Лаб.робота №1_методичні вказівки

Створення векторної цифрової моделі місцевості у програмному середовищі ГІС MapInfo: методичні рекомендації до лабораторної роботи з дисципліни «Геоінформаційні системи і бази даних » для студентів спеціальності базового напрямку 193 «Геодезія та землеустрій» / Укл.: З.О.Кузик – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2020. – 16 с.

2

Загальні відомості

Географічні інформаційні системи — це проблемно-орієнтована обчислювальна інтерактивна система обробки просторово-розподіленої інформації, яка складається із засобів збирання, перетворення, зберігання та подання картографічної інформації з метою прийняття управлінських рішень.

Геоінформаційні системи зберігають інформацію про реальний світ у вигляді набору тематичних шарів, котрі об’єднані на основі географічного положення. За допомогою ГІС необхідна для прийняття рішень інформація може відображатися у лаконічній картографічній формі з додатковими текстовими поясненнями, графіками та діаграмами у вигляді цифрових моделей місцевості.

Одним із завдань та особливостей ГІС є здатність зв’язувати картографічні об’єкти, що мають форму та місцезнаходження, з їх описовою та атрибутивною інформацією, яка зберігається у базі геоданих. Зазвичай, кожному картографічному об’єкту відповідає один запис у базі геоданих.

Найважливіші властивості ГІС:

-візуалізація інформації у вигляді електронних цифрових карт;

-автоматична зміна зображеного образу об’єкта залежно від зміни його характеристик;

-зміна масштабу та деталізація або генералізація картографічної інформації;

-можливість моделювання об’єктів та прогнозування змін у часі та просторі.

Одним із видів геоінформаційної системи є цифрова топографічна карта, складена й відтворена за допомогою електронних засобів у прийнятій системі координат, умовних позначень, за єдиним принципом класифікації та кодування картографічних об’єктів.

Цифрову топографічну карту розглядають як цифрову модель місцевості, у якій зберігаються взаємне розташування та форма об’єктів у просторі. Саме зв’язок графічного зображення об’єктів на карті з комп’ютерною базою даних надав можливість еволюціонувати функціям карти, перетворивши їх на геоінформаційну модель. Такі моделі нині застосовуються в багатьох галузях практичної діяльності людини і допомагають розв’язувати цілком конкретні практичні завдання.

MapInfo Professional – це настільна багатофункціональна геоінформаційна система, яка володіє програмними модулями для збору, візуалізації, опрацювання та аналізу картографічних даних, які зберігаються в інтегрованій базі даних, із врахуванням просторових зв’язків між об’єктами.

Сфери застосування ГІС MapInfo: картографія, земельний, лісовий кадастр

ікадастр нерухомості, містобудування та архітектура, телекомунікації, видобуток і транспортування нафти і газу, електричні мережі, екологія, геологія

ігеофізика, залізничний і автомобільний транспорт, банківська справа, освіта, управління тощо.

Інструментальні засоби ГІС MapInfo дозволяють створювати цифрові топографічні карти за методом класифікації та пошарової організації даних.

Класифікаційна система ґрунтується на основі класифікації об’єктів за

3

певними ознаками чи характеристиками. Можливими методами кодування даних є: скорочення текстових термінів, цілочисельна десяткова, символьна і змішана чисельно-буквенна ідентифікація (мнемонічний код). Теоретично цифрова карта не має масштабу, тобто об’єкти зображуються в дійсних розмірах, а масштабувавння зображення ведеться засобами комп’ютера.

Способи подання даних у MapInfo: карта, список (атрибутивна таблиця); легенда, звіт, графік і тематичні карти.

Векторну топографічну модель у ГІС MapInfo можливо створити на основі зареєстрованого растрового зображення, яке використовується як підкладка у процесі збору даних. Картографічну систему координат обирають із широкого каталогу запропонованих в середовищі ГІС. Растрово-векторне перетворення здійснює модуль дігіталізації. Базу даних топографічної карти формують за принципом прийнятої класифікації об’єктів. База геоданих представлена у вигляді атрибутивних таблиць («Список») з відповідними іменами: РЕЛЬЄФ, ГІДРОГРАФІЯ, ДОРОЖНА МЕРЕЖА, НАСЕЛЕНІ ПУНКТИ, РОСЛИННІСТЬ тощо, які візуалізують поміщену у них інформацію у графічних файлах

(«Карта»).

