Пример2. Преобразование карты в теоретическую систему координат

      Если исходная карта представлена в системе координат цифрования, ее картографическая проекция определена и отличается от проекции базовой карты, то сначала осуществляется преобразование исходной карты в ее теоретическую систему координат по опорным точкам с использованием преобразования плоскости и затеи преобразование в систему координат базовой карты. При этом необходимо использовать преобразование картографической проекции, требующее знания параметров обеих проекций и поддержки этих проекций используемым программным обеспечением. Проекция базовой карты выбирается при создании информационной системы, поэтому она поддерживается программным обеспечением, и ее параметры известны. Если проекции исходной карты, не поддерживается программным обеспечением, то следует использовать преобразования плоскости (полиномами высокой степени, если это необходимо). В качестве опорных точек используются узлы картографической или километровой сетки. Представление данных в единой системе координат позволяет затем приступить к составлению на основе этих данных новой карты с согласованными элементами содержания.       Для преобразования карты, созданной в одной геодезической системе координат, из плоской прямоугольной системы координат в другую плоскую прямоугольную систему координат, связанную с новой геодезической системой координат, вначале осуществляется преобразование перехода от координат исходной картографической проекции к исходной геодезической системе координат, после этого преобразование геодезической системы координат и затем преобразование в требуемую картографическую проекцию. Такая последовательность преобразований не всегда обязательна. Если требуется изменить геодезическую систему координат, а рассматриваемые проекции либо одинаковы, либо находятся в близком геометрическом соответствии (например, проекции Гаусса-Крюгера и UTM), возможно преобразование по опорным точкам.       Преобразования из базовой системы координат в системы координат создаваемых карт или иных требуемых массивов пространственных данных ограничены возможностями программного обеспечения. Поэтому при отсутствии необходимого преобразования приходится включать в технологическую цепочку дополнительный программный продукт, либо оригинальное программное обеспечение.       Пример 3 представляет растровое изображение в системе координат базовой карты, а также трансформированные в проекцию Красовского с измененным осевым меридианом и в косую перспективно-цилиндрическую ЦНИИГАиК (используются формулы обеих проекций). Все преобразования растровых изображений проводились с помощью ГИС ГеоГраф 2.0.

5. Система глобального позиционирования (gps): основные принципы работы, основные структурные компоненты. Дифференциальные gps.

////.структура ГПС

В основу базовой идеи данной технологии заложено использование динамических опорных ориентиров или реперов, образованных системой искусственных спутников Земли. Эти спутники вращаются вокруг Земли по шести орбитам с высотой порядка 20 тысяч километров и периодом обращения 12 часов. Орбиты расположены под углом около 60 градусов друг к другу, примерно так, как это показано на рисунке. Общее количество спутников равно 24 единицам, и они непрерывно излучают специальные навигационные радиосигналы в диапазоне около 1.5 ГГц. Благодаря такой структуре достигается относительно равномерное покрытие всей поверхности Земли искомыми радиосигналами.

Возможность использования спутников в качестве опорных реперов основана на том, что их орбиты весьма устойчивы, вследствие чего местоположение спутников в высокой степени известно и предсказуемо. Для "привязки" спутниковой системы к поверхности Земли в состав комплекса входит ряд наземных станций, производящих постоянный мониторинг орбит всех спутников и корректирующих информацию об их текущем местоположении. Все эти спутники и наземные станции образуют сеть NAVSTAR, по которой циркулируют необходимые навигационные данные.

Клиентская (или абонентская) часть системы – это высокочувствительные приёмники, объединённые с вычислительным блоком и различными модулями отображения информации. Принимая радиосигналы от доступных (то есть, находящихся в зоне прямой видимости) спутников, эти устройства пересчитывают полученные данные и в режиме реального времени определяют координаты своего местоположения. При этом, естественно, профессиональные и "бытовые" приёмники существенно отличаются – как по функциональным возможностям и точности вычислений, так и по стоимости.

Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т.н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет точность порядка 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются. Кроме того, есть несколько систем, которые посылают уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до десяти сантиметров. Дифференциальная поправка пересылается либо с геостационарных спутников, либо с наземных базовых станций, может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной.

