гис

Тема 1.

1. Геоданные – любые сведения о свойствах природных объектов, связанных с Землей. Геоданные можно измерять (кол-я хорактеристика) и наблюдать (кач-я или кол-я харак-ки объектов). Геолого-геофизические данные яв-ся геопространственными и состоят из: тематичестких свойств (литология, геохимия, геофизика) и пространственной привязки

2. .ГИС – специализированные информационные системы, для работы с информацией об объектах и явлениях, имеющими пространственную привязку и для которых важную роль играет их положение, размер, форма, взаиморасположение с др. объектами и явлениями. ГИС обеспечивает взаимосвязь меж. колич-ми и кач-ми харак-ми геогр. объектов и яв-й, представленных в БД в виде простых моделей; включает наборы современных интрументов для работы с геоданными.

3. ГИС дел-ся на 4 подсистемы: сбора данных, хранения и выборки данных, анализа данных, вывода данных.

4. ArcCatalog (вид базы геоданных) – это пространственная БД, содержащая наборы данных (векторных, растровых, текстовых), к-е представляют геоинформацию в виде моделей данных ГИС.

5. ArcMap (вид геовизуализации) – это набор карт, к-е показывают пространственные объекты и отношения меж. объектами на поверх-ти З. Карты могут исп-ся как «окна в БД» для поддержки запросов, анализа и редактирования инф-ии.

6. ArcToolbox (вид геообработки) – входит в состав ArcMap, это набор инструментов для получения новых наборов геоданных из существующих наборов данных.

7. Модель – такое описание объектов исследования, к-е сохраняет основные свой-ва объектов и не содержит второстепенных. Модели пространственных данных составляют информационную основу ГИС.

8. Пространственный объект – это цифровое представление реального объекта, содержащее его местоположение и набор св-в. Основные типы пространственных объектов: точка, линия, полигон, поверхность. Описание пространственного объекта состоит из: позиционной части – топология, местоположение и непозиционной части (атрибутивной) – наименование, св-ва, харак-ки.

9. Топология – пространственные взаимоотношения между смежными и близлежащими объектами (пересечение и примыкание).

10. Атрибуты – любые типы данных (текст, изображение, аудио, видео, карта), которые поставлены в соответствие пространственному объекту. Атрибутивные данные представляются в виде текста или цифр. Атрибутивные данные включают: качественную характеристику (семантику) объекта и статистику (количественные атрибуты) объекта.

11. Для измерения атрибутов используются шкалы: номинальная – идентифицирует объект; порядковая – качественная харак-ка объекта; интервальная – количественная хар-ка кол. св-ва объекта.

12. Пространственные данные – множество цифровых данных о пространственных объектах. Данные бывают нерпрерывные и дискретные. Выд-т 2 типа моделей пространственных данных: растровая и векторная.

Растровые модели – изучаемую территорию разбивают на элементы регулярной сетки или ячейки. Т.е. ячейка (pixel) – это основной элемент растр. модели. Пиксель является наипростейшей, неделимой частью растра, представляющей определенный участок Земли. Размер ячейки определяет геометрическое разрешение модели.

13. Каждому пикселу присваивается только одно цифровое значение – код пиксела, определяющий имя объекта. Значения ячеек могут быть целыми или десятичными числами.

14. Число битов, используемых компьютером для каждого пикселя, называется битовой глубиной, или глубиной цвета (ч/б=1 бит/пиксель, полутоновое=8, с индексированным цветом = 4, 8, 16, полноцветное=24 и более).

15. 8.Векторные модели – основаны на векторах. Базовыми элементами яв-ся дуга (arc) и узел (node). Форма дуг описывается дополнительными формообразующими точками – вертексами.

16. Точка – отдельная пара координат X, Y.

17. Линия – связанная последовательность пар координат вершин и узлов

18. Область – замкнутая последовательность соединенных линий, начальная и конечная точки которой совпадают.

19. Два типа векторных моделей: топологичекая и нетопологическая (спагетти-модель). В топологической указывается взаимное положение между объектами (соседство, близость), границы полигонов – дуги. В нетопологической не содержится описания отношений между объектами, каждый геометрический объект хранится отдельно и не связан с другими, граница соседствующих полигонов описывается дважды.