Кожна таблиця представляє собою набір файлів:

*.TAB – файл, який містить інформацію про структуру даних таблиці; *.DAT – файл, який містить традиційні табличні дані;

*.MAP – файл, який містить інформацію про графічні об’єкти;

*.ID – файл, який містить список вказівників (індексів) на графічні об’єкти, що дозволяє МapInfo швидко знаходити об’єкти на карті.

Мета роботи – вивчення методики створення та редагування цифрової топографічної карти в програмному середовищі ГІС MapInfo.

I.Вхідні дані. Необхідне програмне забезпечення та матеріали

1.Персональий комп’ютер.

2.Інструментальна ГІС MapInfo.

3. Растрова топографічна карта М 1:10 000. Індивідуальні варіанти – франгменти топографічного плану із зображенням ділянки площею 1000 м2 у рамках координатної сітки.

4.Умовні картографічні знаки.

5.Робочий зошит, МS Office.

II. Мета і завдання роботи

Мета роботи – вивчення методики і технології створення, редагування, можливостей аналізу та експлуатації векторної топографічної моделі програмними засобами ГІС MapInfo.

Лабораторна робота запланована робочою програмою з дисципліни «Геоінформаційні системи та бази даних» для студентів 1-го (бакалаврського) рівня вищої освіти спеціальності 193 «Геодезія та землеустрій».

Завдання складається з двох частин – роботи в лабораторії та домашнього завдання. Лабораторна робота передбачає знання студентами основ геодезії, геоінформатики, топографії.

4

Результати навчання передбачають: вміння студентами запропонувати алгоритм реалізації поставленого завдання, організовувати графічноатрибутивну базу геоданих за принципом класифікації та кодування об’єктів у середовищі ГІС, здійснювати картографічну прив’язку, виконувати растрововекторне перетворення, застосовувати бібліотеку умовних знаків для відображення площинних, лінійних і точкових об’єктів, здійснювати вимірювання об’єктів та визначати взаємовідношення між ними за допомогою аналітичних функцій ГІС, виконувати вибірки об’єктів за запитами.

Завдання лабораторної роботи відповідає програмним вимогам та забезпечує такі компетентності: використання сучасних інформаційних технологій та інноваційних підходів в геоінформатиці та проектуванні баз геопросторових даних; здатність продемонструвати знання та розуміння наукових і математичних принципів, що лежать в основі геодезії та землеустрою; здатність самостійно здійснювати класифікацію, пошарову організацію та управління даними, застосовувати методи порівняльного аналізу та формалізації під час комп’ютерної візуалізації та моделювання територій.

III. Зміст та обсяг роботи

Лабораторна робота носить комплексний характер і передбачає заняття в комп’ютерному класі та виконання домашнього завдання. Загалом на виконання лабораторної роботи відведено 8 годин: 6 годин - на лабораторну роботу та 2 години на домашнє завдання.

Домашнє завдання включає самостійну підготовку студентів - вивчення теорії, методики і технології створення векторних топографічних моделей, оволодіння програмними модулями ГІС MapInfo для реалізації мети і завдань лабораторної роботи та написання звіту за результатами виконання роботи.

Нижче запропонована методика виконання роботи.

Методика створення векторної топографічної моделі

упрограмному середовищі ГІС MapInfo

1.Прив’язка (реєстрація) растрового зображення.

2.Класифікація топографічних об’єктів.

3.Створення структури атрибутивних таблиць бази даних і додавання їх до карти.

4.Вибір умовних знаків та нанесення графічних об’єктів різної локалізації картометричним методом (векторизація по растру).

5.Управління картографічними шарами.

