Геоинформационные системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Концепция ГИС

Географические информационные системы (ГИС) - это информационные системы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку, отображение и распространение данных, а также получение на их основе новой информации и знаний о пространственно-координированных явлениях.

Географическая информация представляется в виде серии наборов географических данных, которые моделируют географическую среду посредством простых обобщенных структур данных. ГИС включает наборы инструментальных средств для работы с географическими данными.

Сущность ГИС: Карта + БД + анализ

Геоданные (пространственные и геопространственные) - данные о б объектах и явлениях окружающей среды, требующие представление в координатно-временной форме.

Объект - совокупность предметов, понятий, свойств или других элементов некоторого множества (могут иметь дискретный, линейный и площадной характер локализации).

Геоинформатика - область науки, техники и технологии, изучающая структуру, общие свойства и закономерности геоданных, а также методы и процессы проектирования, создания, эксплуатации и использования пространственных ИС.

ГИС - инф. системы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку и распределение данных, а также получение на их основе новой инфы и знаний о пространственно-координатных являениях.

ГИС = Электронная карта + База Данных + Анализ

Географическая информация представляется в виде серий наборов географических данных которые моделируют географическую среду посредством простых обобщенных структур данных. Вид Базы Геоданных: ГИС это пространственная база данных содержащая наборы данных, которые представляют географическую информацию в контексте общей модели данных ГИС: векторные объекты, растры, топология сети и т. д.. Могут быть построены разные виды карт, и они могут использоваться для поддержки запросов анализа и редактирования информации.

2. История и современные тенденции развития ГИС

В истории развития геоинформационных систем выделяют четыре периода

1й Пионерный период (поздние 1950е - ранние 1970е гг.)

· исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы

2й Период государственных инициатив (ранние 1970е - ранние 1980е гг.)

· развитие крупных геоинформационных проектов, поддерживаемых государством, формирование государственных институтов в области ГИС, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп

3й Период коммерческого развития (ранние 1980е - настоящее время)

· широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение оьласти их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление значительного числа непрофессиональных пользователей; системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределеные базы геоданных

4й Пользовательский период (поздние 1980е - настоящее время)

· повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и "открытость" программных средств позволяет пользователям самим адаптировать, использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских "клубов", телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

ГИС - инф. системы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку и распределение данных, а также получение на их основе новой инфы и знаний о пространственно-координатных являениях.

Появление - 60 годы в США. Земельная информационая система штата Минесота для сбора налогов.

В 90-х произошло совершенствование методов сбора данных, повышени еочности инфы и появление возможности построения 3D-моделей.

с 1998 года и по наши дни происходит развитие открытых ГИС.

Первые компании:

В 1969 - ESRI - ArcGIS

Integraph Corporation - GeoMedia

1963-1971 - Канадская ГИС (CGIS) и появление в ей анализа данных и получение статистики.

середина 60-х - OSU-MAP - бесплатная ГИС на DOS.

DSW (digital chart of the world) - векторная цифровая карта мира. Набор слоев.



3. Развитие ГИС. Классификация ГИС

По функциональным возможностям ГИС подразделяются:

- наполнофункциональные общего назначения;

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

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

Функциональность ГИС определяется также архитектурным принципом их построения:

- закрытые системы не имеют возможностей расширения, они способны выполнять только тот набор функций, который однозначно определен на момент покупки;

- открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования).

По пространственному (территориальному) признаку ГИС подразделяются:

- на глобальные (планетарные);;

- общенациональные;

- региональные;

- локальные (в том числе муниципальные).

По проблемно-тематической ориентации:

- общегеографические;

- экологические и природопользовательские;

- отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, туризма, транспорта и т. д.).

По способу организации географических данных:

- векторные;

- растровые;

- векторно-растровые.

1) Пионерный этап - с конца 50-х по начало 70-х

Исследование возможностей пограничных оластей знаний и технологий и первые теоритические работы.

2) Период государственных инициатив - ранние 70-е по ранние 80-е.

Развитие Развитие геоинформационных проектов поддерживаемых государством. Формирование институтов в области ГИС.

3) Период коммерческого развития - начало 80-х по настоящее время.

Развитие ПО ГИС. Расширение област применения за счет интеграции с базами непространственных данных. Появление сетевых приложений.

4) Пользовательский период - поздние 80-е по настоящее время.

Появление открытых программных средств. начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

Классификая ГИС:

1) по назначению - многоцелевые, исследовательские и учебные.

2) По проблемной ориентации - экологические, социально-экономические и другие.

3) По способу организации геоданных - векторные и растровые.

4. Пространственная и непространственная информация

Пространственные данные описывают пространственную структуру объектов включая их форму и положение относительно друг друга в пространстве. Обычно пространственные взаимоотношения между отдельными точечными, линейными и полигональными объектами определяются через соответствующую систему координат связывающую их положение с реальным миром. Пространственные данные могут быть представлены как растровые (пиксели) или векторные (полигоны/площади, линии, точки) объекты.

