1. Картографические данные в ГИС.

2. Сходство и различия фундаментальных понятий картографии и геоинформатики.

3. Преимущества использования цифровых карт лесов.

4. Визуализация картографических данных в ГИС – графические средства изображения, графические переменные, локализация пространственных объектов на карте

5. Содержание общегеографических и тематических карт

6. Способы картографического изображения, применяемые на тематических картах.

7. Способы группировки (шкалирования) при создании тематических карт

8. Виды и масштабы лесных карт, создаваемых при лесоустройстве

9. Состав тематических лесных карт, составляемых при проектировании лесов

10. Вычисление картометрических характеристик в гис.

3.4 Пространственный анализ в гис

3.4.1 Цели пространственного анализа

Возможность совместного анализа картографической и тематической информации является главным признаком, отличающим геоинформационные системы от баз данных, электронных карт, систем автоматического проектирования, экспертных систем. Целями пространственного анализа в ГИС являются:

- изучение закономерностей в структуре или особенностей распределения объектов и их характеристик в пространстве

- изучение наличия и видов взаимосвязей в пространственном распределении нескольких классов объектов или отдельных характеристик

- изучение тенденций развития процессов и явлений в пространстве и во времени

- выбор решения с учетом пространственных характеристик.

Возможности пространственного анализа ограничиваются выбранным программным обеспечением и моделями данных¹ (растровыми или векторными).

Применение пространственного анализа при управлении лесами средствами ГИС имеет существенные перспективы и может принести значительный эффект (как экономический, так и лесоводственный). Большинство задач практического управления лесами связано с оценкой размещения участков лесного фонда по территории и относительно друг друга. Примеры пространственных запросов, постоянно решаемых в лесном хозяйстве:

- поиск выделов с определенными таксационными характеристиками на картах,

- оценка размещения выделов, относительно границ лесного фонда, дорог, ориентиров (открытых пространств - вырубок, гарей, болот; покрытых лесом земель, резко отличающихся по таксационным характеристикам; линейных объектов - линий электропередач, квартально-визирной сети и пр.) для поиска участков в натуре, выбора оптимальных подходов при выполнении хозяйственных мероприятий,

- группировка участков для планирования хозяйственной деятельности с учетом видов рубок, типов лесорастительных условий, сезона, лесозаготовительной техники,

- выбор оптимальных путей и расположение персонала и техники при патрулировании лесов (охрана от пожаров, нелегальных рубок),

- планирование лесозаготовок и транспорта леса,

- размещение предприятий по хранению и обработке древесины,

- внесение изменений в геоинформационные базы данных.

На данный момент специалисты отмечают недостаточный уровень использования операций пространственного анализа при управлении лесами. Типовые задачи пространственного анализа, реализуемые в ГИС – задачи пространственного размещения объекта, оптимального распределения ресурсов, выбора оптимальных маршрутов, районирование территории по комплексу признаков соответствует задачам управления лесами, но на сегодняшний момент не имеют технологических решений на практике.

3.4.2 Пространственные запросы

Обращение к пространственным данным в ГИС может осуществляться средствами запросов, аналогично запросам к атрибутивным данным. Основанием для поиска объектов служат особенности их взаимного расположения в пространстве, а не только атрибутивные характеристики. Также важен тип пространственных объектов и моделей данных (векторные объекты - полигоны, линии, точки, растровые объекты).

Для полевой модели данных возможны операции, связаны с функциями поля (локальные, фокальные, зональные операции), для объектных – с базисными пространствами (множественно-ориентированное, топологическое, пространство направлений, метрическое¹).

таблица 8. Операции с полевыми моделями данных в ГИС²

Операции	Содержание	Пример
Локальные	значение ячейки в новом растре зависит исключительно от значения той же ячейки в исходном растре	(пороговая обработка)=Реклассификация (ДЗГИС), как с одним классом объектов, так и весовыми коэффициентами по какому-либо критерию
Фокальные	значение ячейки в новом растре зависит от значения той же ячейки в исходном растре и от окружающих. Окрестности – ладья, слон, ферзь.=Фильтрация (анализ окрестности)	Фильтрация Часто используется при обработке ДДЗ для подавления шума, показа экспозиции рельефа, графики профиля или сечения рельефа
Зональные	значения ячейки в новом растре является функцией исходной ячейки, а также значенией других ячеек, заданной другим растром.
Глобальные	значения ячейки в новом растре является функцией всех ячеек исходного растра

А	1 2 3 3 Пороговая обработка 2 4 1 3 2 2 2 5 1 1 4 4		0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1
Б
В	Пороговая обработка
Г
Д
Г

Рисунок 3. Операции с полевыми (растровыми) моделями данных в ГИС:

а – локальная (пороговая обработка); б – окрестности ячейки (ладья, слон, ферзь); в – фокальная сумма; г – зональная сумма

зависит

Алгебра изображений (от алгебры карт) – с 287. ПД

Операции, связанные с объектной моделью данных, классифицируются на основе их математических свойств [ОПД].

Таблица 9. Операции с объектными (векторными) моделями данных в ГИС:

Топологические операции в ГИС включают применение топологических условий к пространственным данным в запросах. Обобщенная форма запросов: “найти все объекты, находящиеся в топологическом отношении R с данным объектом”; “в каком топологическом отношении находятся объекты A и B?”

Примеры запросов с топологическими условиями – “пересекается ли лесная дорога с ручьями или реками?”, “выбрать все выдела с высокими классами пожарной опасности в 50-метровой зоне вдоль автомобильных дорог?”