6.Введення атрибутивної інформації в таблиці. Застосування аналітичних функцій для визначення метрики об’єктів.

7.Редагування карти.

8.Візуалізація векторної топографічної моделі та легенди.

5

Контрольні запитання

1.Назвіть основні завдання та функції геоінформаційних систем.

2.Яка відмінність між растровими і векторними картами?

3.Назвіть типи файлів та формати даних, які підтримуються у ГІС MapInfo.

4.Який спосіб збору картографічних даних для утворення векторної карти в середовищі MapInfo?

5.За яким принципом сформована база даних у MapInfo?

6.Як відбувається візуалізація бази даних?

7.Які види локалізації умовних знаків ви знаєте?

8.Приведіть технологічну схему створення векторних топографічних карт у середовищі ГІС MapInfo.

9.Які інші задачі можна розв’язати за допомогою ГІС MapInfo? 10.Порівняйте ГІС MapInfo з іншими настільними ГІС.

IV. Інструкція до виконання роботи

Методика виконання комплексної лабораторної роботи передбачає поетапне виконання декількох процесів у такій послідовності.

1. Прив’язка або реєстрація растрового зображення

Растр - зображення, побудоване з окремих регулярно розташованих елементів (пікселів) різного кольору та яскравості. У більшості ГІС-програмах передбачена можливість редагування та реєстрації растрового зображення, тобто прив’язки його до певної картографічної проекції і системи координат. Для реєстрації растрового зображення необхідно знати прямокутні координати щонайменше чотирьох опорних точок, розташованих по краях зображення та визначених у деякій системі координат - місцевій топографічній, державній геодезичній, умовній тощо. Для виконання роботи додається відомість координат та абрис розташування опорних точок або ж знімають геодезичні координати точок із рамки трапеції топографічної карти. Якщо з деяких причин неможливо встановити координат точок із зарамкового оформлення карти, то будуємо цифрову векторну топографічну модель в умовній прямокутній геодезичній системі координат, прийнявши за початок відліку нижню ліву точку координатної сітки. Відповідно, з урахуванням масштабу вхідної карти, розрахуємо прямокутні координати X, Y для усіх 4-ьох (або більше) точок, які розташовані на перетинах ліній координатної сітки.

Реєстрації растра у ГІС MapInfo виконується наступним чином:

1.Із топографічної карти визначаємо координати мінімум 4-ьох точок, які

розташовані по краях растра на перетині сітки координат.

Вибираємо растр (фрагмент відсканованої топографічної карти) Файл → Открыть. Командою Регистрировать заходимо у діалогове вікно «Регистация изображения», у нижній частині якого показане вихідне растрове зображення.

6

2.Задаємо проекцію растрового зображення, натиснувши кнопку Проекция, із запропонованого списку вибираємо План-схема. Одиниці вимірювання

– метри.

3.Вказуємо курсором на першу точку на растрі. У діалоговому вікні «Редагувати контрольну точку» вводимо з клавіатури координати першої точки.

4.Присвоюємо послідовно координати усім контрольним точкам. Масштаб

відображення зображення у вікні перегляду змінюють кнопками «+» і «-».

5.Процес реєстрації растра вважається закінченим, якщо точність («погрешность») реєстрації становить менше 10 пікселів.

Удеяких випадках необхідно змінити контрастність та яскравість зображення. Для цього виконують команди Таблица – Растр – Подстройка

изображения.

Рис.1. Послідовність реєстрації растрового зображення

7

2. Класифікація топографічних об’єктів

Геоінформаційне топографічне картографування здійснюється за принципом класифікації топографічних об’єктів за тематичною ознакою. Класифікатор топографічної інформації призначений для використання в автоматизованих системах обробки топографічної інформації і служить для формалізованого представлення даних про елементи і об’єкти місцевості, які відображаються на топографічних планах і картах. Згідно розробленої єдиної системи класифікації та кодування (ЄСКК) прийнято такий розподіл картографічної інформації: рельєф та об’єкти рельєфу; гідрографія та гідротехнічні споруди; населені пункти, промислові, сільськогосподарські та соціально-культурні об’єкти, дорожна мережа і дорожні споруди, рослинність та грунти, комунікації та ін. У ГІС MapInfo реалізовано принцип пошарової організації даних, тобто кожному набору картографічних елементів відповідає одна атрибутивна таблиця. Під час створення картографічної моделі такі інформаційні шари відображають почергово, окремо або в сукупності.

