Основной_конспект_ГИС_Ламбин

5. Функциональные возможности ГИС

5.1. Вводсуществующих пространственных данныхвГИС.

Предоставляютсяразличныевозможностивводаисходныхданныхпокоординатам,

измеренным значениям углов (внутренние/внешние или дирекционные углы) и

расстояний.

Более эффективным является импорт графических объектов из других приложений (изтекстовыхфайловкаталоговкоординат, табличныхданныхжурналовгеодезических измерений, из систем автоматизированного проектирования или обработки геодезических измерений, а также импорт из накопителей данных электронных геодезическихинструментов).

5.2. ВводатрибутивныхданныхвГИС.

Включаетнепосредственное заполнение полей внутренней базы данных, созданной приформированиислояэлектроннойкарты, атакжеимпортданныхихимеющихсяБД черезсвязьпоключевымполям.

Разновидностью такого ввода является геокодирование – автоматическое или полуавтоматическое формирование точечных объектов из табличных данных , содержащих координаты точек (например, центроиды земельных участков или административно-территориальныхединиц).

5.3.Первичнаяобработкапространственныхданных(геометрическаякоррекция, трансформациявдругуюсистемукоординат).

Данные инструменты необходимы для конвертирования векторных объектов их однойсистемыкоординатвдругую(СК-42 вСК-63 иливместную), сдвигакоординатв пределах одной системы (например, переход от 7-значных к 6-значным координатам СК-63).

Векторнаятрансформациявозможнасиспользованиемпроективныхметодов(через формулы проекций), аффинного преобразования (включает 4 действия – масштабирование, поворот, параллельныйсдвигискос) иметодомрезиновоголиста(в основном для сканированных карт и планов, имеющих нерегулярные смещения за счет деформациибумаги).

Возможнытакжезеркальноеотражение, поворотвокругцентраилилюбойзаданной точки, пропорциональное увеличение или уменьшение до заданной площади и другие преобразования.

5.4.Создание иредактированиепространственныхобъектоввГИС(точечных, линейныхиполигональных). Особенностисозданияиредактированияполигональных объектов.

Создание точечных, линейных и полигональных объектов является базовой возможностьюГИС. Взависимостиотпроизводителейиверсийвозможнытеилииные возможности при выполнении этих операций: различные режимы совмещения узлов,

проведения и примыкания линий (параллельно выбранному объекту на заданном расстоянии, перпендикулярно, под определенным углом, примыкание к концу или серединелинииит.п.), автотрассировки.

Важным для землеустроительных задач является наличие таких инструментов, как построение точек (узлов) с использованием линейных и угловых засечек, углов и длин линий, путем приращения координат, пересечения линий. При создании планов застроенных территорий важна ортогонализация полигонов для формирования планов зданий с прямыми углами. А создание параметрической кривой при помощи инструмента «Дуга» становится необходимым при разбивке кривых автодорог, пешеходныхдорожекит.д.

Совмещение и генерализация позволяет устанавливать режим, когда совмещаются узлыразныхобъектовилиудаляютсяузлыодногообъекта, расположенныеблизкодруг к другу. В этом случае возможно также удаление избыточных полигонов, имеющих площадьменьше, чемзаданная(параметрМаксимальнаяплощадь).

5.5. Объединениеиразрезаниеобъектов.

Данныефункцииважныдлятакихзадач, какобъединениедвухземельныхучастков в один, или наоборот – разделения участка на несколько других. Разновидностью этих методовявляетсясозданиеполигоновизпересекающихсяобластей, атакже«вырезание дырок» вполигонах(созданиеостровов).

При объединении и разрезании объектов одновременно с изменением пространственных (графических) объектов изменяются и присущие им атрибутивные данные(путемкопированиязначенийилиихпропорциональногоизменения).

5.6. Картометрическиеоперации(измерениянакарте).

К элементарным операциям относится определение координат, углов, расстояний, длины линейных, а также площади и периметра полигональных объектов. Измерения могутпроводиться какнаплоскости, такиэллипсоиде.