ОСОБЕННОСТИ: послойный принцип организации данных

Основные понятия:

Метаданные-данные о данных

Модель данных- совокупность принципов организации данных
Структура данных- организационная схема данных в соответствии с которой они упорядочены в целях интерпретации и обработки (файловая, реляционная(таблица), иерархическая, сетевая объектно-ориентированная и объектно-реляционная)

Растровая и векторная модели данных

Векторное представление информации

· Точечные объекты дискретны

· Линейные объекты(дуги) одномерны

· Полигоны(области)-двумерные объекты имеющие длину и ширину

Растровое представление информации

Гриды - содержат расчетные данные и часто используются для анализа и моделирования

Модель TIN - реальный мир представлен в виде сети связанных треугольников, начерченных между неравномерно распределенными точками, заданными координатами x,y,z

Атрибутивные данные

Атрибуты - непространственная информация, хранятся как наборы чисел и символов в таблицах

Описывает информацию определенных пространственных объекта

Непространственные данные:

1) Метаданные - данные о данных

2) Атрибутивные данные - атрибуты - информация, хранящаяся в виде наборов чисел и символов в таблицах.

3) Грид -набор точек, где каждый пиксел имеет собственный цвет, который несет определенную информацию.

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ДАННЫЕ:

-- данные о пространственных объектах и их наборах.

Совокупность пространственных данных, записанных (сохранённых) тем или иным образом, называется пространственной базой данных (англ. spatial database).

1) ТОчка;

2) Линия;

3) Полигон.

5. Составные части ГИС

Составные части ГИС

Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.

Аппаратные средства.

Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

Программное обеспечение ГИС.

ПО ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам и функциям.

Данные.

Это вероятно наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных

Исполнители.

Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

Методы.

Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

6. Аппаратные и программные средства ГИС

К основным компонентам ГИС относят: аппаратные и программные средства, информационное обеспечение.

Аппаратные средства - это комплекс аппаратных средств, применяемых при функционировании ГИС. К ним относятся рабочая станция (персональный компьютер), устройства ввода-вывода информации, устройства обработки и хранения данных, средства телекоммуникации.

Программные средства - программное обеспечение (ПО) для реализации функциональных возможностей ГИС. Оно подразделяется на базовое и прикладное ПО.

Базовые программные средства включают: операционные системы (ОС), программные среды, сетевое программное обеспечение, системы управления базами данных, а также модули управления средствами ввода и вывода данных, систему визуализации данных и модули для выполнения пространственного анализа.

К прикладному ПО относятся программные средства, предназначенные для решения специализированных задач в конкретной предметной области. Они реализуются в виде отдельных модулей (приложений) и утилит (вспомогательных средств).

Программные средства любой ГИС обязательно включают в себя две основные части - графический редактор и СУБД.

Информационное обеспечение - совокупность массивов информации, систем кодирования и классификации информации. Особенность хранения пространственных данных в ГИС - их разделение на слои. Многослойная организация электронной карты, при наличии гибкого механизма управления слоями, позволяет объединить и отобразить гораздо большее количество информации, чем на обычной карте.

7. Координатная система. Картографическая проекция и ее классификация

Система координат определяет единицы измерения, которые используются для определения положения объекта на двумерной поверхности, и начало координат для этой системы единиц.

Виды:

1) Географическая СК (Двухосный эллипсоид вращения + датум)

Двухосный эллипсоид вращения является наиболее удобной математической ссылочной поверхностью (более простая математическая форма).

Датум - это размеры эллипсоида, принятого за основу в данной стране (референц эллипсоид) плюс коэффициенты (смещение и поворот) для совмещения с территорией данной страны.

Датум задает начало отсчета и ориентацию для линий широты и долготы. Датум - это набор параметров и контрольных точек.

Список датумов, использующихся в настоящее время:

· WGS84 - глобальный датум. Используется в GPS.

· Пулково-42 (СК-42) - локальный датум.

· ПЗ-90 (Параметры Земли-90) - глобальный датум. Используется для РФ (с 2012 г.)

· NAD-83 - локальный датум для североамериканского континента.

2) Спроецированная СК - прямоугольная система, с началом координат в определенной точке, чаще всего имеет координаты (0,0)

Связана с географическим набором специальных формул - проекций.

Геоид - это поверхность мирового океана, мысленно продолженная под сушу.

Картографическая проекция используется для перевода положения на поверхности Земли (почти сферическая поверхность) на плоскую поверхность карты.

Проекции - для отображения на поверхности.

Типы проекций:

1) Цилиндрическая (перевод на цилиндрическую поверхность)

2) Коническая (перевод на коническую поверхность)

3) Азимутальная (перевод на касательную плоскость сфероида)

Проекции по характеру искажений:

1. Равноплощадные - отсутствуют искажения площадей

2. Равноугольные - отсутствуют искажения углов (следовательно, и формы)

3. Равнопромежуточные - отсутствуют искажения длин (расстояния)

Универсальная Поперечная проекция Меркатора (UTM), в России - проекция Гаусса-Крюгера

ITRF - «Международная система отсчета»

Схема. Проектирование данных.

Эллипсоид Датум

Географическая система координат

Проекция

Прямоугольная система координат

Система координат - определяет единицы измерения, которые используются для определения положения объекта на двумерной поверхности, и начало координат для этой системы единиц.

Датум - это размеры эллипсоида, принятого за основу плюс коеффициенты, характеризющие его смещение и поворот, для совмещения с территорией.

