Организация и обработка информации в ГИС

ВВЕДЕНИЕ

Отрасль информационных технологий занимается созданием, развитием и эксплуатацией информационных систем. Информационные технологии призваны, основываясь и рационально используя современные достижения в области компьютерной техники и иных высоких технологий, новейших средств коммуникации, программного обеспечения и практического опыта, решать задачи по эффективной организации информационного процесса для снижения затрат времени, труда, энергии и материальных ресурсов во всех сферах человеческой жизни и современного общества. Информационные технологии взаимодействуют и часто составляющей частью входят в сферы услуг, области управления, промышленного производства, социальных процессов

Географическая информационная система — система, предназначенная для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. ГИС-система позволяет искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.

Используя ГИС можно решить следующие задачи:

-Ввод данных. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат (оцифрованы). В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, либо, при небольшом объеме работ, данные можно вводить с помощью дигитайзера.

-Манипулирование данными (например, масштабирование).

-Управление данными. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов, а при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными применяются СУБД.

Запрос и анализ данных — получение ответов на различные вопросы (например, кто владелец данного земельного участка? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты? Где расположена данная промышленная зона? Где есть места для строительства нового дома? Каков основный тип почв под еловыми лесами? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?).

Визуализация данных. Например, представление данных в виде карты или графика.

ГИС включают в себя возможности СУБД, редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне. ГИС позволяют решать широкий спектр задач — будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи.

ГИС-система позволяет:

-определить какие объекты располагаются на заданной территории;

-определить местоположение объекта (пространственный анализ);

-определить временные изменения на определенной площади);

-смоделировать, что произойдет при внесении изменений в расположение объектов (например, если добавить новую дорогу).

Области применения ГИС:

-Управление земельными ресурсами, земельные кадастры. Для решения проблем именно этой области и начали создавать ГИС. Типичные задачи — составление кадастров, классификационных карт, определение площадей участков и границ между ними и т. д.

-Инвентаризация, учет, планирование размещения объектов распределенной производственной инфраструктуры и управление ими. Например, нефтегазодобывающие компании или компании, управляющие энергетической сетью, системой бензоколонок, магазинов и т. п.

-Проектирование, инженерные изыскания, планировка в строительстве, архитектуре. Такие ГИС позволяют решать полный комплекс задач по развитию территории, оптимизации инфраструктуры строящегося района, требующегося количества техники, сил и средств.

-Тематическое картографирование.

-Управление наземным, воздушным и водным транспортом. ГИС позволяет решать задачи управления движущимися объектами при условии выполнения заданной системы отношений между ними и неподвижными объектами. В любой момент можно узнать, где находится транспортное средство, рассчитать загрузку, оптимальную траекторию движения, время прибытия и т. п.

-Управление природными ресурсами, природоохранная деятельность и экология. ГИС помогает определить текущее состояние и запасы наблюдаемых ресурсов, моделирует процессы в природной среде, осуществляет экологический мониторинг местности.

-Геология, минерально-сырьевые ресурсы, горнодобывающая промышленность. ГИС осуществляет расчеты запасов полезных ископаемых по результатам проб (разведочное бурение, пробные шурфы) при известной модели процесса образования месторождения.

-Чрезвычайные ситуации. С помощью ГИС производится прогнозирование чрезвычайных ситуаций (пожаров, наводнений, землетрясений, селей, ураганов), расчет степени потенциальной опасности и принятие решений об оказании помощи, расчет требуемого количества сил и средств для ликвидации чрезвычайных ситуаций, расчет оптимальных маршрутов движения к месту бедствия, оценка нанесенного ущерба.

-Военное дело. Решение широкого круга специфических задач, связанных с расчетом зон видимости, оптимальных маршрутов движения по пересеченной местности с учетом противодействия и т. п.

-Сельское хозяйство. Прогнозирование урожайности и увеличения производства сельскохозяйственной продукции, оптимизация ее транспортировки и сбыта.

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

Основные сведения

Геоинформацио́нные техноло́гии (ГИТ) — это технологический комплекс, интегрирующий и объединяющий многие информационные технологии. Их специфика состоит в ориентации на обработку пространственных данных. Пространственные данные могут интегрироваться с другими видами данных, что определяет ГИТ как многоцелевое средство применяемое не только в науках о Земле, но и в общественных науках, экономике, информатике, медицине, управлении и т. п. Составными частями геотехнологии являются: исходный объект, ресурсы (финансовые, трудовые, материальные, информационные и др.), цель преобразования, правила преобразования.

