Анализ информации в ГИС

 

Современная ГИС содержит в себе набор средств для анализа пространственно-атрибутивной информации.

Возможности непространственного (атрибутивного) анализа:

-запрос по атрибутам и их отображение;

-поиск цифровых карт и их визуализация;

-классифицирование непространственных данных;

-картографические измерения (расстояние, направление, площадь);

-статистические функции.

Возможности пространственного анализа:

-“оверлейные” операции;

-анализ близости;

-сетевой анализ;

-поиск объектов;

-анализ видимости-невидимости;

-прогнозирование;

-картометрические функции;

-интерполяция;

-зонирование;

-создание контуров;

-декомпозиция и объединение объектов;

-буферизация;

-переклассификация.

Буферизация. Буферная зона (buffer zone, buffer, corridor)
(рис. 51) – представляет из себя полигональный слой, образованный путем расчета и построения эквидистант, или эквидистантных линий (equidistant line), равноудаленных относительно множества точечных, линейных или полигональных пространственных объектов. Операция “буферизации” (buffering) применяется, например, для целей выделения трехкилометровой пограничной зоны, 20-метровой полосы отчуждения железнодорожной линии и т.п.

Буферная зона полигонального объекта может строиться как вовне, так и внутри полигона. В случае если расстоянию между объектами и эквидистантами ставятся в соответствие значения одного из его атрибутов, говорят о “буферизации со взвешиванием” (weighed buffering).

В современных ГИС буферные зоны создаются автоматически, причем построить их можно вокруг объектов любых типов.

 

Рис. 51. Примеры отображения буферных зон заданной ширины для различных графических примитивов

 

Буферными зонами, могут быть, например, эпидемиологическими зонами, зонами техногенных катастроф (розлив нефти, авария на атомной станции), зонами дальнего действия различных радиотехнических устройств и систем и т.д. Например (рис. 52), нужно создать область, охватывающую объекты, находящиеся в пределах 500 метров по обе стороны от реки. Процесс создания такой области называется созданием буферной зоны, при этом такая зона называется буфером. Вид буфера определяется его радиусом. Радиусом буфера в предложенном примере является величина равная 500 метров.

 

Рис. 52. Буферная зона вокруг объекта

 

Чтобы создать буфер, нужно задать радиус буфера (в виде константы, колонки таблицы или выражения), гладкость (число сегментов для буферной окружности). Радиус буфера определяет его размеры. Чтобы буфер охватывал все объекты, расположенные в пределах N километров по обе стороны шоссе, следует задать радиус буфера N километров. Радиус можно задать как постоянную величину (константу) или использовать значения из колонки таблицы.

Например, чтобы создать вокруг городов буферные зоны, которые отражали бы численность населения, можно выбирать значения радиуса буфера из колонки “Население”, или из выражения. При необходимости создать буферы, отражающие плотность населения вокруг городов, но нет данных плотности населения. В таком случае надо задать радиус буфера выражением, в котором будет вычисляться плотность населения на основании данных численности населения и площади городов.

Число сегментов для буферной окружности определяет степень скругления (гладкость = 12 сегментов для полной окружности). Все современные ГЗИС могут рассчитывать ширину буфера от границы объекта:

– для сферических координат, измеряющие расстояние на сферической поверхности Земли. Это означает, что расстояние от границы исходного объекта до нового буферного объекта может изменяться от узла к узлу.

– для декартовых координат вычисления расстояния производятся на плоскости X–Y, на которую спроецированы данные.

Можно создавать единый буфер вокруг всех выбранных объектов или отдельные буферы вокруг каждого объекта. Осуществить буферизацию для нескольких объектов сразу можно двумя способами.

1. Создать единый буфер вокруг всех объектов, здесь ГИС считает полученный буфер единым объектом типа многоугольник. Если выбрать один из буферных многоугольников, то в проекте будут выбраны и все остальные.

2. Создать отдельные буфера для каждого из объектов.

 

Оверлейные операции. Операция наложения друг на друга двух или более слоев, результатом которой является графическая композиция (графический оверлей), используемых слоев или один результирующий слой, несущий в себе набор пространственных объектов исходных слоев, топологию этого набора и атрибуты, которые являются производными от значений атрибутов исходных объектов в топологическом оверлее векторной модели представлений пространственных объектов.