WGS84 - для GPS

ПЗ-90 - основной в РФ.

Географическая система координат - эллипсоид + датум.

Спроектированная система координат - прямоугольная система с началом координат в определенной точке.

Типы картографических проекций:

1) циллиндрическая;

2) кОНИЧЕСКАЯ;

3) Азимутальная.

По характеру искажений:

1) равноплощадные;

2) равноугольные;

3) равопромежуточные.

Универсальная поперечная проекция Меркатора (UTM).

Эллипсоид + датум = географическая систем акоординат => проекция => проямоугольная система координат.

8. Модели данных ГИС. Их основные характеристики

Модели данных ГИС описывают цифровое представление и взаимосвязи географических объектов, что является логическим описанием выбранных объектов реального мира. Логическим в смысле адекватного структурированного восприятия объектов как человеком, так и компьютером, то есть модели данных ГИС описывают также служебную информацию, необходимую для эффективной компьютерной обработки географических объектов. До последнего времени в ГИС наиболее употребительны были несколько различных моделей данных для определенных областей применения, например, векторные, растровые, триангуляционные и другие модели данных (табл. 1).

Таблица 1

Модели данных для различных областей применения Модель данных

Применение САПР (CAD)-	Инженерное проектирование
Графическая (нетопологическая)	-Простое картирование ;
Растровые изображения-	Обработка изображений
Растровая / ГРИД -	Пространственный анализ и моделирование
TIN	Анализ и моделирование местности/ поверхности
Геореляционная-	Обработка геоданных по геометрическим объектам ;
Объектная	- Обработка геоданных по настроенным объектам с "поведением" ;
Объектно-компонентная ("геобаза данных") -	Расширяемые средства обработки геоданных по настроенным объектам с "поведением"

модель данных - совокупность принципов организации данных.

Файловые модели данных:

1) Шейп-файлы - *.shp - популярный векторный формат географических данных, не сораняющий топологию.

2) Покрытия - радиционный формат для обработки сложных геоданных.

3) База геоданных - таблица где каждый объект представлен как строка таблицы.

9. Топологические отношения(то). Виды

Топологические отношения в ГИС позволяют описывать связанность и отделимость точек или линий, определяющих взаимосвязи объектов в слое. Топологические отношения являются одним из наиболее полезных видов отношений, поддерживаемых пространственными базами данных. Топологическая структура данных определяет, где и как точки и линии соединяются в узлах на карте. Порядок соединения определяет форму дуги или полигона.

Топология (греч. - место, logos - наука) - раздел математики, который приближен к геометрии.

Виды:

-Объектные топологии

Внутриобъектные топологические отношения.

Межобъектные топологические отношения:

Узловые топологические отношения.

Межобъектные топологические отношения в пределах одного слоя

Межслойные топологические отношения между объектами

Топологические межобъектные ресурсные связи

-Концептуальные топологические отношения (отношения между классами объектов, а не между экземплярами).

-Псевдотопология

10. Геоинформационная система ArcGIS

ArcGIS входит в семейство программных продуктов американской компании ESRI, одного из лидеров мирового рынка геоинформационных систем (ГИС).

ArcGIS позволяет визуализировать большие объёмы статистической информации, имеющей географическую привязку. В ArcGIS создаются и редактируются карты любого масштаба: от планов земельных участков до полной карты мира.

11. Форматы данных в ArcGIS.

Список поддерживаемых в ArcGIS форматов данных

Сервисы геокодирования ArcGIS for Server	Сервисы геокодирования ArcGIS for Server
Сервисы глобуса ArcGIS for Server	Сервисы глобуса ArcGIS for Server
Сервисы изображений ArcGIS for Server	Сервисы изображений ArcGIS for Server
Картографические сервисы ArcGIS for Server	Картографические сервисы ArcGIS for Server
Покрытия	Покрытия
Векторные сервисы ArcIMS	Векторные сервисы ArcIMS
Картографические сервисы ArcIMS	Картографические сервисы ArcIMS
DGN	DGN
DWG	DWG
DXF	DXF
Базы геоданных (файловая база геоданных, персональная база геоданных и база геоданных ArcSDE).	Базы геоданных (файловая база геоданных, персональная база геоданных и база геоданных ArcSDE).
OGC WCS сервисы	OGC WCS сервисы
OGC WMS сервисы	OGC WMS сервисы
Таблицы OLE DB	Таблицы OLE DB
Покрытия PC ARC/INFO	Покрытия PC ARC/INFO
Растры, в том числе · ADRG Image (.img) · Растр ArcSDE · DTED уровней 0, 1 и 2 (.dt*) · Esri Grid · Hierarchical Data Format (HDF) · LizardTech MrSID и MrSID Gen 3 (.SID) · National Imagery Transmission Format (NITF) (.ntf) · Tagged Image File Format, TIFF (.TIF) Полный список форматов см. Поддерживаемые форматы наборов растровых данных.	Растры, в том числе · ADRG Image (.img) · Растр ArcSDE · DTED уровней 0, 1 и 2 (.dt*) · Esri Grid · Hierarchical Data Format (HDF) · LizardTech MrSID и MrSID Gen 3 (.SID) · National Imagery Transmission Format (NITF) (.ntf) · Tagged Image File Format, TIFF (.TIF) Полный список форматов см. Поддерживаемые форматы наборов растровых данных.
SDC	SDC
SDE Слои	SDE Слои
Шейп-файлы (.SHP)	Шейп-файлы (.SHP)
Текстовые файлы (.txt)	Текстовые файлы (.txt)
Файлы Excel (.XLS)	Файлы Excel (.XLS)
TIN	TIN
VPF	VPF
ADS	ADS
AGF	AGF
DFAD	DFAD