Информационные системы (ИС) — это совокупность процессов манипулирования с исходными данными в целях получения информации, пригодной для принятия решений. Для выполнения своего предназначения информационная система должна иметь полный набор функциональных возможностей, в том числе наблюдения, измерения, описания, интерпретации, прогноза, принятия решений.

Геоинформационные системы (ГИС) помогают в накоплении и использовании пространственных данных. Некоторые компоненты ГИС исключительно технологические; они включают в себя современные хранилища пространственных данных, передовые телекоммуникационные сети и усовершенствованную вычислительную технику. Хотя есть и другие методы ГИС, например, использование простого карандаша и листа бумаги для верификации карт (рис. 1).

ГИС и пространственные исследования имеют прямое отношение к абсолютной и относительной локализации особенностей рельефа местности, также как к свойствам и признакам этих особенностей. Обычно регистрируется не только локализация важных географических объектов, например, рек и течений, но также их размер, скорость течения, качество воды или вид рыбы, найденной в них. Эти признаки часто зависят от пространственного расположения “важных” рельефных особенностей. ГИС помогает анализировать и отображать эти пространственные зависимости (рис.2).

Рис. 1. Первые карты

Рис. 2. ГИС позволяют анализировать пространственно локализованные природные объекты и эффективно ими управлять, например вырубкой леса

Так же примером применения ГИС является определение расстояния от одного пункта на карте до другого (рис. 3), площадей объектов неправильной формы (рис. 4). В самых сложных задачах устанавливают зависимости между различными тематическими данными карт, например, зависимость популяции снежного барса от рельефа местности или состава почв от геологии коренных пород.

Человек в научной, производственной и управленческой деятельности постоянно сталкивается с необходимостью обработки больших массивов информации, которые связанны с пространственным местоположением разных объектов, описывающих трансформацию их свойств и характеристик в зависимости от времени. В итоге получают визуальное отображение, а весь процесс визуализации – есть процесс создания карты.

Рис. 3. Картографическое изображение одной из частей г. Уссурийска. Красная кривая построена в ГИС для определения расстояния между объектами

ГИС, функции которых включают в себя анализ информации и визуализацию в виде карт и схем, возникли на стыке технологий обработки информации, использовавшихся в системах управления базами данных, и визуализации графических данных в системах автоматизированного проектирования и машинной графики (САПР), автоматизированного производства карт, системах управления сетями (рис. 5, 6).

Развитие ГИС в значительной степени зависит от современных вычислительных технологий и иных технологий: средств дистанционного зондирования Земли (космоснимков), глобального спутникового позиционирования (GPS), оптических и лазерных средств измерения, параметров компьютеров и средств ввода-вывода.

Рис. 4. Определение территориальной площади в ГИС (выделенный многоугольник)

ГИС – это интегрированная компьютерная система, находящаяся под управлением специалистов-аналитиков, которая осуществляет сбор, хранение, манипулирование, анализ, моделирование и отображение пространственно соотнесенных данных (А. С. Самардак) (рис. 7).

Классификация ГИС

1) По пространственному охвату:

Глобальные, субконтинентальные, национальные, межнациональные, региональные, субрегиональные, локальные, муниципальные, ультролокальные.

2) По проблемной ориентации:

Инвентаризация, объектов и ресурсов, анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений.

Рис. 5. Организации представляющие информацию для управления земельными ресурсами

Рис. 6. Связь ГИС с другими дисциплинами

Рис. 7. Схема фунциклирования геоинформационной системы

3) По объектам:

Феномены реальности информационного моделирования, процессы, нематериальные объекты, идеи.

4) По функциональным возможностям (набор функций географических информационных систем и соответствующих программных средств):

-ввод данных в машинную среду путем импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью оцифровки источников;

-преобразование данных, включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;

-хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;

-картометрические операции;

-средства персональных настроек пользователей.

5) По управляющему воздействию на подсистемы и объект:

- Управляющая - формируется в процессе управления и доводится до субъекта для исполнения и использования (нормативная, плановая, контрольная информация);

- Осведомляющая, используемая для обоснования принятия решений (учетная и отчетная информация).

6) По назначению в процессе управления земельными ресурсами:

- статистическая (о развитии региона, о земельных платежах, о сделках с землей);

- прогнозная (развитие территорий, прогноз поступления налогов и пр.);

- справочная (справочники, методические материалы, классификаторы и словари, писания земельных ресурсов и их атрибутов).

