Введение в проф. деятельность.

Христодуло Ольга Игоревна

Заместитель – Атнабаев Андрей Фарагатович

Географические информационные системы (ГИС)

Знакомство с основными понятиями ГИС.

ГИС- программно-аппаратный комплекс, осуществляющий сбор, отображение, обработку, моделирование, анализ и распространение информации о пространственно распределенных объектах и явлениях на основе электронных карт.

ГИС- информационная система, оперирующая пространственными данными.

ГИС- картография, география, дистанционное зондирование, топография, информатика, математика.

Задачи, решаемые ГИС:

• Предоставление данных – определяет место.

• Пространственный анализ – поиск места.

• Локальный поиск (local search). Например: поиск по запросу «Кафе, улица Политехническая».

• Временной анализ.

• Моделирование.

Классификация ГИС

1. По функциональным возможностям:

• полнофункциональные ГИС общего назначения;

• специализированные ГИС ориентированные на решение конкретной задачи в какой-либо предметной области;

• информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования.

2. По пространственному (территориальному) охвату:

• глобальные(планетарные);

• общенациональные;

• региональные;

• локальные (в том числе муниципальн6ые).

3. По проблемно-тематической ориентации:

• ------

• Экологические и природо пользовательские;

• Отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, археологические, туризма и т.д.)

4. По способу организации географических данных:

• Векторные;

• Растровые;

• Векторно-растровые ГИС;

5. Пространственно-временные ГИС:

• Кадастр;

• Оперативные службы(МВД, МЧС,…);

• Нефть и газ;

• Транспорт;

• Экология;

• Лесное хозяйство;

• Водные ресурсы;

• Недропользование;

• Сельское хозяйство;

• Геодезия, картография, география;

• Телекоммуникация;

• Инженерные коммуникации;

• Бизнес;

• Торговля и услуги.

Источники данных в ГИС.

1. Картографические материалы- топографические и общегеографические карты, карты административно-территориального деления, кадастровые планы и др.

2. Данные дистанционного зондирования (ДДЗ)- космо- и аэроснимки.

3. Материалы полевых изысканий территорий- данные топографических, инженерно-геодезических изысканий, кадастровой съемки, геодезические измерения природных объектов, выполняемые GPS приемниками и др.

4. Статистические данные- гидрологические и метеорологические данные, сведения о загрязнении окружающей среды и т.д.

Пространственные данные(географические)

Пространственные данные- сведения, которые характеризуют местоположение объектов в пространстве относительно друг друга и их геометрию.

Для представления пространственных объектов в ГИС используют пространственные и атрибутивные типы данных.

Пространственные объекты представляют с помощью следующих графических объектов: точки, линии, полигоны и поверхности.

Пространственные типы данных.

-определяют позиционные характеристики пространственного объекта. Они описывают его местоположение в установленной системе координат.

Контур (замкнутая линия) Полигон(ареал) Точка Линия(незамкнутая)

Атрибутивные типы данных.

-совокупность непозиционных характеристик(атрибутов) пространственного объекта; определяют смысловое содержание(семантику) объекта и могут содержать качественные или количественные значения.

Слой

Слой-совокупность расположенных на карте однотипных объектов, которые относятся к одной теме в пределах одной территории из общей системы координат.

Типы слоев

Общегеографические

-содержит общегеографическую информацию о рассматриваемой территории, которая необходима всем (улицы землепользования, административные границы…)

Специализированные

-содержит специализированную информацию которая необходима для узкой части пользователей (паводки, радиационное облако, подземные трубопроводы…)

Разделение данных на слои.

Данные карты зачастую разделяются на слои:

-площадные (полигональные) объектов здания, водохранилища, леса

• Линейные объекты

-дороги, коммуникации

• Точечные объекты

-деревья, камеры

• Надписи

Плюсы разделения на слои:

• Раздельная работа с разными слоями- упрощение вычислений, поиска;

• Упрощается просмотр карты, можно отображать только требуемые слои.

Основные компоненты ГИС.

1. Специалисты

2. Данные

3. Программное обеспечение

4. Аппаратное обеспечение

   Специалисты

   Данные

   Программное обеспечение

   Методы и процедуры

5. Методы и процедуры

Аппаратное обеспечение

Классификация ГИС-ресурсов

• Пользовательские ГИС (ArcGIS, MapInfo, QGIS, gvGIS)

• Пользовательские ГИС, интегрированные с виртуальными глобусами (расширение для ArcGIS, разработанное Brain FCool и позволяющее интегрировать его с Virtual Earth)

• Виртуальные глобусы (Google Maps, Google Earth, Virtual Earth, ArcGIS explorer)

• Картографические веб сервера (Map Server, Geo Server, Open Layers и др.)