3. Створення атрибутивних таблиць і додавання їх до карти. Векторизація по растру.

Виконавши реєстрацію растра, приступають до векторизації об’єктів та пошарової організації бази даних, яка у ГІС MapInfo існує у вигляді атрибутивних таблиць. Згідно з класифікаційною системою топографічної інформації, створимо такі атрибутивні таблиці як РЕЛЬЄФ, ГІДРОГРАФІЯ, ДОРОЖНА МЕРЕЖА, НАСЕЛЕНИЙ ПУНКТ, РОСЛИННІСТЬ.

Зупинемось детально на прикладі створення одного із картографічних шарів – РЕЛЬЄФ. Послідовність дій наступна:

1.Відкрити нову таблицю: Файл→Нова таблиця.

2.Добавити до карти (рис.2)

Рис.2. Вікно створення нової таблиці

8

3.У вікні «Создать структуру таблицы» задаємо структуру таблиці, яка міститиме три поля з різнми типами даних: 1-ше поле - Номер (тип даних – цілі); 2-е поле – Висота (тип – десяткове, кількість знаків – це кількість цифр у значенні висоти та розділовий знак, наприклад, для числа 122. 50 слід обрати кількість знаків – 6, після коми -2), 3-є поле – Тип горизонталі (тип даних – символьний або текстовий, кількість символів – це кількість букв у слові, наприклад для слова «основна» - 7, «потовщена» - 9 і т.д.). Кожне поле робимо індексованим: індекс , це сприятиме швидшому пошуку об’єктів цифрової карти (рис.3).

Рис. 3. Вікно створення структури таблиці

4.Зберегти таблицю з ім’ям «РЕЛЬЄФ».

5.Далі приступають до вектризації контурів, тобто криволінійних контурів горизонталей. На електронній панелі Пенал вибрати інструмент полілінія (рис. 4) та оцифрувати першу горизонталь.

Рис4. Панель інструментів для векторизації контурів

6.У меню налаштувань обирають «стиль лінії»: Настройки → Стиль лінії (рис. 5), а з бібліотеки умовних знаків - стиль лінії, колір і товщину горизонталі (рис. 6):

9

7. Відкрити пусту таблицю РЕЛЬЄФ за допомогою головного меню:

Окно → Новий список.

У вікні РЕЛЬЄФ СПИСОК відмітити рядок і вписати висоту першої оцифрованої горизонталі (рис. 7 зліва).

8.У вікні «РЕЛЬЄФ.КАРТА» послідовно оцифрувати всі наступні горизонталі, записуючи значення висот у таблиці -вікно «РЕЛЬЄФ.СПИСОК» (рис. 7)

Рис.7 Атрибутивна таблиця (зліва) і векторизовані горизонталі (справа

9. Зберегти таблицю:

Файл → Сохранить таблицу.

10. Згладити горизонталі, послідовно виділяючи кожну горизонталь:

Объекты → Сгладить углы.

Повернутись до вихідного вигляду об'єкта можна за допомогою команди Отменить або виконавши команду Объекты → обнажить угли. Команди Сгладить углы і Обнажыть углы застосовуються тільки для поліліній.

Виконавши операції 1-10, одержимо карту горизонталей, або двовимірне зображення цифрової моделі рельєфу.

Аналогічно до створення картографічного шару РЕЛЬЄФ, шляхом відкривання нових таблиць та додавання їх до карти (п.п.1-2), створюють наступні картографічні шари: ГІДРОГРАФІЯ, ДОРОЖНА МЕРЕЖА,

БУДИНКИ, РОСЛИННІСТЬ та ін.

10