Топологические условия в запросах к разным типам пространственных данных (полигонам, точкам, полилиниям) могут отличаться, так как не для всех пространственных объектов существует одинаковый набор топологических отношений.

Варианты возможных топологических отношений между двумя полигонами A и B показаны на рис. При этом логическая запись условия может быть представлена в форме матрицы девяти пересечений [1].

Различия записи условий заключаются в вариантах перекрытия трех составляющих полигонов – внешней области ( , ), внутренней области ( , ) и границы ( , ).

[1]

При обращении к объектам полигональных слоев могут использоваться следующие условия: “соприкасаются” (“граничат с”), “на расстоянии”, “cодержат”, “содержатся”, “полностью содержат”, “полностью содержатся в”, “перекрывают”, “пространственно равны” (рис).

Рисунок 4. Матрица девяти пересечений между двумя полигональными объектами A и B на плоскости (Egenhofer et al., 1989 ОПД): а – Объекты A и B не пересекаются (на расстоянии), б – Объект А содержит объект В (полностью содержит), в – Объект B внутри объекта A (полностью содержится внутри), г – Объект A пространственно равен объекту B, д – Объект A соприкасается (граничит) с объектом B, е – Объект A покрывает объект B, ж – Объект B покрыт объектом A, з - Объект A перекрывает объект B

Подобным образом могут описываться топологические операции между другими наборами пространственных объектов¹.

В ГИС MapInfo топологические условия в запросах определяются с помощью географических операторов Contains ("Содержит"), Contains Entire ("Полностью содержит"), Within ("Внутри"), Entirely Within ("Полностью внутри"), Intersects ("Пересекает"). Пример запроса на поиск объектов по топологическим условиям показан на рис.

рисунок 5. Поиск объектов по топологическим условиям: а - условие запроса, б – результат запроса

Распространенной операцией пространственного анализа в ГИС является наложение объектов разных картографических слоев (оверлей). Наложение слоев может выполняться как для векторных, так и для растровых объектов. Для векторных слоев применяются три основных типа наложения - точки на полигоны, линии на полигоны, полигоны на полигоны (рис из ДЗ).

Рисунок 6. Варианты наложения слоев в ГИС

Преимущества растрового наложения слоев (ГИСДЗ):

Возможность использования математических операций над изображениями

Различные варианты объединения данных и их анализа

Возможность использования карт в качестве переменных при записи формул для построения пространственных моделей

Примеры наложения полигональных слоев в MapInfo показаны на рис.

А	Б
В	Г
Д	Е

Рис. Наложение полигональных слоев (оверлей) в ГИС MapInfo: а – исходные картографические слои (лесоустроительный квартал и границы отвода делянки), б – таблица атрибутивных характеристик квартала, в – процесс выбора изменяемого объекта при наложении (функция “удалить внешнюю часть”), г – условие, д – результат функции “удалить внешнюю часть”, е – “удалить часть”, ж– результат функции “разрезать”

Оверлейные операции, подобные изображенным на рис., используются при внесении изменений в геоинформационные базы данных лесоустройства (переводе и изъятии земель, отводе лесосек, уточнении характеристик выделов после проведения лесохозяйственных мероприятий). Важной особенностью операций наложения слоев является возможность определения атрибутивных характеристик новых объектов (площадей, запасов, нумерации выделов) на основе существующих.

Рисунок 52. Выдела, входящие в текущее изменение. Синим – части выделов, вошедшие в ТИ (делянку), желтым – части выделов, затронутых изменением.

Таблица 10. Примеры пространственных запросов в ГИС (согласно ГОСТ ГОСТ Р 52438-2005)

Наименование пространственного запроса	Содержание	Примеры применения в ГИС лесного фонда
Объект в полигоне	поиск пространственных объектов внутри или вне области, образованной кругом, прямоугольником или фигурой произвольной формы	Поиск выделов внутри 1-км зоны вокруг населенных пунктов (водоемов, дорог, делянок)
Объект в базе	Поиск объектов в базе пространственных данных по их координатам или функциям от них	Поиск выделов, ближайших к заданной точке (перекрестку дорог, населенному пункту)
Оверлей топологический	Наложение двух или более полигональных объектов, в результате которого образуется новый слой, состоящий из фрагментов исходных полигональных объектов и наследующий их координатные, атрибутивные данные и топологические отношения	Определение характеристик частей выделов, попадающих в отводимую делянку (полосу отвода трассы автомобильной или железной дороги, ЛЭП, газопровода и пр.)
Оверлей графический	Графическая композиция, получаемая наложением двух или более слоев	Выявление мест пересечений лесных дорог и ручьев
Точка в полигоне	определения принадлежности точечного пространственного объекта полигональному объекту	Поиск кварталов (выделов), где работают лесозаготовительные бригады, обозначаемые на карте точками вручную или с помощью GPS
Линия в полигоне	определения принадлежности линейного пространственного объекта полигональному объекту	Выявление выделов, пересекаемых лесными дорогами
построение буферной зоны	Порождение полигонального объекта, граница которого образована линией, равноудаленной от точечного, линейного или полигонального объекта	Построение буферных зон вокруг водоемов, населенных пунктов, дорог

Контрольные вопросы к главе 5:

1. Цели пространственного анализа в ГИС

2. Пространственные операции с полевыми (растровыми) моделями данных в ГИС

3. Пространственные операции с объектными (векторными) моделями данных в ГИС

4. Оверлейные операции для векторных и растровых объектов.

4. ГИС-технологии в лесном хозяйстве и лесоустройстве РФ