2620

рических данных. Например, в обычных БД имеются несколько ключевых понятий, используемых практически во всех прикладных базах данных. Это «ограничения целостности», не позволяющие вводить некорректные значения в отдельные поля таблиц и создавать некорректные ссылки между таблицами базы данных. Это «блокировки», запрещающие редактировать отдельные поля или целые таблицы базы данных. И это «транзакции», позволяющие выполнять большие изменения БД, но в случае ошибки во время транзакции «откатывающие» состояние всей БД в состояние до её начала.

Но все эти ограничения целостности, блокировки и транзакции мало применимы для пространственных объектов. Так,

ограничения целостности в ГИС в основном имеют геометрический характер (например, запрещено пересечение линий дорог и рек, т.к. пересечение рек дорогами должно быть только через мост) и их очень сложно описать стандартными средствами СУБД (в виде хранимых процедур на языке SQL). Блокировки в ГИС должны также иметь пространственный характер, например, для обеспечения возможности параллельной работы многих пользователей с одной картой нужно заблокировать некоторый регион этой карты, что приводит к необходимости блокировки целых таблиц в СУБД.

Классические транзакции в теории баз данных называют также ещё короткими транзакциями, чтобы подчеркнуть, что процесс ввода данных в СУБД обычно занимает немного времени. При этом пока выполняется транзакция одним пользователем, работа другого пользователя должна быть заблокирована, чтобы не нарушить целостность базы данных.

В ГИС же требуется выполнять длинные транзакции, в течение которых пользователь может изменять состояние множества взаимосвязанных слоёв карты. При этом в процессе редактирования многие геометрические ограничения целостности могут нарушаться. По окончании ввода данных (для завершения длинной транзакции) пользователь должен привести базу данных (карту) опять в допустимое состояние. Длинная транзакция может выполняться сколько угодно долгое время (дни и даже недели). Очевидно, что во время ввода данных одним пользователем нельзя блокировать всю базу данных от изменений другими пользователями на столько большое время.

Сдругой стороны, возможность хранения геометрии совместно

сатрибутикой в базе данных принесла бы определенные преимущества, но только если бы удалось решить вышеприведенные проблемы.

61

Вконце концов, всё это привело к разработке различных расширений и надстроек над обычными СУБД, позволяющих создавать полноценные пространственные базы данных, удовлетворяющие всем современным требованиям ГИС. Консорциум разработчиков языка SQL ввёл в последний стандарт языка SQL 3 соответствующие разделы, регламентирующие основы работы с пространственными базами данных.

Самым главным достоинством современных пространственных баз данных является то, что в них можно тесно интегри-

ровать геометрию, атрибутику и поведение объектов. Всё это со-

ответствует основным принципам объектно-ориентированного подхода, являющегося сейчас основным при создании любых программных систем.

Внастоящее время наибольшее распространение получили две надстройки над промышленными СУБД, реализующие требования стандарта SQL 3 и тесно интегрированные с ведущими мировыми ГИС. Это ArcSDE (Spatial Database Engine) компании ESRI, Inc (США) и SpatialWare компании MapInfo, Inc (США).

Контрольные вопросы поГЕОИНФОРМАТИКЕ

1.Основы геоинформатики

1.В чем заключается основное отличие ГИС от иных информационныхсистем?

2.Определитепонятия «данные», «информация»и «знания».

3.Дайте определение ГИС.

4.Какие критерии используются при классификации ГИС?

5.В каких областях человеческой деятельности целесообразно применять ГИС?

6.Чтосоставляетпредмет иметод геоинформатики?

7.Является ли геоинформатика составной частью картографии?

8.Какие научные дисциплины и технологии образуют окружение геоинформатики?

9.Какие основные функциональные группы выделяют в технологической схеме обработки данных в ГИС?

10.Какие функции составляют ядро геоинформационных технологий?

11.Опишите структуру ГИС на примере MapInfo Professional.

12.Что такое пространственный объект?

13.Какие бывают модели пространственных данных?

62

14.Что такое ЦММ, ЦМР?

15.В чем заключается разница между топологической и нетопологической моделями данных?

16.Как представляются объекты в растровой модели данных?

17.Какие модели данных используются для моделирования рельефа?

18.Что такое геореляционная модель данных?

19.Что такое геобаза данных и каковы её основные преимущества перед традиционными моделями данных в файловом исполнении?

20.В чем различие векторных и растровых моделей пространственных данных?

21.Каковы недостатки растровых моделей?

22.В чём суть и преимущества векторных моделей данных? 23.Для каких типов задач эффективно использовать TIN модель? 24.Методы хранения и обработки атрибутивной информации в

ГИС.

