Использование геоинформационных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание:

Введение

1. Задачи, решаемые ГИС

2. Связанные технологии

3. Картография и геоинформатика

Заключение

Содержание

Введение

В настоящее время значительное внимание уделяется вопросам охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Для их решения необходим комплексный подход, который требует использования больших объемов экологической, картографической и другой количественной информации о состоянии компонент природной среды, что практически невозможно без применения развитых методов и средств информатики. Наиболее перспективными методами обработки и усвоения подобных объёмов информации, на сегодняшний день, являются методы, основанные на использовании компьютерных геоинформационных технологий. Использование геоинформационных систем (ГИС), позволяющих проводить одновременный анализ многомерных данных с использованием цифровых карт, упрощает процедуры экологического прогноза и оценку комплексного воздействия на природную среду, делает возможным оперативное выявление аномалий и принятие необходимых мер для их устранения.

Задачи математического моделирования процессов, происходящих в окружающей среде, требуют визуализации расчетных данных. Современные информационные системы, в частности ГИС, позволяют эту визуализацию осуществить, причем обмен данными между моделями и ГИС может быть двунаправлен. Начальные условия для модели, в частности, координаты объектов, могут быть получены из ГИС - систем.

В свою очередь, ГИС - системы отображают результаты моделирования. В настоящее время накоплен опыт в области связывания математической модели с геоинформационной системой, и такие разработки уже достаточно широко распространены. Однако существует необходимость в разработке инструмента для связывания моделей и ГИС, обладающего расширяемостью, то есть не привязанного к конкретной модели и/или конкретной географической области.

Очень важно разработать универсальный интерфейс для обмена данными между математическими моделями и ГИС. Разработав такой интерфейс, его можно использовать для обмена данными с любой моделью. Для обеспечения взаимодействия между моделями и ГИС средствами упомянутого интерфейса, необходимо промежуточное звено - компьютерное приложение. Приложение должно иметь возможность работать с данными, хранящимися в геоинформационной системе.

1. Задачи, решаемые ГИС

ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняет пять процедур (задач) с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы и называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо, при сравнительно небольшом объеме работ, данные можно вводить с помощью дигитайзера. Некоторые ГИС имеют встроенные векторизаторы, автоматизирующие процесс оцифровки растровых изображений. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.

Манипулирование. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи.

Управление. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД), специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС 23 наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, как ГИС, так и не ГИС приложениях.

Запрос и анализ. При наличии ГИС и географической информации, Вы сможете получать ответы как на простые вопросы (Кто владелец данного земельного участка? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты? Где расположена данная промзона?), так и на более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы (Где есть места для строительства нового дома? Каков основный тип почв под еловыми лесами? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). Запросы можно задавать как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и посредством развитых аналитических средств. С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу "что будет, если…". Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией. Он помогает ответить на вопросы типа: Сколько домов находится в пределах 100 м от этого водоема? Сколько покупателей живет не далее 1 км от данного магазина? Какова доля добытой нефти из скважин, находящихся в пределах 10 км от здания управления данного НГДУ? Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о почвах, уклоне, растительности и землевладении со ставками земельного налога.

Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных 24 в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались на столетия. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

2. Связанные технологии

ГИС тесно связана с рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не существует единой общепринятой классификации информационных систем, приведенное ниже описание должно помочь дистанцировать ГИС от настольных картографических систем (desktop mapping), систем САПР (CAD), дистанционного зондирования (remote sensing), систем управления базами данных (СУБД или DBMS) и технологии глобального позиционирования (GPS).

Системы настольного картографирования используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является базой данных. Большинство систем настольного картографирования имеет ограниченные возможности управления данными, пространственного анализа и настройки. Соответствующие пакеты работают на настольных компьютерах - PC, Macintosh и младших моделях UNIX рабочих станций.

Системы САПР способны создавать чертежи проектов, планы зданий и инфраструктуры. Для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными параметрами. Они основываются на небольшом числе правил объединения компонентов и имеют весьма ограниченные аналитические функции. Некоторые системы САПР расширены до поддержки картографического представления данных, но, как правило, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять и анализировать большие базы пространственных данных.

Дистанционное зондирование и GPS. Методы дистанционного зондирования - это искусство и научное направление для проведения измерений земной поверхности с использованием сенсоров, таких как различные камеры на борту летательных аппаратов, приемники системы глобального позиционирования или других устройств. Эти датчики собирают данные в виде наборов координат или изображений (в настоящее время преимущественно цифровых) и обеспечивают специализированные возможности обработки, анализа и визуализации полученных данных. Ввиду отсутствия достаточно мощных средств управления данными и их анализа, соответствующие системы в чистом виде, то есть без дополнительных функций, вряд ли можно отнести к настоящим ГИС.

Системы управления базами данных (СУБД) предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные. СУБД оптимизированы для подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка СУБД. Эти системы в массе своей не имеют сходных с ГИС инструментов для анализа и визуализации.

Системы спутниковой навигации: ГЛОНАСС и GPS. Практическое ориентирование на местности с помощью спутниковых навигаторов.

геоинформационный картопостроение данные

3. Картография и геоинформатика

Одно из распространенных определений ГИС звучит следующим образом: «Географическая информационная система (ГИС) определяется как программно-аппаратный комплекс, способный вводить, хранить, обновлять, манипулировать, анализировать и выводить все виды географически привязанной информации».

Структура ГИС, как правило, включает четыре обязательные подсистемы:

- Ввода данных, обеспечивающую ввод и/или обработку пространственных данных, полученных с карт, материалов и т.д.

- Хранения и поиска, позволяющую оперативно получать данные для соответствующего анализа, актуализировать и корректировать их;

- Обработки и анализа, которая дает возможность оценивать параметры, решать расчетно-аналитические задачи;

- Представления (выдачи) данных в различном виде (карты, таблицы, изображения, блок-диаграммы, цифровые модели местности и т.д.)

Таким образом, создание карт в круге «обязанностей» ГИС занимает далеко не первое место. Это вполне понятно - для того, чтобы получить твердую копию карты совершенно не нужна большая часть функций ГИС, или они применяются опосредовано. Тем не менее, как в мировой, так и в отечественной практике, ГИС широко используются именно для подготовки карт к изданию и, в меньшей степени, для аналитической обработки пространственных данных или управления потоками товаров и услуг. Под изданием, в данном случае, понимается получение твердой копии любым способом, необязательно офсетным.

Использование ГИС в картопостроении порождает как новые возможности, так и новые проблемы. Сначала рассмотрим характерные черты издания карт до начала применений компьютерных технологий. Традиционный способ подготовки карт к изданию включал несколько этапов коррекции и контроля качества, как содержания, так и формы представления (символизации). Само производство характеризовалось длительным сроком и высокой трудоемкостью. Все этапы контроля информации были ручными и требовали штата квалифицированных редакторов. На подготовку таких специалистов уходили годы ГИС значительно ускоряет многие этапы подготовки карт.

Проанализируем этапы подготовки карт с помощью ГИС

1. Подготовка цифровых моделей карт. Необходимые операции на этом этапе включают подготовку (выбор) математической основы (проекции), базовых слоев (как правило, это элементы основы) и тематических слоев. Обязательным условием получения качественной цифровой модели должно быть наличие процедур автоматической верификации всех слоев (геометрии и атрибутики). К сожалению, на протяжении ряда лет наблюдается либо полное отсутствие таких процедур, либо их зачаточное состояние. Действующие стандарты на цифровое представление картографической информации подробно описывают атрибутивную часть (классификатор), но часто не предусматривают требований на топологические соотношения различных слоев, либо только декларируют такие требования. Более того, модели данных, заложенные в ряде действующих требований и стандартов (например, в МПР РФ), затрудняют создание таких процедур. Средства и формы представления картографической информации в ГИС также не обеспечивают полного топологического контроля. Автор возлагает определенные надежды на возможности, заложенные в новых продуктах ESRI - объектное представление и задание «правил поведения» объектов. Однако пока не было представлено ни одной разработки, обеспечивающей полную верификацию цифровой модели. Был представлен ряд упрощенных моделей данных для линейных сетей, состоящих из различных элементов (нефтепроводы, инженерные сети), но пока нет модели, включающей большое количество разнообразных типов объектов, связанных между собой и по геометрии, и по атрибутике.

2. Символизация цифровой модели (подготовка полотна карты). Этот этап содержит, прежде всего, назначение стилей отрисовки для различных картографических элементов и автоматическое присвоение стилей объектам карты в зависимости от атрибутов. Наличие фиксированных наборов символов для отображения картографических элементов, с одной стороны, ускоряет получение макетов, с другой стороны, эти наборы символов достаточно бедны для отображения всего разнообразия картографических элементов. Разработка новых символов бывает затруднена и трудоемка, сама кажущаяся легкость картопостроения в ГИС не располагает к кропотливой работе по созданию новых символов. Часть символов, необходимых для полной передачи атрибутивной информации по объекту, создать средствами формирования символов ГИС просто невозможно (например, многоцветный маркер). Приходится пользоваться графическими элементами, что затруднительно по сравнению с графическими пакетами общего назначения. Также не реализована символизация объекта по нескольким атрибутам одновременно. Механизм, заложенный в ArcMap, не является полноценным паллиативным решением, работающим через полное произведение значений атрибутов. Цифровая модель и полотно карты для визуализации или печати - далеко не одно и то же. Размещение многочисленных текстовых элементов на карте делается вручную. Отдельные приложения для автоматического размещения подписей в ГИС распространены мало, а имеющиеся в составе ГИС не дают качественного результата и требуют ручной коррекции. Кроме того, многие элементы цифровой модели подвергаются при визуализации смещению, разрежению или снятию. Типичный пример - подписи изолиний и сгущения изолиний. Эти редакции, в основном, делаются вручную.

3.Зарамочное оформление. Значительная часть проблем с подготовкой карт только начинается с завершением подготовки полотна карты. Зарамочное оформление включает самые разнообразные графические элементы. В этом случае инструментарий, предлагаемый большинством ГИС (продукты ESRI не исключение), совершенно недостаточен. Необходимо создание надстроек и пользовательских приложений для ГИС для построения элементов зарамочного оформления. Автор знаком как минимум с пятью версиями построения рамки топоосновы для проекции Гауса-Крюгера, написанными на Avenue. Широко известен инструментарий, созданный Е. Ханжияном в 1996 г., для оформления геологических карт. Есть и много новых разработок. Это говорит прежде всего о том, что базовые средства ArcView совершенно недостаточны для оформления карты. Любой графический векторный редактор значительно превосходит любую ГИС по возможностям и удобству редактирования графики (растровой и векторной). Наиболее распространенный вариант - передача полотна карты тем или иным способом в графический редактор общего назначения (CorelDraw, Adobe Illustrator, FreeHand). Единичны случаи подготовки карт к полиграфическому изданию полностью в среде ГИС.

4. Подготовка и печать твердой копии. Последний этап при подготовке твердой копии включает прямую печать макета на принтерах или получение промежуточного графического файла (обычно на языке PostScript) для последующей растеризации и вывода. Карты отличаются большим объемом векторной информации, что часто вызывает проблемы на этапе растеризации (в драйвере устройства, на программном или аппаратном растеризаторе). К сожалению, отмечается низкое качество PostScript-файлов, получаемых с помощью экспорта в ArcView и ArcInfo. Так, при наличии в Виде растровых тем, корректный PostScript получить нельзя. Постоянно возникают проблемы с растровыми и векторными образцами для заполнения векторных полигональных объектов. Также следует отметить отсутствие режимов предварительного просмотра и недостаточное количество сервисных функций при выводе на печать.

Заключение

Вышеизложенное не является призывом к отказу от ГИС в картографии, а лишь обращает внимание на те проблемы, которые возникают при их использовании. Следует более четко определить место ГИС в процессе картосоставления и издания. Возможны два различных пути развития:

1. Обеспечение полной технологической цепочки в ГИС. Это потребует существенного совершенствования средств редактирования и графического оформления, приведения средств графического редактирования к сложившимся стандартам. На мой взгляд, это возможно для ограниченного числа относительно однородных и сильно формализованных по оформлению карт.

2. Обеспечение более тесной интеграции с программным обеспечением общего и специального назначения (например, графические редакторы и растровые процессоры).

Это позволит сосредоточиться на «прямых» обязанностях ГИС - получении корректной цифровой модели, но, в то же время, потребует доработки существующих средств конвертации данных.

Список использованной литературы:

1.https://ru.wikipedia.org/wiki

2. http://www.tadviser.ru/index.php

3. http://moslesproekt.roslesinforg.ru

4. http://wiki.mvtom.ru/index.php

Размещено на Allbest.ru