20. Для связи свойств и положения объекта используется идентификатор объекта. Атрибуты хранятся в таблицах данных.

21. «+» векторной модели: компактная стр-ра, топология, качественная графика.

22. Преимущества: у векторной модели: 1) компактная структура; 2) топология; 3) качественная графика. У растровой модели: 1) простая структура; 2) эффективные операции над слоями; 3) работа со снимками.

23. Шейп-файл предназначен для хранения простых по геометрии объектов (например точка, полилиния, простой полигон, мультиточка, составные полилинии, составные полигоны). Содержит объекты только одного геометрического типа, внутри файла объекты никак не связаны, следовательно такой формат называется векторно нетопологическим

24. Геоинформационные системы – это автоматизированные информационные системы, предназначенные для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация. В ГИС осуществляется комплексная обработка информации – от ее сбора до хранения, обновления и представления.

25. Данные - это пространственные объекты реального мира, которые можно разделить на легко идентифицируемые 4 типа: точки, линии, области, поверхности.

Аналого-цифровое преобразование данных – преобр-е данных из бумажной формы в цифровую с помощ. дигитайзеров (каж. объект представ-ся в виде наб. коор. в век. форме) и сканеров (резул.: растровое изобр. ).

26. Векторизация – преобразование растрового изобр-я в векторную форму с сохранением геометрических связей растровых аналогов при максимальной информативности векторного образа

27. Кластерный допуск – это минимальное расстояние меж. 2 вершинами, к-е мож. рассм-ть как самостоятельные. Т.е. если раст-е меньше допуска, то они совмещ-ся в один объект после проверки топологии.

Требования к подсистеме ввода данных:

• Должна иметь инструменты для переноса графических и атрибутивных данных в компьютер (сканер, дигитайзер и др.).

• Должна работать хотя бы с одним из типов моделей простран. данных – растровым или векторным.

• Должна иметь связь с подсистемой хранения и редактирования, чтобы можно было устранять ошибки и вносить изменения по мере необходимости.

28. Векторная трансформация – это геометр. преобр. коор. для простран-й привязки. Надо иметь неск-ко опорных точек, в к-х известны истинные координаты. Т. конвертирует данные из единиц дигитайзера или сканера в реал. коор.

29. Трансформация растровых данных – растр сдвигается в новое местоположение по опорным точкам.

30. Ошибка трансформации – опорная точка не совмещ-ся с полож. этой же точки после трансформации, эту разность положений коор. мож. рассчитать с помощ среднеквадрат ошибки RMS = (∑е_n²/n)^1/2. Затем можно посмотреть ошибки и удалить большие.

31. База данных – организованный набор взаимосвязанных файлов данных. БД д. б. согласованной по времени, полной, достоверной, легко обновляемой, доступной, совместимой с другими данными (которые могут добавляться в нее).

Реляционная СУБД. 1) Соединение таблиц: атрибуты исходных таблиц присоединяются к таблицам приема; эта связанная таблица виртуальная; чтобы она существовала необходимо ее экспортировать.

2) Связывание таблиц: отношение один ко многим или многие ко многим; таблица не создается, а просто устанавливается связь между элементами таблицы

32. Первичный ключ – поле в исходной таблице, внешний ключ – поле в таблице которую хочу связать/соединить. Поля общие для двух таблиц. Сопоставляются записи с одинаковыми значениями полей.

33. Пространственный анализ (ГИС-анализ) представляет собой процесс поиска географ. закономерностей в данных и взаимоотношений между простран. объектами.

34. Геометрический (картометрический) анализ включает определение: формы объектов, размеров объектов (длин ломаных линий, площадей и периметров полигонов), расстояний меж. объектами, кординат точек пересечения линий и др.

35. Простое расстояние – это расстояние между 2 точками по прямой. Эвклидово расстояние: D = [(x₁ – x₂)² + (y₁ – y₂)²]^½

36. Функциональное расстояние – учитывается скорость передвижения объекта в каком-либо направлении. Перемещение в 2-х перпендикулярных направлениях. Манхэттенское расстояние: D = |x₁ – x₂| + |y₁ – y₂|. Неэвклидово расстояние: D = [(x₁ – x₂)^k + (y₁ – y₂)^k]^1/k.

37. Барьеры – преграды на пути функционального расстояния. Абсолютный (движение через него невозможно) и условный (скорость движения замедляется) барьер.