В настоящее время (2009 год) существуют бесплатные американская система WAAS, европейская система EGNOS, японская система MSAS основанные на нескольких передающих коррекции геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см).

Запланировано создание системы коррекции для ГЛОНАСС под названием СДКМ.

6. Прикладное значение ГИС: использование ГИС в экологии, лесном хозяйстве, геологии

3. Деятельность человека постоянно связана с накоплением информации об окружающей среде, ее отбором и хранением. Информационные системы, основное назначение которых - информационное обеспечение пользователя, то есть предоставление ему необходимых сведений по конкретной проблеме или вопросу, помогают человеку решать задачи быстрее и качественнее. При этом одни и те же данные могут использоваться при решении разных задач и наоборот. Любая информационная система предназначена для решения некоторого класса задач и включает в себя как хранилище данных, так и средства для реализации различных процедур.

Информационное обеспечение экологических исследований реализуется главным образом за счет двух информационных потоков:

информация, возникшая при проведении экологических исследований;

научно-техническая информация по мировому опыту разработки экологических проблем по различным направлениям.

Общей целью информационного обеспечения экологических исследований является изучение информационных потоков и подготовка материалов для принятия решений на всех уровнях управления в вопросах выполнения экологических исследований, обоснования отдельных научно-исследовательских работ, а также распределения финансирования.

Поскольку объектом описания и изучения является планета Земля, и экологическая информация имеет общие черты с геологической, то перспективно построение географических информационных систем для сбора, хранения и обработки фактографической и картографической информации:

о характере и степени экологических нарушений естественного и техногенного происхождения;

об общих экологических нарушениях естественного и техногенного происхождения;

об общих экологических нарушениях в определенной сфере человеческой деятельности;

о недроиспользовании;

об экономическом управлении определенной территорией.

Географические информационные системы рассчитаны, как правило, на установку и подключение большого количества автоматизированных рабочих мест, располагающих собственными базами данных и средствами вывода результатов. Экологи на автоматизированном рабочем месте на основе пространственно привязанной информации может решить задачи различного спектра:

анализ изменения окружающей среды под влиянием природных и техногенных факторов;

рациональное использование и охрана водных, земельных, атмосферных, минеральных и энергетических ресурсов;

снижение ущерба и предотвращение техногенных катастроф;

обеспечение безопасного проживания людей, охрана их здоровья.

Все потенциально экологически опасные объекты и сведения о них, о концентрации вредных веществ, допустимых нормах и т.д. сопровождаются географической, геоморфологической, ландшафтно-геохимической, гидрогеологической и другими типами информации. Рассеянность и нехватка информационных ресурсов в экологии легла в основу разработанных ИГЕМ РАН аналитических справочно-информационных систем (АСИС) по проектам в области экологии и охраны окружающей среды на территории Российской Федерации АСИС «ЭкоПро», а также разработка автоматизированной системы для Московской области, призванной осуществить ее экомониторинг. Разница задач обоих проектов обуславливается не только территориальными границами (в первом случае это территория всей страны, а во втором непосредственно Московская область), но и по областям применения информации. Система «ЭкоПро» предназначена для накопления, обработки и анализа данных об экологических проектах прикладного и исследовательского характера на территории РФ за иностранные деньги. Система мониторинга Московской области призвана служить источником информации об источниках и реальном загрязнении окружающей среды, предотвращения катастроф, экологических мероприятиях в области охраны окружающей среды, платежах предприятий на территории области в целях экономического управления и контроля со стороны государственных органов. Так как информация по природе своей обладает гибкостью, то можно сказать, что и та, и другая система, разработанная ИГЕМ РАК может использоваться как с целью проведения исследований, так и для управления. То есть задачи двух систем могут переходить одна в другую.

Логическая обработка данных проб почвы и построение сводной карты загрязнения почвы химическими элементами.