Крометого, сюдаможноотнестиипроизводныеизмерения– определениеобъемов, превышений, различных относительных показателей и коэффициентов, характеризующих пространственные свойства и особенности размещения объектов(расчлененностьтерритории, извилистостьруслаит.п.)

5.7. Созданиебуферныхзонипространственныйанализ.

Пространственный анализ - группа функций, обеспечивающих анализ размещения, связей и иных пространственных отношений пространственных объектов, включая анализ близости, зон видимости/невидимости, анализ соседства, анализ сетей, создание и обработку цифровых моделей рельефа, анализ объектов в пределах буферных зон и др.

Анализ близости - пространственно-аналитическая операция, основанная на поиске двух ближайших точек среди заданного их множества и используемая в различных алгоритмах пространственного анализа. Включает поиск ближайшего соседа одной из точек заданного множества или вновь предъявляемой точки (задачи интерполяции и автоматической классификации)

ииспользуется для генерации полигонов Тиссена и построения триангуляции Делоне.

Буферная зона (буфер) - полигональный слой, образованный путем расчета

ипостроения эквидистант, или эквидистантных линий, равноудаленных относительно множества точечных, линейных или полигональных пространственных объектов. Операция "буферизации" (buffering) используется, например, для целей выделения 200-мильной экономической зоны побережья, 100-метровой полосы отчуждения транспортной магистрали, создания прибрежных защитных полос и т.п. Буферная зона полигонального объекта может строиться вовне и внутри полигона; если расстоянию между объектами и эквидистантами ставятся в соответствие значения одного из его атрибутов, говорят о "буферизации" со "взвешиванием".

5.8.Работасбазойданных

ГИС включает основные возможности работы с атрибутивной информацией в базе данных(поиск, сортировка, SQL-запросы, изменениеструктурыБД, обновлениеполей, объединение нескольких БД, арифметические и картографические функции, статистический анализ, а также отображение данных БД в виде диаграмм и графиков). Важным является и возможность доступа к удаленным базам данных через

ODBS.

ГИС могут работать «напрямую» с такими мощными СУБД , как Oracle Spatial, Informix, Sybase, MS SQL Server и др. Современные ГИС обеспечивают возможность работыисмощнымигеобазамиданных посредствомиспользованиякартографических серверовданных.

5.9. Импорт– экспортданных.

Данная процедура необходима из-за наличия ГИС различных производителей, каждой из которых присущи свои форматы данных. Кроме того, практически все ГИС поддерживают импорт-экспорт в стандартные форматы систем автоматизированного проектирования (САПР) – DXF-DWG (AutoCAD), DGN (Mikrostation), а также в универсальныйвекторныйформатWMF.

5.10. Компоновкаивыводкартнапечать.

Компоновка карты – размещение картографического изображения, названия карты, легенды, врезок и др. данных внутри рамок карты, на ее полях или в пределах листа. Компоновка определяет, какие данные будут использоваться для вывода, и как они будут размещаться и отображаться. Компоновка карты может содержать окна карты, таблицы, диаграммы, импортированную графику, графические примитивы (гербы городов, логотипы, фотографии и пр.) и текстовые объекты. Компоновка также содержит вспомогательные объекты, такие как легенды, масштабные линейки, стрелки направлениянасеверидр.

Инструментарий формирования компоновки обеспечивает вывод стандартной графики и операции, присущие обычным современным чертежным пакетам

(использование инструментов рисования, включая точки, линии, полигоны, прямоугольники, окружности, гибкое выравнивание объектов, порядок размещения объектовналоженныхдругнадругаидр.).

КомпоновкавГИС является динамической, потомучто онапозволяетвыводитьна экран (и печать) графические элементы в их актуальном состоянии (когда для графики задана динамическая связь, то в компоновке будет показано ее текущее состояние. Например, если данные в Виде изменяются, то компоновка автоматически отображаетэтиизменения).

Одниитежеданныемогутбытьотображеныврядеразличныхкомпоновок(каждая компоновкаявляетсяновымспособомпредставленияданных).

