3706

УДК 681.3

Евдокимова, С.А. Информационные технологии в ландшафтном проектировании [Текст] : методические указания к изучению дисциплины и выполнению контрольной работы для студентов заочного обучения специальности 250203 – Садово-парковое и ландшафтное строительство / С. А. Евдокимова ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО "ВГЛТА". – Воронеж,

2011. – 28 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ВГЛТА (протокол № от 2010 г.)

Рецензент начальник отделения ФГУП НИИЭТ, канд. техн. наук В.П. Крюков

3

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Внастоящее время тенденции развития информационных технологий, появление высокопроизводительных персональных компьютеров, создание большого количества графических программ различного направления способствуют внедрению компьютеров и информационных технологий в практическую работу ландшафтного архитектора и дизайнера.

Информационные технологии – это совокупность методов и способов получения, обработки, представления информации, направленных на изменение ее состояния, свойств, формы, содержания и осуществляемых в интересах пользователя.

Цель информационной технологии — производство информации для ее анализа человеком и принятия на ее основе решения по выполнению какоголибо действия.

Информационные технологии предназначены для снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов.

Ландшафтное проектирование связано с получением, обработкой, анализом и выполнением большого количества графической информации, к которой относятся: фотоматериалы, схемы, планировки, чертежи и другие виды графических материалов.

Основными направлениями использования информационных технологий

вландшафтном проектировании являются:

создание электронных планов проектов ландшафтного и садовопаркового строительства;

формирование цифровых моделей рельефа и местности;

формирование атрибутивных характеристик насаждений и объектов ландшафтной архитектуры в реляционные базы данных, их привязка к объектам, представленным в виде электронных планов;

построение запросов и получение с их помощью метрических и атрибутивных характеристик объектов электронных планов;

эскизное проектирование с использованием средств трехмерного моделирования;

составление смет проектов садово-паркового и ландшафтного строительства.

Решение перечисленных задач ландшафтного проектирования достигается использованием геоинформационных систем и систем автоматизированного проектирования.

4

1.1. Географические информационные системы

Географическая информационная система (ГИС) – это особый аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных.

Геоинформационные системы представляют собой сочетание обычных баз данных (атрибутивной информации) с электронными картами (или другими картографическими произведениями), то есть мощными графическими средствами. ГИС объединяют традиционные операции при работе с базами данных – запрос и статистический анализ – с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эта особенность дает уникальные возможности для применения ГИС в решении широкого спектра задач, связанных с анализом явлений и событий, прогнозированием их вероятных последствий, планированием стратегических решений.

В ГИС преодолеваются основные недостатки обычных карт и планов – их статичность и ограниченная емкость как носителя информации. ГИС обеспечивает управление визуализацией информации. Появляется возможность выводить (на экран, на твердую копию) только те объекты или их множества, которые интересуют в данный момент. Фактически осуществляется переход от сложных комплексных карт к серии взаимоувязанных частных карт. При этом улучшается структурированность информации, а, следовательно, повышается эффективность ее обработки и анализа.

К главным функциям ГИС относятся:

ввод, обработка, поиск, оценка и осмысление пространственных данных, представляемых в цифровой форме;

определение состава и тематического содержания пространственной информации, необходимой для решения поставленной задачи, в сочетании с вопросами определения системы координат, в которой создается основа базы данных, структуры и модели данных, методов и средств цифрования и хранения данных, оценки их точности и достоверности;

анализ пространственных данных: анализ взаимосвязей процессов и явлений в природе средствами преобразования и совмещения в пространстве информации разного типа (оверлея), генерализация картографических, аэрокосмических и статистических данных, интерактивное дешифрование снимков;

5

представление пространственных данных (электронные карты и атласы, преобразованные снимки, таблицы, анимационные модели и т.п.);

создание выходной продукции на основе выполненного анализа данных и средств компьютерной графики.

Составляющими геоинформационных систем являются: аппаратные средства, программное обеспечение и данные. Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации.