7) По уровню управления:

- стратегическая (документы нормативно-правового характера, программы и документы, обязательные к исполнению);

- оперативная (распоряжения, письма, решения и указания вышестоящих организаций по текущим вопросам использования земельных ресурсов).

8) По условиям доступа:

- открытая (предназначена для широкого круга пользователей);

- с ограниченным доступом (используется органами управления всех административно-территориальных уровней - информация для служебного пользования);

- Закрытая - не предоставляемую широкому кругу пользователей (информация, отнесенная к государственной тайне, и конфиденциальная).

9) По виду представления:

- документированная (зафиксированная на любом материальном носителе с реквизитами, позволяющая ее идентифицировать) – кадастровый план земельного участка, выдаваемый органом кадастрового учета об информации о земельном участке на бланке установленного образца с реквизитами выдавшего его органа.

- недокументированная (не включенная в перечень основных документов, не имеющая классификационного кода и подготовленная в произвольной форме) - экспликация загрязненных земель.

10) По месту формирования:

- Внутрисистемная, подготовленная в рамках системы государственного управления земельными ресурсами (разработанный перечень нарушений использования земель, влекущих за собой разные формы ответственности);

- Внешняя, подготовленная в рамках других систем (участвующих в процессе управления) и используемую для принятия управленческого решения(земельно-кадастровая, геодезическая, градостроительная, архитектурно-планировочная и пр.)

11) По решаемым задачам:

-Экология и природопользование

-Земельный кадастр и землеустройство

-Морская, авиационная и автомобильная навигация

-Управление городским хозяйством

-Региональное планирование

-Маркетинг

-Демография и исследование трудовых ресурсов

-Управление дорожным движением

-Оперативное управление и планирование в чрезвычайных ситуациях;

-Социология и политология

12) По базовым компонентам:

-аппаратная платформа (hardware),

-программное обеспечение (software),

-данные (data),

-человек-аналитик.

13) По аппаратной платформе:

-компьютеры (рабочие станции, ноутбуки, карманные ПК),

-средства хранения данных (винчестеры, компактдиски, дискеты, флэш-память),

-устройства ввода информации (дигитайзеры, сканеры, цифровые камеры и фотоаппараты, клавиатуры, компьютерные мыши),

-устройства вывода информации (принтеры, плоттеры, проекторы, дисплеи).

Устройства ввода позволяют конвертировать географическую информацию в тот формат, который используется в данной ГИС (это могут быть - бумажные карты, материалы аэрофотосъемок и дистанционного зондирования, адреса, координаты объектов собранные при помощи GPS, космических спутников или цифровой географической информации, хранимой в других форматах.

Самая простая и недорогая конфигурация ГИС-платформы, которая может быть установлена дома включает в себя компьютер и принтер. Если же ГИС предназначена для создания высококачественных профессиональных цифровых карт, тогда аппаратная платформа может содержать: «быстрый» компьютер, мощный сервер, дигитайзер, цветные лазерные принтеры и плоттеры.

14) По принципам внутреннего устройства и функционирования (открытые и закрытые).

Открытые системы позволяют пользователю адаптировать программную среду для решения его прикладных задач путем создания собственных приложений. Для этого используют языки программирования, такие как С++, C#, Java, Delphi и др., которые поддерживают общепринятые обменные форматы данных (DEM, DLG, GeoTIFF, VPF и др.) и принятые в конкретных операционных средах протоколы взаимодействия приложений (например, ActiveX, OLE, DDE, COM для Windows).

Закрытые системы не имеют этих достоинств. Они изначально нацелены на решение специфических прикладных задач и при изменении хотя бы одного условия задачи становятся бессильными. Помимо этого, зачастую возникают проблемы, связанные с обменом информации между приложениями. Это можно объяснить недостаточной документированностью внутренних форматов цифрового представления данных.

15) По системной организации:

А) ГИС - готовые средства, широко используемые корпоративные прикладные системы.

Б) Программные средства для разработки систем типа А), или ГЗИС-инструментарий.

В) ГИ-технологии – совокупность процессов, процедур, регламентов, аппаратно-технических, математических и лингвистических средств, функционирующих в целях сбора, хранения, переработки и распространения информации.

Примеры ГИС и ГИ-технологий:

- Дубль-ГИС - размещение на уровне ПК, КПК, Web;

- «Вектор» - аналог ДубльГИС, разработанный в Сургуте;

- Google Earth – система сервер-клиент, клиент – трехмерный просмотрщик;

- Navitel – размещение на уровне КПК – мобильный навигатор;

- Автомобильные навигаторы;

- «ГИС Центра Оперативного Управления ГУВД Карагандинской области МВД Казахстана» и др.

