Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Географический факультет
И . К . Л У Р Ь Е
У Ч Е Б Н И К
Допущено Учебно-Методическим Объединением по классическому университетскому образованию РФ
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 020501 - Картография, направления 020500 - География и картография
Москва
2008
УДК 004:[910+528](075.8)
ББК 26.8с51я73-1+26.17с51я73-1 Л86
Р е ц е н з е н т ы :
Зав. кафедрой картографии факультета географии и геоэкологии Санкт-Петербургского государственного университета доктор географических наук, профессор
Г. Д. Курогиев',
декан географического факультета Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского, зав. кафедрой геоморфологии и геоэкологии,
доктор географических наук, профессор
А. Н. Чумаченко
Лурье И. К.
Л86 Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков : учебник / И. К. Лурье. - М.: КДУ, 2008. - 424 е.: с илл., табл.
ISBN 978-5-98227-270-6
В учебнике изложены фундаментальные положения и методы геоинформатики и геоинформационного картографирования. Рассмотрены способы проектирования баз данных ГИС, получения данных, представления в БД пространственных объектов, выбора модели и контроля качества данных. Особое внимание уделено геоинформационным методам географического анализа, пространственного моделирования и картографирования, вопросам согласования и генерализации тематических данных. Представлены также технологии компьютерной обработки космических снимков для создания тематических карт и слоев БД ГИС.
Учебник предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям «Картография» и «Геоинформатика», также будет полезен преподавателям и студентам других географических специальностей.
УДК 004:[910+528](075.8)
ББК 26.8с51я73-1 +26.17с51я73-1
|
© Лурье И. К., 2008 |
ISBN 978-5-98227-270-6 |
© Издательство «КДУ», 2008 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение |
9 |
Глава 1. Фундаментальные понятия геоинформатики и ГИС |
13 |
1.1. Определения и задачи геоинформатики |
13 |
1.2. Основные теоретические концепции |
|
в геоинформатике |
14 |
1.2.1. Определение и толкование базовых |
|
понятий геоинформатики |
14 |
1.2.2. Классификация моделей |
|
пространственных объектов и данных |
16 |
1.2.3. Взаимодействие геоинформатики, |
|
картографии и дистанционного |
|
зондирования |
26 |
1.3. Общее представление о ГИС |
28 |
1.4. Основные этапы развития ГИС |
29 |
1.5. География и ГИС |
32 |
1.6. Карты как основа ГИС. Понятие |
|
геоинформационного картографирования |
33 |
1.7. Типы ГИС. Проблемно-ориентированные ГИС |
35 |
Глава 2. Представление и организация географической |
|
информации в базах данных ГИС |
44 |
2.1. Типы и источники пространственных данных |
44 |
2.2. Проектирование географических баз данных |
49 |
2.2.1. Требования к базе данных |
49 |
2.2.2. Этапы проектирования базы данных |
50 |
2.3. Представление пространственных объектов в БД... |
51 |
2.3.1. Выбор модели пространственной |
|
информации |
51 |
2.3.2. Особенности представления |
|
пространственных объектов в БД |
53 |
2.3.3. Позиционная и семантическая |
|
составляющие данных |
55 |
4 |
Оглавление |
|
2.4. Системы управления базами данных в ГИС |
56 |
|
2.4.1. Функции СУБД |
|
56 |
2.4.2. Задачи и функции СУБД в ГИС |
58 |
|
2.4.3. Базовые понятия реляционных |
|
|
баз данных |
|
61 |
2.4.4. Язык реляционных баз данных SQL — |
|
|
функции и основные возможности |
66 |
|