Структура данных геоинформационных систем представляется как набор информационных слоев. Информационный слой – это совокупность пространственных объектов, относящихся к одному типу или классу объектов в пределах некоторой территории, в системе координат, общей для набора слоев. Например, базовый слой содержит данные о рельефе, затем следуют слои гидрографии, дорожной сети, населенных пунктов, почв, растительного покрова, распространения загрязняющих веществ и т.д. Условно эти слои можно рассматривать в виде "этажерки", на каждой полочке которой хранится карта или цифровая информация по определенной теме.

Многослойная электронная карта в ГИС позволяет не только хранить большой объем пространственной информации, но и проводить селекцию данных, анализировать слои по отдельности или совместно в разных комбинациях, выполнять их взаимное наложение (оверлей), осуществлять визуализацию и повышать эффективность интерактивной обработки.

Все данные в ГИС делятся на две взаимосвязанные составляющие –

позиционные и атрибутивные (семантические) данные.

Позиционная информация описывает положение объектов (и их пространственную форму) в координатах двух- и трехмерного пространства – географических ( , ) или декартовых (x, y, z).

Основой визуального представления позиционных данных в геоинформационных системах является графическая среда, в которой объекты нумеруются и каждому объекту присваивается уникальный номер или идентификатор. Для графического представления объектов в ГИС используются векторные и растровые модели изображения.

Векторная модель – это цифровое представление пространственных объектов с помощью координат, описывающих геометрию объекта и его пространственное размещение.

6

Растровая модель – это цифровое представление пространственных объектов и их непрерывных изменений в виде совокупности ячеек заданного размера (пикселей).

Качественные и количественные характеристики объектов, их семантика относятся к непозиционной информации, называемой атрибутивной, и представляются в текстовом или числовом виде.

Атрибут – это свойство, качественный или количественный признак, характеризующий пространственный объект (но не связанный с его указанием) и ассоциированный с его уникальным номером. Например, дорога может иметь название и относиться к определенному классу – грунтовая, шоссе; горизонталь описываться высотой и т.д.

Атрибуты, соответствующие тематической форме данных и определяющие различные признаки объектов, хранятся в таблицах. Каждому объекту соответствует строка таблицы, каждому тематическому признаку – столбец таблицы. Каждая клетка таблицы отражает значение определенного признака для данного объекта.

Для упорядочения, хранения и манипулирования атрибутивными данными используются средства систем управления базами данных, как правило, реляционного типа.

Объекты в БД объединяют в группы по типам – они имеют одинаковую форму хранения и представления, например дороги, реки, насаждения. Тем самым обеспечивается основа для формирования общих атрибутов типов.

Применение атрибутов позволяет осуществлять анализ объектов базы данных с использованием стандартных форм запросов и разного рода фильтров, а также выражений математической логики.

Таким образом, совокупность взаимосвязанных пространственных и семантических данных в ГИС образуют картографические базы данных какойлибо территории.

1.2. Правила построения запросов в системах управления базами данных реляционного типа

Реляционная база данных – это конечный (ограниченный) набор двумерных таблиц. Таблицы используются для представления объектов и связей между ними. Каждая таблица имеет уникальное имя и состоит из строк и столбцов, где строки называются записями, а столбцы – полями. Каждая строка в таблице представляет некоторый объект реального мира или соотношения

7

между объектами, а столбец – свойства объекта, его атрибуты. Каждому имени поля ставится в соответствие множество допустимых значений (или определяется некоторый базовый тип данных, к которому относятся значения полей).

Таблица базы данных должна обладать следующими свойствами:

каждое поле записи имеет единственное значение, а не состоит из группы значений. Это не позволяет заменить значение поля другой таблицей, что привело бы к сетевой или иерархической модели данных;

отсутствуют одинаковые записи; порядок следования полей и записей не имеет значения.