Методы анализа пространственного распределения точек:

38. Анализ квадратов – при ручном анализе карт,

39. Анализ ближайшего соседа – срав-ся раст-е меж. выбранным объектом и близлежащим, чем меньше индекс тем плотнее группировка,

40. Полигоны Тиссена – каждой точке на площади соответствует радиус, внутри которого все объекты будут ближе именено к ней, а не к другой точке.

41. Буфер – это полигон, с границей на определенном удалении от точки, линии или границы области.

42. .TIN модель: нерегулярная сеть треугольников, в каждой вершине к-х известна абс. отм. Исп-ся триангуляция Делоне. Яв-ся векторной топологической, инф-я о взаим. полож. (узлы треугольника и инф-я о сосед. треугол.) сохр-ся в «Таблице топологии». Линейные и площадные объекты при создании TIN модели используются в качестве дополнительной информации:

43. Мульти-патч – инструмент в 3D Analyst для создания 3х мерного пласта. Для его построения надо иметь: TIN мод. кровли, TIN мод. подошвы, полигональный слой опр-й границы пласта.

44. GRID модель: поверхность по регулярно распределенным точкам с известными абс. отм., к-е принимаются за код пикселя., т.е. модель полностью соответствует структуре растровых данных.

45. .Интерполяция – расчёт нерегулярного набора точек в регулярную сеть (вычисляются значения между точками полевых измерений). Методы интерполяции: Обратно взвешенных расстояний, Сплайн, Тренд, Кригинг, Естественная окрестность, Топо в растр (TOPOGRID). Методы нужно выбирать в зависимости от реальных условий.

46. Метод Обратно взвешенных расстояний. Значение отметки поверхности в узле рассчитывается по значению, которое зарегистрировано в точке на определенном расстоянии от узла, при этом вес точки обратно пропорционален расстоянию от этой точки до узла. Метод позволяет учитывть полож. разрыв. наруш., подчеркиваются мелкие особенности рельефа (т.к. ближайшие точки оказывают наибольшее влияние). Широко примен-ся в г/х картировании.

47. Метод Сплайн. Рассчитывает значения с помощ. матем. функции, к-я минимизирует общую кривизну поверхности. Получается сглаженная поверхность: 1.проходящая точно через исходные опорные точки – сплайн натяжения; или 2.выходящая за пределы диапазона значений z опорных точек – регуляризованный сплайн. Исп-ся для построения тектонических плит.

48. Метод Тренд. Поверхность аппроксимируется полиномом опр-го порядка: 1 – моноклиналь, 2 и бол. – синкл/антикл. Чтобы выбрать полином надо иметь представление о виде поверхности (монок., синк.) Позвол. выявлять региональные изменения рельефа, строить модели рельефа фундамента и глубоко залегающих границ.

49. Метод Кригинг. Учитывается статистическая взаимосвязь между опорными точками. Мож. не только построить мод. пов-ти, но и оценить точность построения дан. пов-ти. Предполагается, что характер изменения отметок рельефа определяется составляющими: 1.общ. тренд (дрейф) изменения отметок рельефа (региональный), 2.случайные, но пространственно коррелируемые колебания рельефа (случайный шум), 3.случайная составляющая (белый шум). 2 разновидности кригинга: 1.Ординарный Кригинг основан на предположении, что постоянное среднее значение поверхности неизвестно; 2.Общий Кригинг предполагает, что имеется доминирующая тенденция изменения Z и ее можно смоделировать. Метод Кригинг позвол. наиболее точно выявлять локальные составляющие; чем больше значений тем точнее модель. Условия применения: 1.большой объем исход. дан., 2.равномер. распред. дан.

50. Естественная окрестность. Похож на TIN, но поверхность получается более сглаженная, т.е. не линейная интерполяция, а строится выпуклая поверхность через эти точки.

51. TOPOGRID. Учитывает не только пространственное расположение изолиний рельефа и отметок высот, но и расположение рек, озер, локальных понижений рел. (колодец), дорог и создает скорректированную поверхность.

52. Маска анализа – это полигональный векторный слой, соответствующий области определения поверхности. Нужна чтобы убрать лишнюю площадь, где нет данных.