Компоновкуможно распечатать или экспортировать в ряде форматов (векторных и растровых) дляприменениясдругимипакетамипрограмм.

5.11. Районирование(зонированние).

Процесс районирования состоит в объединении объектов на карте в большие регионы или территории для обобщения данных по этим территориям. При этом создается тематическая карта методом индивидуальных значений, в которой тематической переменной является название территории. На этой карте цветами

обозначены различные территории (районы). Специальное окно показывает данные о районахвтабличнойформе.

Районирование дает возможность выполнения наглядного анализа типа "что если…" для оптимизации территориального планирования и решения задач, иногда называемых“балансировкой(выравниванием) территорий”.

Районирование используется для решения различных задач, таких как создание и анализ территорий сбыта, избирательных округов, территорий обслуживаемых подразделениями аварийной службы, маршрутов доставки, анализа распределения ресурсов и т.д. Районирование особенно полезно при большом разбросе значений данных, когда необходимо оценить различные сценарии разделения. Районирование можно применять для создания новых территориальных единиц или для перепланированиясуществующегоделения.

5.12. Сетевойанализ.

Анализ сетей (сетевой анализ) - группа пространственно-аналитических операций, имеющих цель исследование топологических и геометрических свойств линейных пространственных объектов (линий), образующих древовидные или циклические сети

(гидрографическаясеть, сети тальвегов или водоразделов, сетикоммуникацийи т.п.),

соответствующиеграфам, какправило, планарным.

Сетевой анализ основан на алгоритмах теории графов и обычно включает поиск наикратчайшего пути (выбор оптимального маршрута) между узлами линейной сети, то есть между вершинами соответствующего графа, расчет маршрута движения с минимальными издержками, решение задачи коммивояжера, размещения ресурсов в маркетинговых приложениях, для диспетчеризации процессов (на трубопроводах,

линияхсвязи) ит.п.

5.13. Созданиеианализмоделейповерхностей.

Поверхности представляют собой непрерывное поле Z-значений с бесконечным числом точек, поэтому ГИС используют апроксимизированые модели (растровые и TIN-модели). И те, и другие имеют свои преимущества и недостатки. В ГИС используются оба метода в зависимости от задач, характера имеющихся данных и необходимых возможностей анализа.

Растровая (или GRID) модель представляет поверхности в виде регулярной сетки равномерно распределенных Z-значений (высота над уровнем моря, глубина, концентрация вещества в воде или воздухе и т.д.). Значения Z- показателя для любой точки рассчитываются путем интерполяции. Разрешение сетки (размер ячеек) определяет точность растрового представления.

Имеют широкий набор функций для анализа, доступно много данных о рельефе в этом формате, применим для мелкомасштабного моделирования и анализа. Недостатком является то, что критические места непрерывности (гребни, впадины, бровки) передаются недостаточно хорошо, а точные координаты таких элементов как вершины, теряются при дискретизации растров.

TIN-модели представляют поверхности в виде совокупности смежных, не перекрывающихся треугольных граней. TIN (аббревиатура от Triangulated Irregular Network) – нерегулярная триангуляционная сеть неравносторонних треугольников, соответствующая триангуляции Делоне и используемая в качестве модели данных при конструировании цифровой модели рельефа, представляя его набором высотных отметок в узлах сети, и заменяя его, тем самым, многогранной поверхностью.

Преимущества – в сохранении точного местоположения и формы пространственных объектов поверхности. При этом модель поверхности строится по переменной плотности точек. В местах со спокойным рельефом можно обходиться минимумом точек, а на участках резких изменений – использовать большее их количество для точного отражения поверхности. Позволяет с высокой точностью проводить вычисление высот, уклонов и экспозиций склонов, расчет объемов и создание профилей по линии. Недостатком является сложность получения точных исходных данных в достаточном количестве. Применяется в основном для крупномасштабного моделирования, где важны точность позиций и форм пространственных объектов.

