5846

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Н.А. Кащенко, А.М. Тарарин, А.В. Чечин

СОЗДАНИЕ ГИС-ПРОЕКТА

Учебно-методическое пособие

по выполнению лабораторных и самостоятельных работ по дисциплине «Геоинформационные системы в экологии и природопользовании»

по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование,

профиль Природопользование

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

3

УДК 004.9 : 528

Кащенко, Н.А., Тарарин А.М., Чечин, А. В. Создание ГИС-проекта [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пособие / Н.А. Кащенко, А.М. Тарарин, А. В. Чечин; Нижегор. гос.

архитектур.- строит. ун - т – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2016. – 60 с .– 1 электрон. опт.

диск (CD-R)

Учебно-методическое пособие разработано с учетом современных подходов к компьютерной обработке геопространственных данных на ЭВМ. Рассмотрена программная среда, методы ввода, обработки, анализа и вывоза геопространственной информации.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по направлению подготовки 05.03.06

Экология и природопользование, профиль Природопользование, по дисциплине Геоинформационные системы в экологии и природопользовании.

©Н.А. Кащенко, А.М. Тарарин, А.В. Чечин, 2016

©ННГАСУ, 2016.

4

СОДЕРЖАНИЕ

2.5 Проверка и редактирование векторной основы карты…………………...19

3.Создание точечных объектов по их координатам…………………………….22

5

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены для студентов четвертого курса направления 020800.62 «Природопользование» для работы на практических занятиях по дисциплине «Геоинформационные системы».

Приведенные материалы могут быть также использованы студентами других специальностей для изучения операций с данными в ГИС MapInfo Professional.

Количество накапливаемой информации постоянно увеличивается,

появилась возможность учесть и проанализировать большее число известных факторов, оказывающих влияние на объект или процесс, а также выявить новые, на первый взгляд, неочевидные. Для анализа большого объема пространственных данных лучше всего использовать геоинформационные системы. Как известно, географическая информационная система

(геоинформационная система, ГИС) – это информационная система, оперирующая пространственными (координатно-определенными) данными и обеспечивающая технологический процесс их сбора (регистрации), хранения, обработки,

визуализации (в том числе в виде карт), обмена, распространения и использования в прикладных целях.

Пространственные данные – это цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах,

пространственных и непространственных атрибутах (характеристик). Обычно состоят из двух взаимосвязанных частей: позиционных данных и непозиционных данных – описания пространственного положения и тематического содержания данных, тополого-геометрических и атрибутивных данных (геометрии и семантики, графики и семантики) [2]. Важными характеристиками пространственных данных являются их актуальность,

полнота и достоверность.

6

Создание ГИС-проекта осуществляется в три этапа:

1.Ввод данных.

2.Обработка и анализ данных.

3.Представление данных.

Этап ввода данных в ГИС является очень важным и, как правило,

наиболее трудоемким. Ввод данных – это процедура, связанная с кодированием данных в компьютерно-читаемую форму и их записью в базу данных ГИС.

Можно выделить три этапа ввода данных:

1)сбор данных;

2)редактирование и очистка данных;

3)географическое кодирование данных.

Последние два этапа называются также предобработкой данных.

Существует несколько способов ввода данных в ГИС. Первый способ - ввод с помощью клавиатуры. Используется, главным образом, для атрибутивных данных. Второй способ – сканирование картографических изображений. Следующий способ ввода - оцифровка (векторизация). При этом можно выделить три вида векторизации: 1) ручная оцифровка бумажной карты с помощью дигитайзера; 2) ручная оцифровка карты в растровом представлении непосредственно в инструментальной ГИС; 3) автоматическая векторизация карты в растровом представлении в специализированном программном обеспечении. Кроме того, есть еще один способ ввода данных в ГИС – ввод существующих цифровых наборов данных. Использование существующих цифровых наборов данных является, как правило, наиболее эффективным способом заполнения ГИС.

7

1 СКАНИРОВАНИЕ И ОБРАБОТКА РАСТРА В ГРАФИЧЕСКОМ РЕДАКТОРЕ

1.1 Сканирование

Сканирование – аналого-цифровое преобразование изображения в цифровую растровую форму с помощью сканера [2]. При сканировании картографических материалов могут применяться три типа сканеров:

планшетные, барабанные и протяжные (роликовые) [14]. Наиболее распространенны планшетные сканеры формата А4 и А3. Для больших форматов используются протяжные сканеры. Сканеры протяжного типа

(роликовые сканеры) отличаются большим форматом и могут иметь ширину сканируемой области до 965 мм (формат А0), а длина практически не ограничена и лимитируется мощностями компьютера.

Полотно картографического материала должно быть разглажено, и не иметь складок и зазоров. Перед сканированием на планшетных сканерах необходимо произвести «Предпросмотр» (Preview). При сканировании задаются следующие основные параметры:

1)область сканирования;

2)разрешение;

3)цветность.

Область сканирования задается таким образом, чтобы полностью охватить картографическое изображение и математическую основу карты. В

тоже время, область сканирования должна быть минимальна, от этого зависит время сканирования и размер полученного в результате растрового файла. В

некоторых случаях лучше захватить легенду, чтобы потом можно было легче прочитать карту.

Разрешение сканирования, как правило, задается 200 – 300 dpi. Dots per inch (dpi) – это величина, характеризующая оптическое разрешение сканера,

показывающая, сколько точек будет считано с одного дюйма изображения.