Шейп-файл - это простой, нетопологический формат для хранения геометрического местоположения и атрибутивной информации географических объектов. Географические объекты могут быть представлены точками, линиями или полигонами (площадями). Рабочая область, содержащая шейп-файлы, может также содержать таблицы dBASE, которые могут хранить дополнительные атрибуты, доступные для соединения с объектами шейп-файла.

Набор данных представления поверхностей (terrain) - это созданная на основе TIN поверхность с переменной разрешающей способностью, построенная на основе измерений, сохраненных в виде пространственных объектов базы геоданных. Они обычно создаются лидарами, сонарами и фотограмметрическими источниками. Наборы данных Terrain относятся к базе геоданных, в наборах данных объектов с объектами, используемыми для их создания.

Покрытие - это геореляционная модель данных, хранящая векторные данные. Оно содержит и пространственную привязку (местоположение), и атрибутивные (описательные) данные для географических объектов. Покрытия используют набор классов пространственных объектов для представления географических объектов. Каждый класс пространственных объектов хранит набор точек, линий (дуг), полигонов или аннотаций (текста). Покрытия обладают топологией, которая определяет отношения между объектами.

ArcGIS позволяет работать со многими форматами данных из различных источников. Перечислим некоторые поддерживаемые форматы данных.

Список поддерживаемых в ArcGIS форматов данных:

Основные:

- Базы геоданных (файловая база геоданных, персональная база геоданных и база геоданных ArcSDE)

- Таблицы OLE DB

- Покрытия PC ARC/INFO

- Растры, в том числе

- ADRG Image (.img)

- Растр ArcSDE

SDE Слои

Шейп-файлы (.SHP)

Текстовые файлы (.txt)

Файлы Excel (.XLS)

Все:

Сервисы геокодирования ArcGIS for Server

Сервисы глобуса ArcGIS for Server

Сервисы изображений ArcGIS for Server

Картографические сервисы ArcGIS for Server

Покрытия

Векторные сервисы ArcIMS

Картографические сервисы ArcIMS

DGN

DWG

DXF

Базы геоданных (файловая база геоданных, персональная база геоданных и база геоданных ArcSDE).

OGC WCS сервисы

OGC WMS сервисы

Таблицы OLE DB

Покрытия PC ARC/INFO

Растры, в том числе

ADRG Image (.img)

Растр ArcSDE

DTED уровней 0, 1 и 2 (.dt*)

Esri Grid

Hierarchical Data Format (HDF)

LizardTech MrSID и MrSID Gen 3 (.SID)

National Imagery Transmission Format (NITF) (.ntf)

Tagged Image File Format, TIFF (.TIF)

SDC

SDE Слои

Шейп-файлы (.SHP)

Текстовые файлы (.txt)

Файлы Excel (.XLS)

TIN

VPF

ADS

AGF

DFAD

DIME

DLG

ETAK

GIRAS

IGDS

IGES

MIF

MOSS

SDTS (точка, растр и вектор)

SLF TIGER (through v2002)

Sun Raster

геоинформационный система информация программный

12. База геоданных(БГ). Виды БГ

База геоданных - это "контейнер", использующийся для хранения совокупности наборов данных. Существует три типа баз геоданных:

Файловые базы геоданных - хранятся как папки в файловой системе. Каждый набор данных хранится в виде файла, который может увеличиваться вплоть до 1 ТБ по размеру. Этот тип БГД рекомендуется использовать вместо персональных баз геоданных.

Персональные базы геоданных - все наборы данных хранятся в виде файла базы данных Microsoft Access, который имеет ограничение по размеру в 2 ГБ.

Базы геоданных ArcSDE также известны как многопользовательские базы геоданных. Хранятся в реляционной базе данных с использованием Oracle, Microsoft SQL Server, IBM DB2, IBM Informix или PostgreSQL. Эти многопользовательские базы геоданных требуют использования ArcSDE и могут быть не ограничены по размеру и количеству пользователей.

13. База данных XML

Язык XML (от англ. eXtensible Markup Language - расширяемый язык разметки) предназначен для хранения структурированных данных. Данные, хранящиеся в формате XML, можно передавать между программами.

Поскольку данные в XML структурированные, в некоторых случаях использование этого формата может заменить базы данных. Манипулирует документами, а не таблицами.

XML-БД обеспечивают существенно более высокую скорость выполнения транзакций, в том числе через интернет, что обусловлено, с одной стороны, меньшими затратами на преобразования данных и, с другой стороны, известным своей эффективностью способом управления памятью как B-деревом.

XML-БД характеризуются высокой скоростью разработки приложений, что обусловлено унификацией данных, методов их обработки и, конечно же, естественностью их представления.

14. Организация работы с пространственной информацией в ArcCatalog

Приложение ArcCatalog используется для организации, работы и управления географической информацией в рабочих областях и базах геоданных. Рабочие области - это папки с файлами на диске, которые используются для организации ваших данных - документов карт, изображений, файлов данных, моделей геообработки, слоев, баз геоданных и т.д. Рабочие области являются простым способом организации и совместного использования логических наборов информации ГИС.

Базы геоданных - это собрания наборов географических данных разных типов, которые используются в ArcGIS. Есть несколько вариантов хранения информации базами геоданных:

· Файловая база геоданных - Папка с файлами на диске

· Персональная база геоданных - Файл базы данных Microsoft Access (.mdb)

· СУБД (Oracle, SQL Server, Informix, DB2 или PostgreSQL)

ArcCatalog представляет эти данные в виде "древовидной структуры каталога", чем облегчает работу с ними. Он является своего рода аналогом Проводника Windows, предназначенным для работы с документами и наборами данных ArcGIS.

ArcCatalog позволяет найти, просмотреть, задокументировать и организовать географические данные и создавать сложные базы геоданных для хранения этих данных.

ArcCatalog предоставляет структуру для организации хранения больших объемов разнотипных данных ГИС.

Разные представления помогают найти нужные данные, хранятся ли они в файле, персональной базе геоданных или в удаленной СУБД, доступной через ArcSDE.

15. Работа с географическими данными в ArcMap

ArcMap позволяет вам работать со всеми вашими географическими данными в картах, независимо от формата или размещения лежащих в основе данных. С ArcMap Вы можете собрать карту быстро из предопределенных слоев или Вы можете добавить данные из покрытий (coverages), шейпфайлов (shapefiles), базы геоданных (geodatabases), сеток (grids), сети нерегулярной триангуляции (TIN), изображений (images) и таблиц (tables) координат или адресов.ArcMap представляет географическую информацию как набор слоёв и прочих элементов в виде карты. В ArcMap есть два способа работы с картой: вид данных и вид компоновки.

Вид данных используется, когда вы хотите просмотреть карту и поработать с географической информацией, как с серией слоев. Вид компоновки представляет собой страницу, на которой размещены элементы карты (фреймы данных, масштабная линейка, заголовок и т.п.), подготовленную для печати и публикации.

ArcMap позволяет создавать карты и работать с ними. В ArcMap можно просмотреть, отредактировать и проанализировать географические данные.

ArcMap - это инструмент для создания, просмотра, запроса, редактирования, компоновки и издания карт.

Способы работы с картами:

1) Изучение;

2) Анализ;

3) Представление реультатов;

4) настройка;

5) программирование.

16. Общие концепции геообработки и пространственного анализа

В ArcGIS есть три ключевые концепции геообработки:

1. Существует большой набор операторов геообработки (называются инструментами).Они организованы и управляются в ArcToolbox.

2. Отдельные инструменты можно собрать последовательно в цепочку, и это называется процессом. Такая возможность построения собственных процессов - один из наиболее интересных способов использования ArcGIS. Вы можете программировать собственные идеи быстро и эффективно.

3. Можно использовать написание скриптов Python и окно ModelBuilder для создания моделей и скриптов геообработки.

Главными целями геообработки является обеспечить вам автоматизированное решение ваших задач в ГИС и выполнить пространственный анализ и моделирование.

Пространственный анализ является наиболее интересной и замечательной составляющей ГИС. С его помощью можно сочетать информацию из разных независимых источников и извлекать качественно новую информацию (результаты), применяя различные комбинации инструментов. Такие пространственные операторы являются частью набора инструментов геообработки.

Геообработка представляет собой методичное выполнение последовательности операций с географическими данными, в результате которого создаётся новая информация. Для того чтобы помочь вам в проведении анализа, моделирования и автоматизации ГИС-задач, существует два главных компонента.

Пространственный анализ

Пространственный анализ -- это процесс моделирования, получения результатов в ходе компьютерной обработки, а затем их проверка и интерпретация. Он используется для определения пригодности и соответствия, оценки и прогноза, интерпретации и понимания.

Пространственный анализ является наиболее интересной и замечательной составляющей ГИС. С его помощью пользователи ГИС могут комбинировать информацию из нескольких независимых источников и получать качественно новые наборы информации (результаты) путем применения различных комбинаций пространственных операторов. Опытные пользователи ГИС используют возможности геообработки для программирования собственных идей, чтобы получать аналитические результаты. Они применяются для решения различных проблем.

Процесс пространственного анализа

Пространственный анализ -- это процесс применения аналитических технологий к географически привязанным наборам данных для извлечения или создания новой географической информации для решения конкретных вопросов.

Процесс анализа состоит из этапа моделирования и этапа создания и работы с сериями карт, итоговых отчетов, исследовательских и статистических графиков.

В ходе анализа модель строится на основании целей исследования. Генерируются результаты -- выходные данные и виды карты. Затем информация анализируется, результаты наносятся на карту, сравниваются, интерпретируются, изменяются, обновляются и т.п.

Пользователи работают с результатами и используют их для заключения выводов.

Автоматизация с помощью геообработки

Геообработка, несомненно, используется для пространственного анализа, но также и для многого другого. С ее помощью автоматизируются многие задачи ГИС -- подготовка и конвертация данных, создание наборов автоматических тестов для проведения проверки на совместимость ваших данных с различными правилами, управления координатами, автоматизации других процессов управления данными, картпроизводства и т. д.

Операция геообработки может быть запущена многократно. На самом деле, многие пользователи создают серии автоматизированных рабочих процессов, которые помогают выполнять громоздкую однообразную работу. Такие рабочие потоки являются повторяющимися и самодокументирующимися. Их можно распространять среди большого количества пользователей. Их можно поместить в инфраструктуру сервера и использовать для всех типов ГИС-задач, а не только для анализа.

17. Геообработка и пространственный анализ в ArcGIS

Главными целями геообработки является предоставление в распоряжение инструментов и основ выполнения ГИС-анализа и управления географическими данными. Возможности моделирования и анализа, которые предоставляет геообработка, делают ArcGIS полноценной геоинформационной системой.

Геообработка позволяет составлять цепочки инструментов, когда выходные данные предыдущего инструмента являются входными для следующего.

Данные+Инструмент=Новые данные

Геообработка включает в себя большое количество инструментов для решения ГИС-задач, начиная от простого построения буфера и наложения полигонов до комплексного регрессионного анализа и классификации изображений.

Геообработка базируется на общей среде преобразования данных. Стандартный инструмент геообработки осуществляет операции с набором данных ArcGIS (таких как класс пространственных объектов, растр или таблица) и создает новый набор данных как результат работы инструмента. Каждый инструмент геообработки выполняет небольшую, но важную операцию с географическими данными.

18. Данные дистанционного зондирования Земли

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) - наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами.

Информационные особенности снимка и карты:

1. Позиционные характеристики

2. Временной фактор

3. Тематический аспект

Методы:

· Активное - используется вынужденное излучение объектов (испускается излучение)

· Пассивное - используется естественное отражение или вторичное тепловое излучение объектов

4. Пространственное разрешение (детальность)

5. Спектральное разрешение

6. Радиометрическое разрешение (количество цветов и оттенков; 8бит - 256 оттенков)

Типы съёмки:

· Оптическая (спектр, цвета…)

· Радиолокационная (разная поляризация, длина волны…)

Типы съемочных систем:

— Сканерные (многозональные, панхроматические)

— Радиолокационные

— Фотографические (черно-белые, цветные, спектрозональные и многозональные)

19. Теоретические основы дистанционного зондирования Земли

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) -- наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон длин волн, принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью, и активные -- использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия.

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ)- получение информации о поверхности Земли и объектах на ней, атмосфере, океане, верхнем слое земной коры бесконтактными методами, при которых регистрирующий прибор удален от объекта исследований на значительное расстояние. Общей физической основой дистанционного зондирования является функциональная зависимость между зарегистрированными параметрами собственного или отраженного излучения объекта и его биогеофизическими характеристиками и пространственным положением.

20. Технологии и методы дистанционного зондирования Земли

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ)- получение информации о поверхности Земли и объектах на ней, атмосфере, океане, верхнем слое земной коры бесконтактными методами, при которых регистрирующий прибор удален от объекта исследований на значительное расстояние.

Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью, и активные -- использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия.

Основными характеристиками космических снимков являются величины пространственного, спектрального, радиометрического и временного разрешений.

-Пространственное разрешение определяет детальность снимка, минимальный размер объекта Земной поверхности, который будет четко отображен на снимке. Например, на снимке с пространственным разрешением 15 метров можно уверенно различать дороги, водные объекты, границы вырубок и т.д., а снимок с разрешением 60 см позволяет увидеть автомобиль или даже отдельно стоящего человека.

-Спектральное разрешение определяет, в каких зонах электромагнитного спектра выполнена съемка: в ультрафиалетовом, видимом, инфракрасном или радиоволновом дипазонах электромагнитного спектра. Для разных целей применяется съемка в разных спектральных диапазонах. Например, для изучения растительного покрова наилучшим образом подходит съемка в инфракрасном диапазоне. Как правило, съемка производится одновременно в нескольких зонах спектра. Такая съемка называется многозональной, или мультиспектральной съемкой.

-Радиометрическое разрешение определяет количество цветов и оттенков, составляющих изображение. Например, разрешение 8 бит означает, что изображение состоит из 256 оттенков: от белого до черного. Чем выше радиометрическое разрешение, тем качественнее считается снимок.

Два типа съемки: оптическая, использующие солнечный свет (пассивные системы) и радарная с собственным источником излучения (активные системы).

21. Технологии спутникового позиционирования

Под позиционированием понимается определение с помощью спутниковых систем местонахождения наблюдателя или объекта в трехмерном земном пространстве.

Достоинства спутниковых систем позиционирования: глобальность, оперативность, всепогодность, оптимальная точность и эффективность.

Сферы применения спутникового позиционирования:

· развитие опорных геодезических сетей;

· кадастровые работы;

· землеустроительные работы;

· тематические исследования (исследования сейсмической активности, вулканизма, движений полюсов, земной поверхности и ледников);

· мониторинг природных и техногенных объектов;

· геодезическое обеспечение спасательно-предупредительных работ;

· навигация всех видов;

· диспетчерские службы.