Анализ видимости/невидимости - одна из операций обработки цифровых моделей рельефа, обеспечивающая оценку поверхности с точки зрения видимости или невидимости отдельных ее частей путем выделения зон и построения карт видимости/невидимости с некоторой точки обзора или множества точек, заданных их положением в пространстве (источников или приемников излучений). Анализ видимости/невидимости основан и может быть ограничен оценкой взаимной видимости двух точек.

Анализ видимости/невидимости связан с оценкой влияния рельефа (в особенности горного) или городской застройки на величину зоны устойчивого радиоприема (радиовидимости) при проектировании радио- и телевещательных станций, радиорелейных сетей и систем мобильной радиосвязи, а также с

аналогичными задачами оценок в видимом диапазоне электромагнитного спектра, например для оценки маскировочных свойств рельефа местности в оборонных целях или для проектирования сети наблюдательных вышек службы слежения за лесными пожарами для минимизации числа вышек при заданных конструктивных параметрах и площади, остающейся недоступной для визуального наблюдения.

Анализ математической модели рельефа позволяет автоматически формировать карты уклонов, экспозиций, отмывку рельефа и его трехмерное теневое представление. Кроме того, возможны автоматическое выделение бровок балок и долин, водоразделов и водосборов.

5.14. Операциикартографическойалгебры(оверлей-анализ).

Оверлей - операция наложения друг на друга двух или более слоев, в результате которой образуется графическая композиция исходных слоев (производный слой, содержащий композицию пространственных объектов исходных слоев). Используется, например, для вычисления объемов насыпей/выемок, геологического и экологического анализаидр.

5.15. Анализиобработкарастровыхизображений.

Обработка космических и аэрофотоснимков - процесс выполнения операций над снимками, включающий их коррекцию, преобразование и улучшение, дешифрирование, визуализацию.

Различают ручную, инструментальную и автоматизированную обработку снимков, выполняемую с помощью компьютерных технологий. Наиболее разнообразны операцииавтоматизированнойобработки.

Геометрическая коррекция - геометрическое трансформирование, проективное преобразование снимков, перевод их в заданную картографическую проекцию и географическаяпривязкаксистемамкоординат.

Орторектификация, или ортотрансформирование - устранение на изображении геометрических искажений, вызванных рельефом. На радиолокационных снимках искажения, обусловленные рельефом, проявляются в изменении длин склонов в зависимости от угла визирования, что приводит к трудноустранимым эффектам перспективногосокращения- "дорожки" ирадиотеней.

Радиометрическая, или спектральная коррекция - исправление яркости изображения для обеспечения радиометрической сопоставимости данных многозональныхимноговременныхсъемок.

Улучшение изображения, или улучшение качества изображения - процедура, имеющаяцельюповысить дешифрируемостьснимка (например, усилениеконтрастов), подготовитьегокиспользованиювкачестверастровойподложкивГИС.

Синтезирование изображения - совмещение, комбинирование изображений, полученных в нескольких каналах многозональной съемки, включая создание псевдоцветныхснимков.

Фильтрация - операция, которая приводит к изменению каждого пиксела изображения в зависимости от значений соседних пикселов в "скользящем окне" заданного размера (часто, 3 на 3 пиксела), что позволяет усилить воспроизведение тех или иных объектов, подавить нежелательное вуалирование, устранить другие случайные помехи (шум). В качестве средства фильтрации используют различные сглаживающие преобразования, осредняющие фильтры, контрастные фильтры, специализированные пользовательские фильтры и частотные фильтры, например, быстрыепреобразованияФурье.

Выявлениеизменений- выявлениепоразновременнымснимкамизмененийяркости и месторасположения объектов дешифрирования, например, при мониторинге загрязненийокружающейсреды.

Служебные операции обработки снимков включают также сшивку нескольких соседних снимков в один, вырезание, или отсечение ненужной части снимка, прямое редактирование значений пикселов, слияние изображений с различным пространственнымразрешениемидр.

5.16. Специализированныйанализ(гидрологический, гидрографический, геологический, …).

Использует приемы математико-картографического моделирования, включая приемы математической статистики, математического анализа, теории информации, теории графов и др., которые имеют целью построение и анализ математических моделейподанным, снятымскарт.