- ГИСы пункт Б), содержащие инструменты разработки и доступа.

- MapInfo + язык MapBasic;

- ArcGIS фирмы ESRI: группа продуктов ArcView ArcGIS (ArcMap, ArcCatalog, ArcTools), модули расширения ArcGIS 3DAnalyst, SpatialAnalyst, серверные и Интернет инструменты ArcIMS, ArcSDE, ArcGIS Server и др.;

- Microstatoin, Autodesk 3D Map, Geomedia;

- Средства обработки космоснимков Erdas Imagine, ENVI, ER-Mapper;

- ЦФС-Талка, ГеоГраф ГИС, СREDO и др.

В) ГИ-технологии:

- Сбор данных с использованием GPS-приемников, космоснимков, электронных карт, сборка двумерной карты при помощи модулей ArcGIS и др. для просмотра геопривязанных фотографий.

- Сканирование бумажных карт, векторизация рельефа в формате MapInfo с последующей конвертацией в формат ArcGIS и др. построение трехмерной сцены и текстурирование космоснимком при помощи модулей ArcGIS.

ГИС-система включает в себя пять ключевых составляющих
(рис. 8):

-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. Содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической информации. К таким программным продуктам относятся: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации;

-данные. 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. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники, которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы; методы.

Часть аппаратной базы для ГИС составляют периферийные устройства ввода-вывода информации (рис. 9). В начале создания проектов ввод данных осуществлялся с помощью дигитайзеров. Работа с дигитайзером напоминает работу чертежника, проводящего линии или ставящего точки, только не на обычной чертежной доске, а на специальном планшете, с помощью которого графические данные вводятся в компьютер. Сейчас подобные операции чаще всего выполняются по отсканированному изображению (по растровой подложке).

Рис. 8. Структура ГИС

Для получения растрового изображения используют специальные устройства – планшетные (настольные) и широкоформатные сканеры. Технология работы по растровой подложке позволяет комбинировать растровые и векторные слои, сильно увеличивает точность и скорость оцифровки. Существует еще несколько преимуществ этой технологии, например, возможность одновременной работы нескольким пользователям, предварительное преобразование растровых изображений и т.д. Все это в итоге привело к развитию набора специализированного ПО для векторизации растров.

Многие профессиональные ГИС имеют встроенные векторизаторы, автоматизирующие процесс оцифровки растровых изображений. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-приложениями.

Вывод изображения на печать также связан с получением продукции большого формата. Для этого используется еще один компонент периферийного оборудования для ГИС – широкоформатный плоттер.

Рис. 9. Периферийные устройства ввода-вывода информации для ГИС

Еще одним компонентом ГИС, значительно повышающим скорость получения и обработки первичной информации карт или полевых наблюдений является - аппаратура для автоматической регистрации результатов полевых измерений (рис. 10), выполненных с использованием современных электронных тахеометров и геодезических приборов, а также навигационных систем спутникового позиционирования (GPS). Так же в последние годы еще одним незаменимым компонентом ГЗИС стали карманные персональные компьютеры (Pocket PC), которые позволяют быстро и надежно принимать, обрабатывать, анализировать и передавать пространственную информацию. Преимущества карманных ПК: малые габариты и вес, многофункциональность, простота использования, относительная дешевизна.

Основные термины.

Карта – (Map, Chart, нем. Karte, фр. Carte, от греч. Chartes - лист, свиток) – плоское, математически определенное, уменьшенное, генерализованное условно-знаковое изображение поверхности Земли, другого небесного тела или космического пространства, показывающее размещение, свойства и связи природных и социально-экономических явлений. Карта рассматривается как образно-знаковая модель, обладающая высокой информативностью, пространственно-временным подобием относительно оригинала, метричностью, особой обзорностью и наглядностью, что делает ее важнейшим средством познания в науках о Земле и социально-экономических науках.

Рис. 10. Аппаратура для автоматической регистрации результатов полевых измерений

Чтение карты – восприятие карты (визуальное, тактильное или автоматическое), основанное на распознавании картографических образов, истолковании и понимании ее содержания.

Эффективность чтения карты зависит от читаемости карты, т.е. от легкости и быстроты восприятия отдельных обозначений, картографических образов и всего изображения в целом. В свою очередь, читаемость определяется наглядностью условных знаков, качеством оформления карты, общей загруженностью карты, различимостью деталей изображения.