2. ГИС как основа интеграции пространственных данных и технологий

1.Почему геоинформационные технологии могут служить средой интеграции всех иных технологий, связанных с обработкой пространст- венно-координированныхданных?

2.Какие интеграционные процессы сопровождают современное развитие геоинформатики?

3.Дайте определение геоинформатике как науке, технологии и индустрии?

4.Перечислите источники данных.

5.Расскажите о методах ввода пространственной информации в ГИС.

6.Каковы особенности съемки из космоса?

7.Опишите свойства космических снимков.

8.Какие основные показатели характеризуют космические снимки?

9.Каковы области применения космических радарных снимков?

10.Какие современные виды и методы аэросъёмки применяются для сбора широкого спектра информации об объектах съёмки?

11.Поясните какие методы аэро и космической съёмки относятся к активным и в чём их преимущество?

63

12.Назовите необходимые технологические условия для выполнения цифровой съёмки с использованием ПЗС-линейки?

13.Чем технологически отличается цифровая фотосъёмка с использованием ПЗС-матриц от фотосъёмки с использованием ПЗСлинейки?

14.Какими средствами осуществляется компенсация угловых и линейных сдвигов изображения при современной аэрофотосъёмке?

15.В чём заключается роль спутниковой навигации в повышении качества аэрофотосъёмки?

16.Перечислите преимущества цифровой аэрофотосъёмки перед аналоговой?

17.Какие основные показатели характеризуют космические снимки?

18.В каких сферах деятельности человека применяются в качестве информационных источников космические снимки?

19.Перечислите источники цифровых изображений.

20.Какие две глобальные навигационных системы Вы знаете?

21.Что означает термин «позиционирование»?

22.Понятие об инерциальной навигационной системе.

23.Понятие об интеграции спутниковой и инерциальной навигационных систем.

24.Почему системы спутниковой позиционирования GPS и ГЛОНАСС называются глобальными?

25.Из каких трёх основных сегментов состоит спутниковая навигационная система?

26.В чём заключаются особенности построения функционирования современного космического сектора?

27.Сколько спутников входит в космический сегмент систем ГЛОНАСС и GPS и каково их распределение вокруг Земли?

28.Какие функции осуществляет сегмент управления и контроля систем ГЛОНАСС и GPS?

29.Какие функции выполняет станция слежения за спутниками?

30.Перечислите конечные результаты, которые получает потребитель от использования систем ГЛОНАСС и GPS.

31.Что является технологической основой сектора потребителя?

32.Сколько спутников минимально необходимо наблюдать для определения пространственных координат потребителя?

33.Перечислите основные источники погрешностей, которые влияют на точность определения координат?

64

34.Сущность метода комплекса аэрогеодезических работ на основе лазерной локации (ЛЛ) и цифровой аэро или наземной фотосъёмки

(ЦФ).

35.Что входит в комплект аэрофотосъёмочного оборудования при выполнении комплекса работ по ЛЛ и ЦФ?

36.Какая исходная информация необходима для вычисления пространственных координат точек местности при лазерном сканировании?

37.Что лежит в основе синхронизации лазерного сканирования и цифровой аэрофотосъёмки?

38.Какие параметры необходимо определить для калибровки комплексной аэросъёмочной системы ЛЛ и ЦА?

39.При каких условиях можно получить с необходимой точностью значение координат антенны бортового приёмника GPS?

40.Сущность современной технологии геодезического деформационного мониторинга.

41.Геодезические и геотехнические средства мониторинга деформаций.

42.Преимущества Автоматизированных Систем Мониторинга

(АСМ).

43.Опыт применения АСМ за рубежом и в России.

44.Понятие о 3D Информационных системах.

Примечание: Материалы, которые входят составной частью в курс геоинформатики, посвящённые аэро и космическим съёмкам, лазерной локации, инерциальной и спутниковым навигационным системам, а также геоинфомационному обеспечению городов, изложены автором в учебном пособии «АЭРОГЕОДЕЗИЯ» [3]. Учебное пособие в электронном виде размещено на сайте СибАДИ (кафедра «Геодезия»), а также имеется в бумажном виде на кафедре и библиотеке СибАДИ.