В основном в таких методах используются возможности анализа моделей поверхностей, чаще всего – рельефа местности. Позволяют рассчитывать сток с водосбора, выделятьлиниитокаиформироватьгидрографическуюсеть, анализировать накопление жидкости, стекающей с поверхности, затопление и подтопление. При использовании разнородных данных (почвенных, о растительном покрове и др.) возможно построение эрозионных карт, расчета и картографирования смыва почв, почвенно-эрозионного районирования и др. В геологии данные методы позволяют

изучатьрасположениеимощностьпластовполезныхископаемых, вычислятьихобъем, моделироватьгеологическоестроениеподаннымразведочногобуренияит.д.

5.17. Созданиетематическихкарт.

Тематическая карта – карта, отражающая какой-нибудь один сюжет (тему, объект, явление, отрасль) илисочетаниесюжетов. Различаюттематическиекарты природных, общественных явлений и их взаимодействия (геологические, этнографические, социально-экономические, экологическиеит.п.). Постепениобобщенияизображаемых явленийвыделяютаналитические, комплексныеисинтетическиекарты.

Тематическая картография _ это инструмент визуализцаии и анализа пространственных данных. Они отличаются большим разнообразием по своему содержанию, условными обозначениями, принятыми для выражения содержания, и красочному оформлению. Можно создавать тематические карты следующих типов: диапазоны значений, размерные символы, плотность точек, растровые поверхности, индивидуальные значения, столбчатые и круговые диаграммы. Кроме того, на одной карте, посвященной отображению одного явления, можно показывать отдельные его стороны, используяприэтомразличныеспособыкартографическогоизображения.

6. Обработка и использование материалов ДЗЗ в ГИС Космические снимки

•Область применения определяется пространственным разрешением (минимальным объектом на местности, соответствующим пикселю снимка);

•Позволяют оперативно получать актуальные данные (вплоть до съемки на желаемые дату и время);

•Высокая информативность и объективность;

•Возможность съемки больших территорий за короткий период времени;

•Периодичность съемки для целей мониторинга явлений;

•Относительная дешевизна (вплоть до бесплатных снимков среднего разрешения);

•Все возрастающая доступность и гибкая ценовая политика поставщиков;

•Снимки являются несекретными.

Для целей землеустройства:

QuickBird (0.6 м – 1:2000 - 1:5000), Ikonos (1 м - 1:5000 - 1:10000), IRS (5.8 м - 1:10000 - 1:25000).

Аэрофотоснимки

•Более высокая точность и информативность по сравнению с космическими снимками;

•Стоимость на порядок выше, чем у космических снимков;

•Режим секретности.

Аэрофотосъемка позволяет получить материалы, необходимые для кадастрового картографирования, весьма оперативно и практически на одну дату, так как аэросъемка города, района (100-200 тыс. га) проводится всего за 1- 2 дня, области - за несколько дней (для крупных областей - несколько недель).

Большая часть обработки материалов аэрофотосъемки осуществляется методами фотограмметрии. Для этого могут использоваться три основных класса фотограмметрических приборов:

•аналоговые стереоприборы (оптико-механические устройства, они появились раньше всех, в настоящее время являются наименее производительными);

•аналитические стереоприборы (представляют собой более высокий уровень приборов, являются как бы “гибридом” аналогового прибора и 1-2 компьютеров, что делает их удобнее и производительнее традиционных аналоговых);

•цифровые стереостанции (являются последним достижением фотограмметрических технологий, т.к. по сути являются мощными компьютерами, оснащенными специализированным программным обеспечением, это позволяет достигнуть высокого уровня автоматизации большинства выполняемых фотограмметрических операций, что приводит к самой высокой производительности).

Трансформация снимков - преобразование исходных снимков при переходе к определенной картографической проекции и системе координат.

Может осуществляться непосредственно или через географические координаты, используя уравнения исходной и производной проекций, а также путем эластичного преобразования (rubber-sheeting) на основе аппроксимации по сети опорных точек.