Цифровая карта – (Numerical map, Digital map,нем. Numerische karte) –цифровая модель поверхности, сформированная с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекции, разграфке, системе координат и высот. По сути, термин “цифровая карта” означает именно цифровую модель, цифровые картографические данные. Она создается с полным соблюдением нормативов и правил картографирования, точности карт, генерализации, системы условных обозначений.

Цифровая карта служит основой для изготовления обычных бумажных, компьютерных, электронных карт, она входит в состав картографической базы данных, является одним из важнейших элементов информационного обеспечения ГИС и одновременно может быть результатом функционирования ГИС.

Компьютерная карта – карта, полученная на устройстве графического вывода с помощью средств автоматизированного картографирования (графопостроителей, принтеров, дигитайзеров и др. на бумаге, пластике, фотопленке и иных материалах) или с помощью геоинформационной системы.

Иногда к компьютерной карте относят также карты, изготовленные на неспециализированных приборах, например, на алфавитно-цифровых печатных устройствах, так называемые ЭВМ-карты или АЦПУ-карты.

Геоинформационный анализ – анализ размещения, структуры, взаимосвязей объектов и явлений с использованием методов пространственного анализа и геомоделирования.

Геоинформатика – наука, технология и производственная деятельность:

-по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем;

-по разработке геоинформационных технологий;

-по прикладным аспектам или приложениям ГИС для практических или геонаучных целей.

Геоматика — это совокупность применений информационных технологий, мультимедиа и средств телекоммуникации для обработки данных, анализа геосистем, автоматизированного картографирования; также этот термин употребляется как синоним геоинформатики или геоинформационного картографирования

Выходные данные ГИС – карты или графики и диаграммы.

При этом различают следующие виды карт:

Тематические – отображают вариации какого-либо параметра (заселенность территории) или соотношения между различными параметрами (карты земных покровов) (рис. 11).

Картограммы – для сравнения относительных значений непрерывно распределенных параметров в пределах заданных границ.

Дасиметрические (карты плотности) – используются для тех территорий, которые являются относительно однородными по изучаемому признаку.

Карты изолиний – позволяют наглядно представить информацию о градиентах (топография региона, зоны высокого и низкого давления).

Карты точек – пространственные вариации какой-либо величины, характеризуются разным количеством точек.

Карты векторов – отображаются направления и величина планируемого или существующего потока (транспортные карты с пунктами отправления и доставки, с указанием объемов грузов).

Рис. 11. Тематическая карта

Объемные карты рельефа (рис. 12).

Видеокарты – отображается какое-либо явление в динамике (рост площади города во времени).

Наиболее широко используемые графики:

Столбчатая диаграмма – иллюстрирует атрибутивные данные объектов разного типа.

Секторная диаграмма – отображают какие-либо пропорции
(рис. 13).

Диаграмма рассеяния – показывает, как один атрибутивный параметр зависит от другого.

Гистограммы (рис. 14) – характеризуют распределение значений атрибутивного параметра по различным диапазонам.

Реализации 3D-карт с использованием различных ГИС (рис. 15-28). Средства реализации: ArcGIS (общие операции), модули расширения 3D-Analyst, Spatial Analyst (3D -моделирование рельефа, текстурирование рельефа), 3D Max (моделирование сложных объектов), Photoshop (фото-текстурирование объектов).

Рис. 12. 3 D воспроизведение модели произрастания растительности в Саянах

Рис. 13. Секторная диаграмма

Рис. 14. 3 D -интерпретация объемов сжигаемого попутного нефтяного газа (по отчетным данным) (гистограмма)

Примеры реализации 3 D -карт в среде ГИС.

Рис. 15. Мультимасштабный атлас

Рис. 16. Навигация по глобусу

Рис. 17. Навигация по глобусу

Рис. 18. Навигация от мелкого масштаба к среднему

Рис. 19. Навигация от мелкого масштаба к среднему

Рис. 20. Навигация от мелкого масштаба к среднему

Рис. 21. Навигация от мелкого масштаба к среднему

Рис. 22. Космоснимок QuickBird + ЦМР

Рис. 23. 3D-сцена, космоснимок QuickBird + ЦМР+упрощенные 3D-представления зданий и сооружений

Рис. 24. Интерактивное 3D-моделирование ландшафта и сооружений в среде ArcGlobe ArcGIS

Рис. 25. Трехмерное моделирование затоплений

Рис. 26. Реализация 3 D -карт ХМАО в Google Earth

Рис. 27. Пример отображения на карте Google Earth картины мониторинга транспорта компании, мелкий масштаб)

Рис. 28. Пример отображения на карте Google Earth мониторинга транспорта компании, крупный масштаб)

Разрешение – минимальная размерность по одной из координатных осей наименьшего элемента географического пространства, для которого могут быть приведены какие-либо данные. В растровой модели данных элементарным объектом для большинства систем выступает квадрат или прямоугольник. Такие единицы именуют как сетка, ячейка или пиксель. Множество ячеек образует решетку, растр, матрицу.