2.4.5. Объектно-ориентированные |
|
|
и реляционные структуры БД |
68 |
|
2.4.6. СУБД в архитектуре «клиент-сервер» |
73 |
|
2.5. Организация и форматы данных |
79 |
|
2.6. Качество данных и контроль ошибок |
84 |
|
2.6.1. Типы ошибок в данных и их источники |
84 |
|
2.6.2. Позиционная точность данных |
86 |
|
2.6.3. Точность атрибутивных данных |
89 |
|
2.6.4. Логическая непротиворечивость, |
|
|
полнота, происхождение |
92 |
|
2.7. Особенности интеграции разнотипных данных |
92 |
|
Глава 3. Техническое и программное обеспечение ГИС |
99 |
|
3.1. Требования к техническому и программному |
|
|
обеспечению ГИС |
|
99 |
3.2. Подсистемы реализации |
ГИС-технологий |
|
в ГИС |
|
100 |
3.3. Характеристика технических средств ГИС |
104 |
|
3.4. Технологии ввода графической информации |
109 |
|
3.5. Преобразования форматов данных |
112 |
|
3.6. Графическая визуализация информации |
114 |
|
3.7. Общая характеристика программных |
|
|
коммерческих ГИС-пакетов |
115 |
|
Глава 4. Элементы ГИС-технологий |
|
130 |
4.1. Координатная привязка и трансформирование |
|
|
геоизображений |
|
130 |
4.1.1. Пространственная привязка данных |
|
|
и преобразование проекций |
130 |
|
4.1.2. Алгоритмы трансформирования |
|
|
геоизображений |
|
135 |
4.1.3. Определение координат контрольных |
|
|
точек |
|
140 |
4.1.4. Оценка ошибок трансформирования |
144 |
|
5Оглавление
4.2.Дискретная географическая привязка
данных |
147 |
4.3. Операции с данными в векторном формате |
150 |
4.3.1. Представление пространственных |
|
объектов и взаимосвязей |
150 |
4.3.2. Алгоритмы определения пересечения |
|
линий |
153 |
4.3.3. Способы вычисления длин линий, |
|
периметров и площадей полигонов |
156 |
4.3.4. Алгоритм «точка в полигоне» |
158 |
4.3.5. ГИС-технологии пространственного |
|
анализа |
159 |
4.3.6. Операции оверлея полигонов |
161 |
4.4. Хранение и преобразование растровых данных |
169 |
4.4.1. Кодирование и сжатие информации |
169 |
4.4.2. Иерархические структуры данных. |
|
Дерево квадрантов |
170 |
4.4.3. Операции с растровыми слоями БД |
172 |
4.4.4. Технологии анализа данных, основанные |
|
на ячейках растра |
174 |
4.5. ГИС-технологии совмещения и оценки |
|
пригодности данных |
177 |
Глава 5. Географический анализ и пространственное |
|
моделирование |
180 |
5.1. Методы пространственного анализа |
181 |
5.1.1. Классификация объектов путем |
|
группировки значений их признака |
181 |
5.1.2. Методы интеграции признаков |
|
для исследования взаимосвязей |
|
и классификации объектов |
184 |
5.1.3. Исследование взаимосвязей объектов |
|
с использованием операций оверлея |
|
слоев |
190 |
5.1.4. Выбор объектов по пространственным |
|
критериям. Построение запросов |
192 |
5.1.5. Анализ сетей |
193 |
5.1.6. Тематическое согласование слоев |
195 |
5.2. Методы пространственного моделирования |
197 |
5.2.1. Задачи пространственного |
|
моделирования |
197 |
6
Оглавление |
|
5.2.2. Подготовка исходных данных для |
|
создания модели |
202 |
5.2.3. Интерполяция по дискретно |
|
расположенным точкам |
207 |
5.2.4. Построение статистических |
|
поверхностей |
210 |
5.2.5. Определение местоположения |
|
и оптимального размещения объектов |
218 |
5.2.6. Моделирование пространственных |
|
распределений |
222 |
5.2.7. Интерполяция по ареалам |
226 |
5.3. Применение пространственных моделей |
229 |
5.4. Обеспечение принятия пространственных |
|
решений |
238 |