Например, таблица Садовые_растения, состоит из следующих полей:

Код_типа, Русское_название, Размеры_высота, Отношение_к_свету, Морозостойкость, Окраска_цветов, Начало_плодоношения (таблица 1).

8

Продолжение табл. 1

Втаблице Садовые_растения поле Код_типа имеет целый тип данных, поле Размеры_высота – вещественный, остальные – символьный. Таблица содержит ряд строк – записей, где каждая запись представляет одно растение, и поэтому в данной таблице все строки различны.

Втаблице может быть одно или несколько полей, которые однозначно идентифицируют запись таблицы, называемые ключевыми полями (или потенциальными ключами). В таблице Садовые_растения ключевым полем является поле Код_типа, которое имеет уникальное, неповторяющееся значение для каждой записи.

Добавим в базу данных таблицу Насаждения (таблица 2), каждая строка которой связана с географическим объектом на плане.

9

Записи этой таблицы составлены из полей ID и Код_типа целого типа данных. Поле ID является потенциальным ключом, а поле Код_типа – внешним.

Внешний ключ – это набор полей одной таблицы, являющийся потенциальным ключом другой таблицы. Причем имена полей внешнего ключа не обязательно должны иметь те же имена, что и ключевые поля, которым они соответствуют.

Наличие связи между потенциальными и внешними ключами обеспечивает взаимосвязь записей определенных таблиц, которая тем самым способствует удержанию базы данных в состоянии, позволяющем рассматривать ее как единое целое.

Реляционная схема рассматриваемой базы данных представлена на рисунке 1.

Отношение_к_свету

Морозостойкость

Цветы_окраска

Начало_ плодоношения

Рис. 1. Реляционная схема базы данных

Связь между таблицами Садовые растения и Насаждения относится к типу один-ко-многим, которая означает, что одной записи главной таблицы Садовые растения соответствует несколько записей подчиненной таблицы

Насаждения.

Приведенная информация о связи двух таблиц используется следующим образом. Например, чтобы определить объект, у которого поле ID=5, следует просмотреть таблицу Насаждения и увидеть, что он имеет Код_ типа=1004. Из таблицы Садовые_растения можно найти, что объекту с данным кодом соответствует название "Роза "Лагерфойер" и другие характеристики.

При работе с базой данных пользователь может искать данные по различным критериям, формулируя критерии отбора.

10

Задание на поиск в базе данных объектов, удовлетворяющих определенным условиям, называется запросом.

С помощью инструментов построения запросов к таблицам базы данных можно:

создавать вычисляемые поля (вычисляемое поле – это поле, значение которого вычисляется на основании графического объекта или значений уже существующих полей);

выполнять отбор записей «по шаблону» (если известны значения полей, по которым осуществляется запрос);

объединять данные из нескольких таблиц в одну новую таблицу с отображением выборочных столбцов и строк.

Для построения условий отбора используются логические выражения, которые могут содержать операторы сравнения и логические операторы.

К операторам сравнения относятся:

LIKE – позволяет построить условие сравнения по шаблону, где символ "_" указывает единичный неопределенный символ в строке, "%" – любое их количество. Формат оператора:

<колонка> LIKE <шаблон>

Слева от оператора сравнения ставится имя поля, а справа – требуемое значение данного поля. В запросах для записи колонки используется составное имя: вначале указывается название таблицы, а затем имя колонки через точку. Например, Садовые_растения.Русское_название. В случае использования двух и более таблиц составное имя колонки обязательно, при использовании одной таблицы – название таблицы можно пропустить.

Например, для таблицы Садовые_растения:

найти записи, у которых название начинается со слова Роза. Условием будет:

Русское_название Like "Роза%"

В результат запроса попадут: Роза "Анна Кокер", Роза "Заильбург", Роза "Королева Элизабет", Роза "Лагерфойер", Роза Чайно-гибридная "Александра" и Роза Чайно-гибридная "Леди Икс";

отобрать все записи, которые содержат название дерева, начинающееся с буквы К: