Основной_конспект_ГИС_Ламбин

УДК681.518.004:91

Конспект лекцій з дисципліни «Геоінформаційні системи та бази даних» для спеціальності 6.080101 “Землеустрій та кадастр” (російською мовою). – Упорядники: Ламбін М. Є., Ламбін В. М. – Макіївка: ДонНАБА, 2013. – 36 с.

У навчальному виданні стисло викладено курс лекцій навчальної дисципліни. Наведені основні відомості з геоінформаційних систем та їх застосування в землеустрію.

Відповідальний за випуск Лобов М. І., д. т. н, проф. завідуючий кафедрою інженерної геодезії

Рекомендовано до видання методичною комісією будівельного інституту

«____» ____________ 2013 р. Протокол №___ .

Введение

Геоинформационные системы (ГИС) и технологии в последние годы активно внедряются в различные отрасли народного хозяйства, системы управления и образования. Это обусловлено тем, что около 80 % информации современного общества имеет географическую составляющую (координатную привязку к конкретной территории или ее модели - картографическому материалу). Эффективный и оперативный анализ такой информации в условиях все возрастающего ее объема невозможен без использования современных достижений информационных технологий.

Геоинформационные системы позволяют совместить в одной технологической линейке и в одном программном продукте разнородную пространственную (планово-картографическую) информацию в виде растровых и векторных графических слоев с большими массивами символьно-числовой атрибутивной информации в виде баз данных. При этом ГИС включает мощные средства сбора, анализа и преобразования данных, пространственного графического анализа и моделирования, формирования отчетной текстовой документации и печати графических материалов. Все это позволяет автоматизировать основные виды землеустроительных проектных работ, ведение государственного земельного кадастра, а также управление земельными ресурсами на всех уровнях (землепользование, местный, районный, областной, государственный).

1. Общие понятия о геоинформационных системах

Ключевым словом в понятии «геоинформационная система» является термин «информация» (все, что может быть представлено в виде букв, цифр,

звуков и изображений), что подчеркивает прямую связь с информационными технологиями вообще.

Информационные технологи (ИТ) - методы, техники, приемы, средства, системы и теории, которые нацелены на сбор, обработку и использование информации.

Их разновидностью являются геоинформационные технологии. Приставка «гео» обозначает отношение к информации, имеющей пространственную привязку к поверхности Земли или к ее картографическому изображению.

Чтобы понять, почему геоинформационные технологии выделились в последние два десятилетия в самостоятельное и весьма динамично развивающееся направление ИТ, достаточно вспомнить, что около 80 % информации в мире имеет геопространственную привязку.

Примеры: (социально-экономические показатели по административным единицам, заболеваемость населения в разных районах области или города, урожайность сельскохозяйственных культур в разных хозяйствах или на разных полях, выборы по округам и т.д.).

Географическая информационная система (geographic(al) information system, GIS) – или же геоинформационная система (ГИС) - это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных

(пространственных данных).

•ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений(векторных, растровыхииных);

•включает соответствующий задачам набор функциональных возможностей ГИС, вкоторыхреализуютсяоперациигеоинформационныхтехнологий;

•поддерживается программным, аппаратным, информационным, нормативноправовым, кадровымиорганизационнымобеспечением.

Классификация ГИС.

1. По территориальному охвату ГИС различают:

•глобальные, или планетарные;

•субконтинентальные;

•национальные, или государственные;

•региональные;

•субрегиональные;

•локальные, или местные.

2. По предметной области информационного моделирования:

•городские, или муниципальные ГИС;

•природоохранные (экологические) и т.п.;

•транспортные ГИС (автомобильные и железные дороги, трубопроводы, линии ЛЭП и связи);

•земельные информационные системы (ЗИС). ЗИС получили особое наименование, как особо широко распространенные.

Земельно-информационная система (ЗИС) - геоинформационная система земельно-ресурсной и земельно-кадастровой специализации.

3.По проблемной ориентации (определяется решаемыми задачами):

•научными

•прикладные

-инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр),

-анализ,

-оценка,

-мониторинг,

-управление и планирование,

-поддержка принятия решений.

Можно выделить и другие разновидности ГИС - интегрированные

(совмещают функциональные возможности ГИС и других систем, например, цифровой обработки данных дистанционного зондирования), полимасштабные,

или масштабно-независимые ГИС (основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов, обеспечивая графическое или картографическое вопроизведение данных на любом из

геоинформационных систем и соответствующих им программных средств

ГИС. Они включают:

• ввод данных в машинную среду путем их импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью цифрования источников;

•преобразование, или трансформация данных, включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических

проекций, изменение систем координат;

•хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных; картометрические операции (см. картометрия), включая вычисление расстояний между объектами в проекции карты или на эллипсоиде, длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов;

•обработка данных геодезических измерений;

•операции "картографической алгебры" и оверлейные функции для логико-арифметической обработки растрового слоя как единого целого;

•пространственный анализ - группа функций, обеспечивающих анализ размещения, связей и иных пространственных отношений объектов, включая анализ зон видимости/невидимости, анализ соседства, анализ сетей, создание и обработку цифровыхмоделейрельефа, анализобъектоввпределахбуферныхзонидр.;

•пространственное моделирование, или геомоделирование, включая операции, аналогичные используемым в математико-картографическом моделировании и картографическом методе исследования;

•визуализация исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки, включая картографическую визуализацию, проектирование и создание (генерацию) картографических изображений;

•вывод данных (графической, табличной и текстовой документации, в том числе ее тиражирование, документирование, или генерацию отчетов);

•обслуживание процесса принятия решений (средства экспертных систем).

•цифровая обработка изображений (данных дистанционного зондирования).

Сейчас с ГИС неразрывно связано использование данных дистанционного зондирования.

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) - процесс получения информации

оповерхности Земли (и др. космических тел), объектах, расположенных на ней или в ее недрах, дистанционными методами. ДЗЗ проводят с поверхности суши или моря, с воздуха или из космоса в различных зонах электромагнитного спектра. Съемки могут быть пассивными, когда фиксируется собственное или отраженное излучение, и активными, когда снимаемые объекты облучаются, например, радиоволнами при радиолокационной съемке.

В научно-производственной литературе по ГИС часто используется и такой термин, как «геоинформатика».

Геоинформатика - наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию геоинформационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по прикладным аспектам, или ГИСприложениям для практических или научных целей.

Следовательно, ГИС можно рассматривать как систему технических средств, программного и информационного обеспечения и процедур, предназначенную для сбора необходимых пространственных и связанных с ними данных, управления и манипулирования ими, их анализа, моделирования и отображения в целях решения комплекса задач, среди которых — задачи по планированию и управлению.

Основными науками и технологиями, на которых базируется ГИС, являются:

География:

•предлагает пространственный взгляд на любое исследование, имеет длительные традиции пространственного анализа, обеспечивает методы для проведения пространственного анализа;

•получает мощный инструментарий для пространственного анализа и все большее количество необходимых кондиционных данных для решения своих задач.

Картография:

•в настоящее время основным источником входных пространственных данных для ГИС все еще являются карты;

•карты, представляют собой основную форму представления ( визуализации) информации в ГИС;

•компьютерная картография, называемая также «цифровой» или «автоматизированной» картографией, дает методы цифрового описания картографической информации, предлагает модели пространственных данных;

•получает мощное средство и колоссальные наборы данных для создания всевозможных топографических и тематических карт.

Дистанционные исследования и фотограмметрия:

•изображения, полученные с самолетов и космических летательных аппаратов, являются главными источниками вновь получаемых географических данных;

•отдешифрированные данные дистанционного зондирования могут быть легко объединены с другими данными в ГИС;

•все большее количество ГИС имеет для анализа изображений сложные аналитические функции или позволяет использовать их в качестве «подложки».

Геодезия и топография:

•обеспечивают высокоточное задание пространственного положения объектов в ГИС, особенно с использованием таких средств, как GPS и электронные тахеометры;

•обеспечивают высококачественные данные о местоположении границ владений, угодий, зданий, положении дорог, рек и т.п.

•получает мощное средство обработки и представления результатов измерений.

Математика:

•различные отрасли математики, особенно вычислительная геометрия, теория графов, теория баз данных, исследование операций, оптимальное управление и статистика, широко используются в ГИС при проектировании систем, а также анализе и моделировании пространственных данных;

•некоторые разделы математики, особенно вычислительная геометрия, своим развитием обязаны компьютерной графике и ГИС.

Информатика:

•автоматизированное проектирование (САПР) оказало влияние на методы ввода, визуализации и представления данных, особенно для трехмерных объектов;

•достижения компьютерной графики (технические средства и программное обеспечение) используются при обработке и демонстрации графических объектов, заимствуются и методы визуализации, включая средства мультимедиа;

•системы управления базами данных (СУБД) дают методы представления данных в цифровой форме, процедуры создания систем и обработки больших объемов данных, в частности, обеспечение доступа, хранения и обновления;

•искусственный интеллект (ИИ) использует ЭВМ для такого выбора на основе имеющихся данных, который как бы подражает интеллекту человека, принимающего то или иное решение; компьютер может выполнять функции эксперта в таких сферах, как составление карт, генерализация их содержания, принятие управленческих решений;

• развитие ГИС повлекло за собой разработку новых моделей организации информации в информационных системах, одинаково удобной как для пространственных, так и для тематических данных.

ГИС и землеустройство.

Основные области применения ГИС в землеустройстве и кадастре:

-обработка геодезических данных;

-ведение государственного земельного кадастра;

-автоматизация землеустроительного проектирования;

-чертежно-картографические работы;

-обработка данных дистанционного зондирования;

-построение земельно-информационных систем.

2. Виды электронных картографических материалов и особенности их использования в ГИС

Векторный и растровый способы отображения информации в ГИС

- Векторная графика – объекты строятся по координатам узловых (поворотных) точек с использованием правил их соединения и отображения;

- Растровая графика – изображение строится из сетки элементарных точек (пикселей), каждая их которых имеет свой цвет и координаты на экране.

Способы ввода, создания и использования векторных графических данных в ГИС

Векторные графические данные могут водится в ГИС из:

•клавиатуры;

•файла;

•геодезических приборов и GPS;

•путем векторизации растра на экране монитора;

•из дигитайзера;

•как результат обработки других векторных и растровых слоев.

Классификация растровых планово-картографических материалов

Растровые планово-картографические материалы делятся на исходные

(входящие) и выходные (результат).

Исходные:

•сканированные планово-картографические материалы;

•аэрофотоснимки;

•космические снимки.