Спутниковые технологии позиционирования

(Вероятней всего, в течение ближайших двух-трех лет комбинированные мульти-GNSS системы вытеснят односистемные (к примеру, вместо приемников GPS будут использоваться приемники GPS/ГЛОНАСС).

Наибольшие перспективы внедрения в мульти-GNSS в ближайшее время у ГЛОНАСС, потому что он уже работает, и у QZSS, поскольку ее час настает: первый QZSS спутник недавно начал работать на передачу. )

Wi-Fi

(Вслед за GNSS в ряду технологий, использующихся для позиционирования, стоит технология беспроводных локальных сетей, известная для общественности как Wi-Fi. Применять ее для позиционирования стало возможно благодаря использованию базы данных MAC-адресов и позиций. )

Акселерометры и гироскопы

(Акселерометры и гироскопы, которые относят к микроэлектромеханическим системам (MEMS), представляют собой датчики с подвижными частями, благодаря которым можно определить ориентацию устройства в пространстве или его движение. )

Магнитный компас

(Аналогично акселерометрам и гироскопам, магнитный компас уже встроен во многие смартфоны. Для определения магнитного севера используются различные технологии, включая датчики Холла, индукционный компас, а также MEMS.

магнитные датчики сами по себе не слишком надежные помощники в позиционировании, но в сочетании с другими датчиками - гироскопами и акселерометрами - могут быть очень полезными, особенно в приложениях для пешеходов.)

Альтиметры

(Альтиметры представляют собой еще один вид датчиков семейства MEMS. Обычно принцип действия их основан на измерении уровня деформации индикаторной поверхности в результате атмосферного давления с помощью пьезоэлектрических датчиков)

Сотовые технологии позиционирования

(Три сотовых беспроводных технологии AFLT, MRL и Cell-ID являются составляющими A-GPS.)

Цифровое телевидение и радио

(Позиционирование с помощью цифрового телевидения (DTV) осуществляется с помощью оценки расстояния от башни DTV, аналогично GPS и AFLT. Однако DTV башни не синхронизированы друг с другом точно, и позиционирование по ВЕМ требует построения инфраструктуры, связывающей смещения часов на различных башнях.)

Псевдоспутники

(Псевдоспутники, или псевдолиты (от англ. pseudolites) транслируют GPS-подобные сигналы c наземных передатчиков. Обычно эти сигналы несколько отличаются от сигналов GPS по частоте, однако в остальном они абсолютно схожи и могут приниматься обычным GPS приемником без дополнительного оборудования.)

IMES и маяки

(Технология IMES позволяет реализовать полноценное позиционирование внутри помещений, и с этой точки зрения она наиболее интересна из всех. IMES использует маяки - радиопередатчики, выдающие очень слабый сигнал, который предназначен только для передачи данных (но не для определения расстояния, и в этом ее основное отличие от псевдолитов)

Системы глобального позиционарования (GPS).

Местоположение расчитывается по сигналам с искусственных спутников Земли. В основе 23 спутника NAVSTAR.

Принцип испоьлзования:

местоположение определяется путем измерения расстояния до объекта с известными коорданатами-спутника.

Есть два кода:

1) грубый код - CPA - общедоступный.

2) ТОчный код - P-код - зашифрованный.

Оба кода являются псевдослучайными.

Система GPS состоит из 3-х частей:

1) космической;

2) наземной;

3) пользовательской.

Космическая - 24 спутника, вращающиеся по 6 орбитам. Спутники имеют номер PRN.

Наземная - состоит из 4 станций слежения, расположенных н атропических островах.

сигналы GPS содержат два вида информации:

1) навигационное сообщение;

2) псевдослучайный код.

22. Теоретические основы спутниковой навигации

Спутниковые системы навигации - комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования (координаты, параметры движения)

Основные элементы:

* орбитальная группировка

* наземная система управления и контроля

* аппаратура потребителя спутниковых навигационных систем

* наземная система радиомаяков

* информационная радиосистема для передачи пользователям поправок

Современное состояние:

* GPS

* ГЛОНАСС

* Бэйдоу

* IRNSS

* QZSS

* Galileo

23. Виды навигационных систем

Gps(США)

Glonas(Россия)

Galileo(Европейская система)

Ianss(Индия)

Система ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система) предназначена для определения местоположения, скорости движения и точного времени морских воздушных, сухопутных транспортных средств и других видов потребителей. Она разрабатывалась и внедрялась как система двойного назначения, в первую очередь, для обеспечения национальной безопасности России, а также для решения гражданских научных и производственных задач.

Основу системы ГЛОНАСС составляют три сегмента:

* космический сегмент (включает 24 спутника);

* сегмент управления;

* сегмент потребителей.

Американская система позиционирования GPS по своим функциональным возможностям аналогична российской системе ГЛОНАСС. Её основное назначение -- высокоточное определение координат потребителя, составляющих вектора скорости и привязка к системной шкале времени. Аналогично отечественной, система GPS разработана для Министерства обороны США и находится под его управлением. Как и система ГЛОНАСС, GPS состоит из космического сегмента(28), наземного командно-измерительного комплекса и сегмента потребителей.

