пр. В качестве базовой принята цифровая Почвенная карта РСФСР Фридланда М 1: 2 500 000. Почему именно она? Она принята Обществом почвоведов в качестве базового док-та на территорию страны, она единственная создана по единой методике и на основе общей легенды. ЕГРПР организована на принципах построения ГИС. Разрез имеет координаты, у почвы есть семантическая (название почвы, показатели физ., хим.св, вещественного состава и др.) характеристика и геометрическая (включает разнообразие пространственных форм, таких как полигоны, линии, точки). То есть семантическая часть связана с геометрической – описание и характеристики почв связаны с полигонами (контурами) почвенной карты, с точками заложения этих разрезов.
Вопрос 12: Основы теории баз данных. Принципы построения реляционных почвенно-атрибутивных баз данных.
База данных (БД) — именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.
Реляционная СУБД – система управления реляционными базами данных, ориентированная на реализацию систем операционной обработки данных с помощью алгебры. Реляционные модели (от англ. relation - «отношение», «зависимость») характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением (в виде двумерных таблиц). Понятие «реляционный» касательно СУБД появилось благодаря работам английского специалиста Эдгара Кодда.
Этапы проектирования БД:
-определяем объект (то, о чем нужно хранить инфу, в нашем случае - почвы);
-выбираем атрибуты (необходимые описательные характеристики – свойства почвы), т.е. определение перечня данных, которые достаточно полно отражают информационные потребности потенциальных пользователей в конкретной предметной области;
-установление связей с другими объектами (исключение связей «многие ко многим», преобразование связей в однонаправленные), т.е. строим модель предметной области – перечня сведений об объектах предметной области, которые необходимо хранить в базах данных, и связях между ними.
Принципы построения БД:
1.Высокое быстродействие (малое время отклика на запрос).
2.Простота обновления данных.
3.Независимость данных.
4.Совместное использование данных многими пользователями.
5.Безопасность данных - защита данных от нарушения секретности, искажения или разрушения.
6.Стандартизация построения и эксплуатации БД (фактически СУБД).
7.Адекватность отображения данных соответствующей предметной области.
8.Возможность расширения круга решаемых задач.
9.Удобный интерфейс пользователя.
Реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает свойствами:
-каждый элемент таблицыодин элемент данных;
-все ячейки в столбце таблицы однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный);
-каждый столбец имеет уникальное имя;
-одинаковые строки в таблице отсутствуют;
-порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.
Вопрос 13: Распределенные базы данных.
Распределенная база данных — это совокупностьлогически взаимосвязанных баз данных (набор файлов), распределенных в компьютерной сети, вместе составляют единую совокупность данных.
Распределенная БД может объединять базы данных, поддерживающие любые модели (иерархические, сетевые, реляционные и объектно-ориентированные базы данных) в рамках
единой глобальной схемы. Подобная конфигурация должна обеспечивать для всех приложений прозрачный доступ к любым данным независимо от их местоположения и формата.
Основные принципы создания распределенных баз данных:
§прозрачность расположения данных для пользователя (иначе говоря, для пользователя распределенная база данных должна представляться и выглядеть точно так же, как и нераспределенная);
§изолированность пользователей друг от друга (пользователь должен "не чувствовать", "не видеть" работу других пользователей в тот момент, когда он изменяет, обновляет, удаляет данные);
§синхронизация и согласованность (непротиворечивость) состояния данных в любой момент времени.
Вопрос 14: Проблемы гармонизации и информационного обмена почвенными данными.
-разные классификации
-разный вид описания профилей, почвенных образцов, разные единицы измерения в хим. анализам (иногда вообще не указаны)
-нет единой общепринятой схемы, подхода к сбору почвенной информации, т.е. необходимо унифицировать данные
Вопрос 15: Понятие пространственных данных.
Пространственные данные- цифровая информация о пространственных объектах, включающая сведения об их местоположении (координаты) и свойствах (атрибуты – тематическое содержание данных, например, название, характеристика почв и т.д.).Пространственные данные вместе с их семантическим окружением составляют основу баз данных (БД).
Современные ГИС имеют в своей основе поддержку СУБД (система управления БД), а СУБД, в свою очередь, работают с пространственными данными.
Типы пространственных данных: для представления пространственных данных в ГИС применяют векторные(представление пространственных объектов в виде набора координатных пар (векторов), описывающих геометрию объектов: точка, линия, полигон) и растровыеструктуры данных (представление данных в виде двухмерной сетки, каждая ячейка которой содержит только одно значение, характеризующее объект, соответствующий ячейке растра на местности или на изображении: код объекта (лес, луг и т.д.),высота, оптическая плотность). Соответственно, существуют векторные* и растровые** модели данных.
*«спагетти»- модель (нет описания отношений между объектами), топологические модели (есть характеристики взаимного расположения объектов);
**используют для хранения исходных изображений местности. Во втором случае, для хранения тематических слоев, когда пользователей интересуют не отдельные пространственные объекты, а
набор точек пространства, имеющих различные характеристики (высотные отметки или глубины, влажность почв и т.д.), для оперативного анализа или визуализации.
Дополнительно: природа пространственных и атрибутивных данных различна, соответственно различны и методы манипулирования (хранения, ввода, редактирования, поиска и анализа). Одна из основных идей, воплощенных в традиционных ГИС - это сохранение связи между пространственными и атрибутивными данными, при раздельном их хранении и, частично, раздельной обработке.
Вопрос 16: Представление географическими переменными границ земельных участков, почвенных контуров, точечных обследований.