Площадная зона – набор соседствующих местоположений одинакового свойства. Термин Класс (или район) часто используют в отношении всех самобытных зон, которые имеют одинаковые параметры. Главными компонентами зоны являются ее значение и местоположения.

Значение – это единица информации, хранящаяся в теме (слое) для каждой точки или пикселя объекта. Ячейки одной зоны (или района) имеют одинаковое значение.

Местоположение – это наименьшая единица картографического пространства, для которого могут быть определены какие-либо характеристики или свойства (пиксель, ячейка). Такая единица картографического плана однозначно идентифицируется упорядоченной парой координат – номерами строки и столбца.

Организация и обработка информации в ГИС

Этапы обработки и анализа входящих данных с целью дальнейшей их реализации в вещественной форме (рис. 29):

1. Производится сбор географической (цифровые карты, изображения) и атрибутивной (описательная) информации (создается две БД).

2. Обращение к базам данных системы обработки пространственных данных для выбора, обработки и анализа нужной информации.

При этом весь процесс контролируется системой управления БД (СУБД), с помощью которой можно осуществлять быстрый поиск табличной и статистической информации.

Подходы к организации связи между географической и атрибутивной информацией:

1. Геореляционный (гибридный) - географические и атрибутивные данные организованы по-разному. Между двумя типами данных связь осуществляется посредством идентификатора объекта. Географическая информация хранится отдельно от атрибутивной в своей БД. Атрибутивная информация организована в таблицы под управлением реляционной СУБД.

2. Интегрированный - предусматривает использование средств реляционных СУБД для хранения как пространственной, так и атрибутивной информации. В этом случае ГЗИС выступает в качестве надстройки над СУБД.

3. Объектный - позволяет выстраивать иерархические цепочки объектов и решать многочисленные задачи моделирования, характеризуется легкостью описания сложных структур данных и взаимоотношений между объектами.

4. Объектно-реляционный - синтез 1 и 3 подходов.

Рис. 29. Схема организации и обработки информации в ГИС

В ГИС выделяют несколько форм представления объектов:

- в виде нерегулярной сети точек (рис. 30) - произвольно расположенные точечные объекты в качестве атрибутов имеющие какое-то значение в данной точке поля;

Рис. 30. Представление объектов в ГИС в виде нерегулярной сети точек

- в виде регулярной сети точек - это равномерно расположенные в пространстве точки достаточной густоты. Регулярную сеть точек можно получать интерполяцией из нерегулярных либо путем проведения измерений по регулярной сети;

- в виде изолиний (рис. 31) - недостатком данного представления является то, что нет никакой информации о поведении объектов, находящихся между изолиниями.

Географические и атрибутивные данные (рис. 32).

Географическая информация в ГИС представлена данными, описывающими пространственное месторасположение объектов (координаты, элементы графического оформления). Данные представляются в цифровой форме и служат для визуализации картины в той или иной модели данных.

Атрибутивная информация в ГИС – это данные, описывающие качественные или количественные параметры пространственно соотнесенных объектов.

Рис 31. Представление объектов в виде изолиний

а)

б)

Рис. 32. Жилой дом (а); расположение этого дома на карте района (б)

Модели данных в ГИС

Выбор метода организации данных в ГИС (модели данных), т.е. способа цифрового описания пространственных объектов, значительно важнее, чем выбор ПО. Потому что модель данных определяет многие функциональные возможности создаваемого ГЗИС проекта и применимость различных технологий ввода.

От типа модели зависят:

- пространственная точность представления визуальной части информации;

- качество картографического материала;

- организация контроля цифровых карт, а следовательно производительность системы (при выполнении запроса к базе данных или визуализации на экране монитора.)

Модель данных (рис. 33) – это концептуальный уровень организации данных. От выбора модели данных зависит ценность формируемых баз данных географической и атрибутивной информации.