Программа являлась развитием уже существующей версии программы “ТагЭко”, дополняет существующую программу новыми функциями. Для работы новых функций необходимы данные содержащиеся в предыдущей версии программы. Этим обусловлено использование методов доступа к данным разработанных в предыдущей версии программы. Используется функция для получения информации, хранящейся в базе данных. Это необходимо для получения координат каждой точки пробы, хранящейся в базе данных. Также используется функция для расчета величины аномального содержания химического элемента в ландшафте. Таким образом через эти данные и эти функции происходит взаимодействие предыдущей программы с подсистемой принятия решений. В случае изменения в базе данных значения пробы или координат пробы это будет автоматически учитываться в подсистеме принятия решений. Необходимо отметить, что при программировании используется динамический стиль выделения памяти и данные хранятся в виде односвязных, либо двусвязных списков. Это обусловлено тем, что заранее неизвестно количество проб или количество участков поверхности на которые будет разбита карта.

Построение карты качественной оценки влияния окружающей среды на человека.

Построение карты происходит согласно алгоритму, описанному выше. Пользователь указывает интересующую его область, а также шаг с которым будет производиться анализ карт. Перед началом обработки данных производится считывание информации из WMF файлов и формирование списков, элементами которых являются указатели на полигоны. Для каждой карты составляется свой список. Затем после формирования списков полигонов производится формирование карты загрязнения почвы химическими элементами. По окончании формирования всех карт и ввода исходных данных формируются координаты точек, в которых будет производиться анализ карт. Данные, получаемые функциями опроса заносятся в специальную структуру. Завершив формирование структуры программа производит ее классификацию. Каждая точка сетки опроса получает номер эталонной ситуации. Этот номер с указанием номера точки заносится в двусвязный список, чтобы потом можно было бы построить карту графически. Специальная функция анализирует этот двусвязный список и производит графическое построение изолиний вокруг точек, имеющих одинаковые классификационные ситуации. Она считывает точку из списка и анализирует значение номера ее ситуации с номерами соседних точек, и в случае совпадения объединяет рядом расположенные точки в зоны. В результате работы программы вся территория г.

Одним из важнейших применений ГИС-технологий являются си¬стемы ведения кадастров и, в первую очередь, — автоматизирован¬ная система государственного земельного кадаст-ра. Следует отме¬тить, что первые ГИС были разработаны в Канаде и Швеции в середи¬не 70-х годов именно для ведения кадастров земель и недвижимости.

Кадастр — это государственная система учета, классифика¬ции и оценки земель на основе топографической съемки границ участков собственности и ведения реестра участков и их владель¬цев. Целью централизованного ведения государственного земель¬ного кадастра яв-ляется обеспечение рационального использова¬ния и охраны земель, защита прав собствен-ников земли, земле¬владельцев, землепользователей и арендаторов, создание объек- тивной основы для установления нормативной цены, земельного налога и арендной платы.

Базовой единицей кадастра является кадастровый участок. Площадь и границы участка фигурируют в юридических докумен¬тах, закрепляющих права владельцев и пользователей участка. Они непосредственно определяют величину налоговых платежей, час¬то являются предметами споров и судебных разбирательств. Ис¬пользование ГИС-технологий позволяет существенно ускорить и упростить все технические процедуры, связанные с созданием и ведением кадастра. Создание единой системы кадастровых карт на территории средст-вами ГИС позволяет выявить и устранить про¬тиворечия в описаниях различных участков, выявить неучтенные земли или земли, используемые не по назначению, установить став¬ки налогов, обеспечивающие большие доходы в бюджеты разного уровня и более справедливое распределение налогового бремени. История развития автоматизированных систем земель-ного кадастра в конце XX века в России дала немало примеров, когда только благодаря вне-дрению ГИС-технологий налоговые сборы в отдельных городах удалось увеличить в не-сколько раз.

В соответствии с Законом РФ «О государственном земельном кадастре», рядом поста-новлений президента и правительства РФ на всей территории России принята единая госу-дарственная система регистрации сделок с земельными участками и создается единая ав-томатизированная система земельного кадастра (АСЗК), которая призвана обеспечить единую форму и технологию представления и ведения данных о землях. АСЗК имеет трех-уровневую структуру, включающую федеральный уровень, региональный уровень и уровень местных органов власти. На федеральном уровне реализуется государственная политика в области учета и использования земель. На региональном уровне в основном выполняются коордипирующие функции и обобщающие учетные функции. Основной учет на уровне уча-стков ведется на местном уровне земельными комитетами городских и районных органов управления.