Для определения границ земельных участков, почвенных контуров, а также точечные обследования можно осуществлять с помощью GPS-координат, привязывая объект на местности.Эти координаты можно внести в таблицу и подгрузить в гис-программу (точки обследования выведутся на экран). Зная координаты и данные исследования (которые также вносятся в программу в виде атрибутов) можно получить полигон (почвенный контур или контур границ участка) со всем набором необходимой информации.
Существует БД – Росреестр, где хранится инфа о границах земельных участков.
Вопрос 17: Понятие мультиполигонов.
Мультиполигон используются для создания сложных полигонов. Простые полигоны создаются с помощью одной замкнутой, подразумевается область, а не замкнутая линия. Более сложная область (внешняя граница состоит из нескольких соединенных линий или область состоит из нескольких разобщенных частей или имеет отверстия) требует использования отношения мультиполигон. Смотри картинку ниже
Вопрос 18: Представление почвенных комбинаций.
Дополнительно: элементарные почвенные ареалы, сменяя друг друга, образуют почвенные комбинации (ПК), которые и характеризуют СПП конкретной территории.
Различают шесть почвенных комбинаций:
Данные при описании комплексов: почвенные контуры 1,3 содержат комплексы. В итоге карта из 4 контуров представлена 6 контурами с наложением и весовыми коэффициентами. Это схема представления почвенного контура с комплексами в виде слоев с весом.
Вопрос 19: Работа с пространственными данными. Операции объединения, обрезки и пересечения географических объектов.
Пространственные данные и их типы:смотри вопрос № 15
Суть работы с ПД: пространственные операции используют геометрические функции для получения пространственных данных в качестве входных, анализируют их и создают выходные данные. Таким образом, на месте изменяемого объекта создается новый графический объект(ы). Изменяемый объект и шаблон должны быть либо оба площадными объектами (областями, прямоугольниками, скругленными прямоугольниками или эллипсами), либо оба – линейными объектами (линиями, ломаными или дугами). Нельзя комбинировать область с ломаной линией. Концепция изменяемого объекта позволяет не только создавать новые графические объекты, но и определять правила, по которым формируются (обобщаются или разобщаются) значения данных, сопоставляемых новому объекту(ам).
Объединение данных. Если объектам, участвующим в операции редактирования, соответствуют какие-либо данные, то можно задать правило вычисления значений аналогичных данных. Определение таких правил называется объединением данных исходных объектов. Можно задать разные методы обобщения. При комбинировании объектов можно использовать следующие методы объединения данных:
•сумма – значения величин, соответствующих исходным объектам, складываются, и сумма сопоставляется полученному новому объекту;
•среднее – вычисляется среднее значение для исходных объектов;
•взвешенное среднее – разные значения для исходных объектов умножаются на различные коэффициенты (веса). Веса можно брать из любого числового поля таблицы или вычислять географически (то есть веса будут основаны на соотношении площадей комбинируемых объектов);
•значение – новому объекту сопоставляется указанное значение;
•без изменений – новому объекту присваивается значение, соответствовавшее изменяемому объекту. При разбиении или вырезании фрагментов объектов на карте можно использовать следующие методы разобщения данных:
•пусто – удаляет значение, которое соответствовало изменяемому объекту;
•значение – сохраняет значение, которое соответствовало изменяемому объекту;
Обрезка данных. Позволяет разбить изменяемый объект на более мелкие объекты, используя некоторый шаблон (например, с помощью этой команды можно разбить большую территорию на составляющие части или выделить необходимую территорию, чтобы избавится от лишней информации).
Пересечение данных. При этом выполняются две следующие операции:
-географически пересекаются выбранные объекты. Новый объект представляет собой географическое объединение всех исходных объектов.
-создается единый объект и выполняется обобщение данных, атрибутивная информация нескольких объектов объединяется в одну таблицу.
Вопрос 20: Понятие осколочных полигонов.
При векторизации растра, нарушении правил Кодда (например, сопоставлении кадастровых и административных границ) могут возникать ошибки – «осколочные полигоны». Осколочные полигоны могут возникать в ходе извлечения, когда случайно создаются маленькие, узкие полигоны при перекрытии существующих объектов.
Осколочный полигон определяется такими факторами, как коэффициент тонкости и площадь полигона. Если полигон меньше заданного значения и коэффициента тонкости, он считается осколочным. Так же небольшие осколочные полигоны и пробелы между полигонами обычно возникают при создании полигонов без использования замыкания или при редактировании
общих границы без топологии. Осколочные полигоны и пробелы не дают сформировать непрерывное покрытие, поэтому их необходимо найти и исправить.
Вопрос 21: Операции с атрибутами при обработке географических объектов.
Атрибутивные данные служат для описания векторных объектов и находятся в атрибутивных таблицах (каждое поле в атрибутивной таблице содержит определенный тип данных – текстовый, числовой или временной). Необходимо внимательно продумывать список атрибутов для объектов, чтобы достаточно полно отразить информационные потребности потенциальных пользователей в конкретной предметной области.
Операции: сочетание геометрии и атрибутов для описания объектов в ГИС-приложении открывает множество возможностей. Например, мы можем использовать атрибутивные значения для применения определенных цветов и стилей к объектам, отображаемым в ГИС-приложении. Процесс настройки цветов и стилей отображения называется присвоением условных обозначений. Градуированная шкала применяется, когда пользователю нужно показать четкие различия между объектами, находящимися в различных диапазонах атрибутивных значений.Атрибутивные данные также бывают полезны для создания подписей к объектам. Большинство ГИС-приложений имеют функцию расстановки подписей для каждого объекта таким образом, что текст подписи берется из атрибутивной записи объекта. Атрибутивные данные также