65

Глава 3. ПРОГРАММНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ОРГАНИЗАЦИЯ ДАННЫХ И ИНТЕРФЕЙС ГИС

3.1. Общие понятия о технологии управления автомобильными дорогами

Одной из особенностей дорожной отрасли по сравнению с другими отраслями экономики является то, что её основные сооружения (автомобильные и городские дороги) являются сложными инженерными линейно-протяженными сооружениями с ярко выраженной географической природой. В связи с этим основная техническая доку-

Рис. 22. Жизненный цикл автомобильной дороги и место ГИС, САПР и БД на различных его этапах [2]

ментация по автомобильным дорогам должна представляться графическинакартографическойосновеиливвидеусловныхсхемичертежей.

Всё это предопределяет вид компьютерных технологий, используемых для управления автомобильными дорогами на различных этапах их жизненного цикла [2] (рис. 22). Все этапы цикла дороги между

66

собой связаны логическими и функциональными связями, которые могут иметь и циклический характер.

Среди множества различных видов программных технологий, работающих с графической информацией, в дорожной отрасли наиболее востребованы программные технологии ГИС и САПР. Кроме того, для работы с атрибутивной информацией используются технологии баз данных (БД). На разных этапах жизненного цикла дороги применяются отдельные информационные системы, но чаще всего в сочетании с другими.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) призваны автоматизировать различные этапы проектирования автомобильных дорог, имеют богатые средства для работы с чертежами и схемами элементов дорог, а также позволяют работать с топографическими планами в крупном масштабе. Основной целью работы в САПР является создание проектно-технической документации в виде чертежей, таблиц и ведомостей. Кроме того, САПР используются и на этапе строительства, но в основном только для документирования результатов исполнительной съемки и их передачи в ГИС и БД.

Рис. 23. Варианты западного и северного обходов г. Томска [2] (в обосновании инвестиций маршрута

«Новосибирск – Томск – Мариинск – Шарыпово»)

Геоинформационные системы (ГИС) предназначены для управления большим количеством разномасштабной картографической ин-

67

персональных компьютерах под управлением операционной системы

Microsoft Windows.

Главное окно типичной ГИС состоит из 5 основных частей [2] (рис. 24). В самой верхней части окна размещаются строка меню и панели инструментов, а в нижней – строка статуса для вывода различной текущей информации. В центре окна находится зона для отображения электронной карты. Сбоку (обычно слева, но бывает и справа) располагается легенда карты – список слоёв со списком условных знаков и обозначений, используемых для отображения слоёв.

Легенда слоёв предназначена для получения информации о способе отображения пространственных данных на электронной карте, а также для задания видимости тех или иных наборов данных (стран, рек, озер, городов, градусной сетки на рис. 24). Щелкая мышкой (нажимая левую кнопку мышки) в квадратик слева от названия набора данных, можно включать и выключать видимость слоя на карте.

В связи с тем, что картографическая информация является в первую очередь графической, а не текстовой, основным устройством взаимодействия пользователя с ГИС является мышка, а не клавиатура. Поэтому для ГИС ключевым является понятие режима работы с картой.

Режим работы с картой определяет, каким образом окно электронной карты реагирует на перемещение курсора и нажатие кнопок мышки. Текущий режим обычно выбирают, нажав соответствующую кнопку на панели инструментов [2] (рис. 25).

Рис. 25. Панель инструментов для выбора режима работы карты типичной ГИС на примере IndorGIS 5.0 [2]

Рассмотрим основные режимы работы с картой:

1. Режим получения информации об объектах на карте. В

этом режиме пользователь может выбрать курсором мышки объект на

69

карте, и, после нажатия на кнопку мышки, на экране появится окошко с информацией об указанном объекте (рис. 26).

Рис. 26. Получение информации по выбранному объекту на карте

Рис. 27. Увеличение видимой области карты

2.Режим увеличения изображения. В этом режиме пользова-

тель должен указать мышкой прямоугольную часть видимого изображения карты, которая должна быть увеличена до размера всего окна карты. Для этого пользователь должен щелкнуть кнопкой в одном из углов нового видимого прямоугольника, затем, не отпуская кнопку, переместить курсор в противоположный угол прямоугольника и отпустить кнопку (рис. 27). Если пользователь нажмет и сразу отпустит кнопку мышки на карте, то изображение просто немного увеличится в типичной ГИС на примере IndorGIS 5.0

3.Режим уменьшения изображения. В этом режиме пользова-

тель должен просто нажать кнопку мышки на карте, чтобы изображение немного уменьшилось. Если пользователь выделит некоторый прямоугольник на карте, всё текущее видимое изображение уменьшится и окажется в выделенном прямоугольнике.

4.Режим панорамирования. Этот режим предназначен для перемещения текущей видимой области изображения. Для этого необходимо нажать кнопку мышки на изображении карты и, удерживая её, переместить изображение в требуемом направлении, после чего кноп-

70