Для удобства учета кадастровых участков их объединяют в кварталы, которые, в свою очередь, объединяются в массивы, и далее— в блоки. В результате образуется многоуровне-вая систе¬ма деления территории. В этой системе все объекты нижестоящих уровней ие-рархии нумеруются внутри вышестоящих объектов. В конечном итоге каждый участок имеет уникальный в пределахстраны кадастровый номер, который включает его порядко-вый номер внутри квартала, а также определяет его принадлежность к кварталу, массиву, блоку, городу (району) и региону. Все указанные объекты деления земель изображаются на кадастровых картах, которые создаются средствами ГИС.

Наряду с АСЗК в России создается система градостроительного кадастра, призванная вести учет зданий, сооружений, коммуникаций, объектов строительства. Эта система создается и поддерживается на местах органами архитектуры и градостроительства, на-ходящимися в структуре Госстроя РФ. По своим функциям данная система во многом ана-логична АСЗК. Существует тенденция к объединению земельного и градостроительного ка-дастра в имущественный кадастр, позволяющий вести учет и регистрацию объектов не-движимости и земли в единой информационной системе. Имеются положительные приме-ры реализации данного подхо¬да в отдельных городах России. Однако в масштабах страны дан¬ный подход пока не реализован в связи с отсутствием законода¬тельной базы и ведомст-венными противоречиями.

В настоящее время существуют и создаются и другие автома¬тизированные кадастро-вые системы, связанные с учетом природ¬ных ресурсов (лесов, вод, полезных ископаемых). Кроме того, можно выделить некоторый класс систем, которые технологически стро¬ятся по тем же принципам, что и кадастровые системы, но органи¬зуют учет в масштабе от-дельных предприятий и органов управле¬ния. Такие системы часто называют системами паспортизации.

Системы паспортизации создаются, например, для учета обо¬рудования и трубопроводов теплотрасс, кабелей и трансформато¬ров электросетей, дорог и мостов, а также других инженерных объек¬тов. Сегодня подобные системы уже не мыслятся без использова¬ния ГИС.

. Одной из наиболее отработанных технологий визуализации данных является 3D-моделирование на основе драпировки цифровой модели рельефа фотопланами (космо- и аэрофотоснимки) и геологическими схемами. Для целостного восприятия особенностей рельефа и показа взаимосвязей геологического строения и геоморфологических особенностей территории создается псевдотрехмерное перспективное изображение полигона в целом или отдельных его участков (драпировка рельефа фотопланом. олученные трехмерные модели рельефа дают возможность целиком увидеть различные геологические структуры, их форму и особенности залегания, что физически не всегда возможно увидеть на местности без применения различных технических средств. Кроме этого, для оперативного сопровождения геологической съемки целесообразным оказалось использование основы с теневым рельефом, на которой фиксируются текущие рабочие наблюдения. Подготовленные данные используются затем студентами третьего курса ГГФ НГУ при прохождении практики по геологическому картированию. На учебной практике осуществляется геоинформационное сопровождение геолого-съемочных работ на основе стационарного компьютерного класса. Для результирующей визуализации полученных геоданных используются многоцветные 3D-модели геокарты на теневом рельефе (рис 3). Такие модели позволяют адекватно сопоставлять геологическое строение картируемых участков с особенностями рельефа. Таким образом, перспективные модели местности, драпированные различными типами изображений, эффективно используются для обучения студентов структурной геологии и геологическому картированию. С развитием программно-аппаратного обеспечения обновляются и трехмерные модели, которые становятся более детальными, разнообразными по тематической насыщенности, более полными по списку решаемых учебных задач. Рассмотренные 3-D модели представляют собой учебные пособия нового поколения, которые оформляются не только в виде твердых копий, но также и в качестве компьютерных презентаций интерактивного характера.