5.4.1. Методы обеспечения поддержки |
|
принятия решений |
238 |
5.4.2. Понятия нечетких географических |
|
объектов и нечетких множеств |
245 |
5.4.3. Экспертные подсистемы ГИС |
248 |
Глава 6. Проектирование ГИС |
251 |
6.1. Разработка ГИС-проекта |
251 |
6.2. Общие вопросы проектирования базы |
|
данных ГИС |
255 |
6.3. Учет особенностей моделей данных |
|
и функциональных средств ГИС |
258 |
Глава 7. Задачи и методы геоинформационного |
|
картографирования |
262 |
7.1. Определения, особенности и задачи |
|
геоинформационного картографирования |
262 |
7.2. Основные этапы развития методов и средств |
|
автоматизации в картографии |
265 |
7.3. Географические основы ГК |
269 |
7.4. Структура системы геоинформационного |
|
картографирования |
272 |
7.5. Проектирование картографических баз |
|
и банков данных |
276 |
7.5.1. Задачи проектирования |
|
картографических БД |
276 |
7.5.2. Качество цифровых карт |
278 |
7Оглавление
7.6.Технологии вывода картографических
изображений |
280 |
7.6.1. Электронные и компьютерные карты |
280 |
7.6.2. Графические стандарты |
281 |
7.6.3. Спецификация цвета и цветовые |
|
палитры |
283 |
7.6.4. Компоновка электронных |
|
и компьютерных карт |
289 |
7.7. Методы геоинформационного |
|
картографирования |
292 |
7.7.1. Создание аналитических карт по |
|
данным атрибутивных таблиц БД |
293 |
7.7.2. Создание тематических карт на |
|
основе методов пространственного |
|
моделирования в ГИС |
298 |
7.8. Автоматизированная генерализация |
|
тематических карт |
302 |
7.8.1. Семантическая и геометрическая |
|
генерализация |
303 |
7.8.2. Элементы генерализации линий |
304 |
7.8.3. Использование теории фракталов |
307 |
7.9. Формализация и алгоритмизация процесса |
|
картографирования |
312 |
7.9.1. Картометрические функции |
312 |
7.9.2. Определение положения центральной |
|
точки полигона и скелетизация |
314 |
7.9.3. Построение системы картографических |
|
знаков и размещение надписей |
316 |
7.10. Новые направления и технологии |
|
геоинформационного картографирования |
322 |
7.10.1. Оперативное картографирование |
|
и картографические анимации |
322 |
7.10.2. Картография и Интернет |
325 |
Глава 8. Цифровая обработка изображений для создания |
|
баз данных ГИС и тематических карт |
329 |
8.1. Применение данных дистанционного |
|
зондирования в ГИС и тематическом |
|
картографировании |
329 |
8.2. Методы цифровой обработки космических |
|
снимков |
353 |
8 |
Оглавление |
8.3. Методы дешифрирования, основанные на |
|
преобразовании спектральных яркостей |
371 |
8.3.1. Спектральное пространство |
|
и дешифровочные признаки |
371 |
8.3.2. Синтез изображений и анализ главных |
|
компонент |
373 |
8.3.3. Производные дешифровочные |
|
признаки |
375 |
8.4. Алгоритмы классификации |
379 |
8.4.1. Правила и типы автоматизированной |
|
классификации |
379 |
8.4.2. Алгоритмы контролируемой |
|
классификации |
381 |
8.4.3. Алгоритмы неконтролируемой |
|
классификации |
393 |
8.4.4. Оценка результатов классификации |
396 |
8.5. Алгоритмы выполнения географического |
|
анализа по космическим снимкам |
398 |
8.5.1. Изучение динамики явлений (объектов) |
|
по картам и снимкам |
398 |
8.5.2. Изучение географических объектов |
|
с использованием методов нечеткой |
|
и экспертной классификации |
405 |
Литература |
410 |
Учебники и учебные пособия |
410 |
Монографии |
411 |
Справочники и руководства |
413 |
Предметный указатель |
415 |