Итак, ГИС- не просто набор карт. ГИС- это интерактивный инструмент взаимодействия с картами, получивший широкое применение, его роль нельзя недооценивать.

Функции ГИС.

Функции:

• Ввод или сбор данных

• Хранение данных

• Запросы данных

• Анализ данных

• Отображение данных

• Вывод данных

• Моделирование

1.Ввод или сбор данных

Затраты на поиск и ввод данных часто занимают бОльшую часть времени и стоимости (80%) от общей стоимости ГИС проекта.

Для ввода данных в ГИС необходимы технические и программные средства преобразования пространственных данных различных типов в цифровую форму.

Пространственные данные кодируются в виде списка координат.

Атрибутивные(справочные) данные представляются в виде таблиц.

Способы ввода пространственных данных в компьютер:

Дигитализация -дигитайзер-для ручного ввода пространственных данных.

Векторизация -процесс цифрования растрового изображения на экране компьютера(ручной, интерактивный и автоматический).

Устройства ввода пространственной информации:

• Клавиатура

• Мышь

• Сканер

• Дигитайзер и др.

Режимы ввода данных:

1. Ручной ввод-ввод табличных данных, элементов оформления и дизайна карты, реже пространственных данных (из-за их большого объёма). Ручные устройства определения координат позволяют оцифровывать карты, выполнять ручное дешифрование снимков.

2. Автоматизированный ввод- автоматизированные устройства ввода автоматически извлекает геоданные с карт и снимков.

3. Полученные данные из других ГИС и CAD/CAM-систем; ввод данных сводится к преобразованным между различными ГИС-форматами (DFX/DBF, MIF/MID-спец. Обменные форматы для передачи пространственные данные (п.д.) между разными ГИС).

4. Свободные пространственные данные (космические снимки и цифровые карты Google Earth, цифровые модели местности NASA и др.)

Оцифровка (векторизация) карты.

Оцифровка-процесс, который заключается в перенесении или преобразовании разнообразных объектов с бумажного носителя на цифровой носитель.

Этапы:

1. Сканирование бумажной основы.

2. Растрово-векторное преобразование (векторизация), т.е. бумажные карты переводятся в электронный вид с использованием компьютерных программ ArcGIS, AutoCAD, Компас, Нанокад, CorelDraw.

Способы векторизации сканированной карты.

• Ручная векторизация- оператор обводит линии и контуры картографических объектов по растровой подложке (по Трудоёмкости этот способ эквивалентен дигитайзерной (при помощи графического планшета) векторизации и позволяет векторизовать в среднем 1-2 объекта в минуту).

• Полуавтоматическая (интерактивная) векторизация- используются программы, в которых оператор устанавливает стартовую точку линейного сегмента, и далее программа автоматически трассирует линию до её окончания или разветвления. Дальнейшее направление трассировки программа получает из диалога с оператором.

• Автоматическая векторизация- программа автоматически преобразует в векторы все объекты растровой карты заданного класса, оставляя оператору лишь окончательное редактирование и коррекцию ошибок в получении векторном слое.

Проблемы оцифровки.

1. В целях более наглядного изображения географических объектов жертвуют их позиционной точностью. (Если объекты расположены друг под другом их рисунок на небольшом расстоянии.)

2. Если граница территорий проходит по естественным объектам (пример: по реке) линию границы изображают поочередно на разных берегах этой реки.

Преобразование исходных данных.

1. Отсканированные исходные карты издавались в определенной картографической проекции и системе координат.

2. При оцифровке эта сложная проекция сводится в набор пространственных координат.

3. Необходимо преобразовать карту к её исходной проекции с помощью различных преобразований:

• Перенос- перемещение всего географического объекта в другое место на координатной плоскости. Он выполняется добавлением определенных величин к координатам X и Y объекта: X’=X+T_x , Y’=Y+T_y .

• Масштабирование- необходимо, т.к. как правило сканируются карты разных масштабов:

X’=X*S_x ,Y’=Y*S_y

• Поворот выполняется с использованием тригонометрических функций:

X’=Xcosθ+Ysinθ

Y’=Xsinθ+Ycosθ