24. Навигационное оборудование

Для определения систем навигации летательного аппарата используются разные технические средства. Геотехнические средства позволяют определить высоту полета, как абсолютную, так и относительную, местонахождение летательного аппарата и курс его движения. Они представлены различными техническими средствами: высотомерами, оптическими визирами, различными компасами и т.д. Радиотехнические средства позволяют определить путевую скорость, истинную высоту полета и местонахождение летательного аппарата при помощи измерения по радиосигналам разных показателей электромагнитного поля.

В автомобильной: gps навигаторы.

Навигационная система на современных кораблях представляет собой станцию АИС. АИС - многофункциональная информационно_техническая система, оборудование которой устанавливается на судах и в береговых службах в целях обеспечения безопасности мореплавания и автоматизации обмена навигационной информацией.

В состав АИС входят следующие основные компоненты:

- мобильные станции (транспондеры), устанавливаемые на судах, а также на других объектах (поисково_спасательные летательные аппараты, средства навигационного оборудования _ СНО).

- радиоканал АИС, обеспечивающий обмен информацией между мобильными и береговыми станциями АИС.

- цепь береговых станций АИС, включающая базовые станции, симплексные и дуплексные репитеры.

- информационная сеть АИС, связывающая базовые станции АИС с береговыми службами.

- оборудование АИС, устанавливаемое в береговых службах (СУДС, системы судовых сообщений, береговая охрана, портовый контроль, МСКЦ, гидрографическая служба и другие).

25. Использование систем навигации и их интеграция с ГИС

Кроме навигации, координаты, получаемые благодаря спутниковым системам, используются в следующих отраслях:

· Геодезия: с помощью систем навигации определяются точные координаты точек и границы земельных участков

· Картография: системы навигации используется в гражданской и военной картографии

· Навигация: с применением систем навигации осуществляется как морская, так и дорожная навигация

· Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью систем навигации ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением

· Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах (например, США) это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта - Эра-ГЛОНАСС.

· Тектоника, Тектоника плит: с помощью систем навигации ведутся наблюдения движений и колебаний плит

· Активный отдых: существуют различные игры, где применяются системы навигации, например, Геокэшинг и др.

· Геотегинг: информация, например фотографии "привязываются" к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам



26. Исходные данные для составления цифровых карт

В ГИС используются данные, получаемые из различных источников:

- при геодезических съемках и обследованиях в полевых условиях;( Геодезическая полевая съемка определяет горизонтальное и вертикальное положение объектов на местности. Для этого измеряют углы и расстояния.Для съемки используют геодезические инструменты - теодолиты, нивелиры и др. Получаемые показатели фиксируют в специальных полевых журналах. Эта информация называется исходной и требует первичной обработки и унификации.)

-с помощью системы глобального позиционирования GPS(Местоположение рассчитывается по сигналам, поступающим с искусственных спутников Земли (ИСЗ) серии NAVSTAR. В основе системы заложено использование 23 спутников, находящихся на околоземных орбитах на большой высоте. Орбиты спутников расположены таким образом, чтобы была возможность определения местоположения объектов в любой точке Земли в течение 24 ч. Погрешность определения может составлять от 6... 10 м до 1 см.)

- с помощью средств дистанционного зондирования; с карт (географических, тематических, специальных и т.п.)( Аэроснимки и космические снимки, как источники информации, играют существенную роль в геоинформатике, в выявлении различных при¬родных факторов. Они позволяют изучать морфометрию природных систем, выявлять антропогенную нарушенность природной среды, проводить мониторинг экологического состояния территории и т.д.)

-из баз данных или из архивов; из других ГИС и пр.

Материалы дистанционного зондирования могут быть получены сразу в цифровом виде или их переводят в цифровую форму путем сканирования с последующей обработкой и выделением полезной информации.

Для упрощения процесса обработки, хранения и обмена разнородных данных используют унификацию. Так называется процедура сведения разнородных данных к единому виду. В ходе унификации осуществляется построение единой информационной модели, которая может быть использована в интегрированной технологии или интегрированной системе.

27. Векторизация растровых данных и программное обеспечение для векторизации

Векторизация(Оцифровка?) -- Перевод растрового изображения в векторное, процесс обратный растеризации. В отличие от растеризации, этот процесс очень сложен и не может быть выполнен полностью автоматически.

Векторизаторы- это программы, служащие для перевода растрового изображения (сканированной бумажной карты) в векторный вид. Один из самых распространенных векторизаторов- EasyTrace. Следует разделять внешние и внутренние векторизаторы. Внешние-это небольшие программы, предназначенные специально для оцифровки растров, внутренние- это программные модули соответствующего назначения в составе ГИС. Внутренний векторизатор ГИС может включать в себя некоторые функции, характерные именно для этой системы. Например, в ArcGIS есть возможность сглаживать ломанные линии, получающиеся при оцифровке. Но делать это можно только в процессе векторизации. Другое достоинство внутренних векторизаторов заключается в возможности визуально контролировать правильность введения атрибутов непосредственно при оцифровке. ГИС позволяют раскрашивать объекты одного слоя разными цветами в зависимости от их свойств. Внешние векторизаторы обычно лишены такой функции.