53. ArcGlobe – картографический модуль для визуализации и анализа трехмерных данных, всей Земли.

55. Модуль Target создан для обработки, анализа и картирования объектов по данным наземных и скважинных геол., г/ф и г/х методов. Может строить 3х-мерн. пов-ти Земли и полей.

56. Попереч. проекция Меркатора: Земля делится на 60 зон, проец-ся отдельно каж. зона. При проецировании цилиндр касается центрального меридиана зоны, а ось цилиндра проходит церез центр. Исп-ся 2 сист. коор: UTM и Гаусса-Крюгера.

57. Если форма сфероида описывает форму З., то датум определяет положение этого сфероида относительно центра З.

58. Датумы, используемые в России.

59. СК-42: 1)сфероид Красовского; 2)локальная система координат Пулково 1942; 3)территория России.

60. СК-95: 1)сфероид GRS 80; 2)геоцентрический датум (центр датума совпадает с центром масс Земли); 3)GPS-совместимый. ПЗ-90 (параметры Земли).

61. Оверлейные операции позволяют создать новый слой данных на основе анализа пространственного положения и атрибутов 2х (и более) входных слоев.

62. Наложение растров – это сопоставление кодов ячеек 2х (или более) растров, пространственное положение которых совпадает.

63. Булевы операторы: And, Or, Xor, Not. Булевы операторы применяют Булеву логику TRUE (ИСТИННО) или FALSE (ЛОЖНО) поячеечно к входным растрам

64. Операторы отношений отношений: =, >, <, <>, >=, <=

Типы векторного наложения:

1.Наложение САПР (исп-ся в Surfer, AutoCAD и др.) Сравн-ся пространственные объекты в разных слоях карты, но никаких связей между слоями не устанавливается.

2.Топологичекое векторное наложение (исп-ся в ArcGIS и др.) 3 типа:

65. Точка в полигоне. Сравниваются координаты точки и узлов полигона и указывается какой обл. принадлежит эта точка (внутри/снаружи полигона) и присваивается атрибут этой точке (точ. внутри → атрибуты полигона).

66. Линия в полигоне. Сравниваются координаты всех узлов линии и узлов полигона, точек их пересечения, линия м.б. разбита на участки (внутрення часть → атрибуты полигона, наружная – свои атрибуты).

67. Полигон в полигоне. Сравниваются координаты всех узлов полигонов, точек их пересечения, может образоваться третий полигон (мож. присвоить атрибуты как 1го, так и 2го полигона).

68. Методы наложения полигонов: разбиение, вырезание, объединение, стирание, пересечение и др.

69. Разбиение. Входной слой любой по геометрии, а слой разбиение мож. состоять только из полигонов. В результате выходной слой по атрибутам такой же как и входной, а по геометрии как слой разбиение.

70. Вырезание. Входной слой любой по геометрии, вырезание из входного слоя осуществляется одним полигоном (слоем вырезание) один раз. В результате выходной слой по геометрии и атрибутам как и входной, но размером как слой вырезание.

71. Объединение. Накладывется др. на др. неограниченное кол-во слоев, при наложении слоев созд-ся новые полигоны с атрибутами, унаследованными от накладываемых полигонов.

72. Стирание. Входной слой любой по геометрии. Удаление части входного слоя полигоном стирание. В результате выходной слой представляет собой часть входного с пустотой на месте полигона стирание.

73. Пересечение. Входные слои м.б. с разной геометрией. В результате выходным слоем будут только те объекты, к-е образовались на месте пересечения входных слоев, причем выходные объекты имеют атрибуты всех входных слоев.

74. Генерализация карт – при уменьшении масштаба карты сложная форма объектов д.б. упрощена. Достигается с помощью упрощения формы объектов (извилистая/гладкая река), снижения пространственной мерности (полигон/точка). Необходима когда пользователь имеет возможность масштабировать электронную карту.

75. Компромисс размещения символов – некоторые объекты д.б. смещены, чтобы дать место другим (напр. чтобы река не накладывалась на дорогу и дома).

76. Баланс карты – это наилучшее взаиморасположение заголовка, масштаба, легенды, самой карты и пр. при выводе. Лучше избегать больших неиспользуемых открытых пространств в компоновке карты, для этого наприм. на месте моря можно поместить заголовок, легенду (а не вверху) и т.д.