8

Как правило, программа управления сканером позволяет выбрать один из трех основных режимов сканирования:

–текст;

–серые тона (greyscale);

–полноцветный (true color).

Для сканирования картографических изображений в зависимости от их цветности необходимо использовать два последних режима.

Пикселы изображений Greyscale задаются с помощью одного целого числа. Однако, это число определяет уровень яркости конкретного пиксела (как правило, в диапазоне от 0 до 255 или от 0 до 63). Все пикселы таких изображений являются монохромными (серыми).

Визображениях Ttrue color каждый пиксел задается тремя целыми числами, которые определяют представление цвета пиксела в какой-либо колориметрической системе. Наиболее часто используется система RGB (Red, Green, Blue), в которой цвет пиксела определяется с помощью относительной яркости красного, зеленого и синего цвета.

Врезультате сканирования получается растр. Растр (raster) – это средство цифрового представления изображений в виде прямоугольной матрицы элементов изображения – пикселов, образующих основу растрового представления изображений или пространственных объектов [2]. Каждая ячейка (пиксел) содержит значение атрибута и координаты местоположения. В

отличие от векторной структуры, которая хранит точные координаты,

растровые координаты отражают порядок матрицы. Группы ячеек (пикселов) с

одинаковым значением атрибута представляют географические объекты.

Пиксел (pixel) – элемент изображения, наименьшая из его составляющих,

получаемая в результате дискретизации изображения (разбиение на далее не делимые элементы – дискреты, ячейки или точки растра); характеризуется одинаковой яркостью (цветом), прямоугольной формой и размерами,

определяющими пространственное разрешение (разрешающую способность)

изображения. На практике не используют размер пикселей, а задают две других

9

величины: размер изображения и его разрешение. Разрешение растрового изображения – это плотность размещения пикселей, формирующих изображение, то есть количество пикселей на заданном отрезке [14]. Как правило, разрешение выражается в пикселах на дюйм (2,54 см). Например, 250

пикселов на 1 дюйм или ≈ 10 пикселов на 1 мм.

Для представления каждого пиксела в черно-белом изображении достаточного одного бита. Чтобы представить более шестнадцати миллионов цветов, информация о каждом пикселе графического изображения должна занимать 4 байта, что в 32 раза больше, чем для монохромного изображения.

Растры хранятся в определенных форматах графических файлов (GIF, JPG, TIFF, BMP, PCX и др.). Формат отражает функциональные предназначения графических изображений, а также различные способы сжатия графической информации. Файлы растровых изображений могут иметь большой объем. В случае, когда не требуется переноса изображений с одного компьютера на другой, это не имеет большого значения. В WEB-

картографировании, например, – главное, добиться высокой скорости передачи данных, что требует минимизации размера файла. В таком случае изображения сжимаются за счет потери некоторой части информации. Это приводит к различным искажениям, снижающим качество изображения.

В полиграфии наиболее распространенным форматом является TIF (TIFF). Максимальное число битов, которыми описывается один пиксел изображения в формате TIFF, составляет 24. Это позволяет закодировать до

16 777 216 цветов. Важное свойство формата TIFF – использование сжатия данных. Алгоритм сжатия LZW (метод Лемпела-Зива-Уолша) позволяет сжимать данные без потерь, но может применяться и сжатие с потерями

(например, алгоритм JPG). Сжатие данных позволяет значительно снизить размер файла. Особенно сильно это проявляется с изображениями,

содержащими большие однотонные пространства. Растровые изображения картографических материалов рекомендуется сохранять в формате TIF (TIFF), тип компрессии – LZW, остальные параметры по умолчанию. В тоже

10

время необходимо учитывать, что алгоритм LZW защищен патентом, и фирмы разработчики графических программ вынуждены оплачивать его использование в своих разработках. Поэтому не все программы могут сохранять файлы со сжатием и правильно читать их.

1.2 Обработка растра в графическом редакторе Adobe Photoshop

После сканирования растр необходимо подготовить для интеграции в ГИС, для этого используют графический редактор. Одним из самых популярных графических редакторов является Adobe Photoshop, который позволяет производить широкий спектр операций с большим объемом данных.

Наиболее часто используются следующие операции:

1)выравнивание – поворот растра;

2)«усечение» (обрезание).

С растровым изображением лучше всего работать, когда оно ориентировано на север, поэтому после сканирования требуется повернуть растр на соответствующий угол. Adobe Photoshop позволяет осуществить поворот растра на 180°, 90° по часовой стрелке, 90° против часовой стрелки и на произвольный угол. Для этого следует выбрать соответствующую строчку в меню Изображение / Поворот холста. Если требуется выровнять изображение поворотом на небольшой угол, значение которого не определяется глазомерно,

следует воспользоваться инструментом «Мера» (Measure Tool), который располагается на панели «Инструменты». В том случае, если данная пиктограмма скрыта, то необходимо кликнуть правой кнопкой мыши на пиктограмме инструмента «Пипетка», при этом появится изображение инструмента «Мера», которое выбирается левой кнопкой мыши. Инструментом

«Мера» необходимо наметить вертикальную или горизонтальную линию,

проходящую через весь растр, опираясь на прямоугольную сетку координат или рамки картографического изображения. Далее выполняется команда