К оверлейным относятся операции:

-определения принадлежности точки полигону;

-определения принадлежности линии полигону;

-определения принадлежности полигона полигону;

-наложения двух полигональных слоев;

-уничтожения границ одноименных классов полигонального слоя с порождением нового слоя;

-определения линий пересечения объектов;

-объединения (комбинирования) объектов одного типа;

-определения точки касания линейного объекта и т.д.

Оверлейная топологическая операция “точка-в-полигон”(рис. 53). Эта операция создает новый слой посредством наложения объектов двух слоев.

 

Рис. 53. Оверлейная топологическая операция “точка-в-полигон”

Один из этих слоев должен быть полигонального типа, и он используется для определения области отсечения. В полученном слое сохраняют только те объекты исх. слоя, которые попадают в область вырезания. В исх. слое могут использоваться любые объекты (полигоны, линии или точки) при этом они будут одного типа с объектами нового слоя. В итоге получают объективную атрибутивную таблицу для нового слоя, которая содержит поля, аналогичные имеющимся полям в атрибутивной таблице исходного слоя.

Кроме операций топологического оверлея существуют операции логического или булевского оверлея (рис. 54). Все операции (всего их четыре) основаны на элементарных логических функциях – логические И (рис. 55), ИЛИ, НЕ и исключающее ИЛИ.

 

 

Рис. 54. Структуры операций логического или булевского оверлея

 

Переклассификация (рис. 55).Аналитическая операция, преобразующая слой карты по заданному условию. На пример, на карте нанесены сельхоз угодья с разными типами почв и растительные культуры, произрастающие на данном участке земли. В данном случае операция переклассификации позволяет объединить однородные почвенные зоны в единую область без акцента на растущие на них сельхоз культуры, т.е. условием переклассификации является принадлежность к одному типу почвы.

 

 

Рис. 55. Пример операции пересечения, основанной на логической
функции И

 

 

Рис. 55. Реализация команды переклассификация

 

Основные переклассификационные условия:

1. Отсечение объектов (рис. 56)- пространственное положение не соответствует заданной позиции (позиционное).

 

 

Рис. 56. Отсечение объектов

2. По значению величины (рис. 57) (высота над уровнем моря (нужно изменить футы на метры), зональная температура, количество осадков), отображаемой на карте).

 

 

Рис. 57. По значению величины

 

3. По размеру объектов (рис. 58) (на пример, отсечь области с площадью меньше 50 км²).

 

 

Рис. 58. По размеру объектов

 

4. Переклассификация единого класса объектов в индивидуальные объекты (рис. 59).

 

 

Рис. 59. Переклассификация единого класса

 

Картометрические функции. Операции, позволяющие измерять расстояния, площади, периметры, объемы, заключенные между секущими поверхностями, полученных по стереопаре (стереологические параметры) - это обязательные внутренние функции ГИС.

При проведении картометрических измерений нужно знать, что:

1. Процесс вычисления координат объектов различается для разных примитивов: проще всего вычислить координаты точек - (x, y), затем линий – (x ₁, y ₁; …; x_n, y_n), и, наконец, полигонов – (x ₁, y ₁; … x_n, y_n; x ₁, y ₁). Для линий иногда приходится вычислять дополнительные характеристики, такие как длина и угол простирания. Для полигонов чаще всего определяют периметр, площадь, размеры.

2. Форму характеризуют такими параметрами, как факторы формы круга и эллипса. Фактор формы круга показывает насколько полигон близок к кругу, т.е. фигуре, площадь которой ограничена наименьшим периметром. Для круга фактор формы круга равняется 1. С увеличением периметра фигуры при неизменной площади значение фактора формы круга уменьшается до 0. Фактор формы эллипса говорит о близости фигуры к эллипсу (изменение значений этого фактора такое же, как для круга).

3. Вычисление стереологических параметров необходимо для описания объемной (3 d) структуры объектов. Фундаментом для расчета параметров служат значения площади и периметра примитива, полученные с карты. В большинстве случаев, этими параметрами описывают структуры, элементы которых связаны между собой в пространстве.

 

Районирование (рис. 60).Объединение объектов на карте в большие территории для обобщения данных, используется в создании и анализе территорий сбыта, избирательных округов, территорий, обслуживаемых подразделениями аварийной службы, маршрутов доставки, анализе распределения ресурсов и т.д. - цветами обозначены различные территории – районы.

ГИС позволяет отслеживать изменения в данных по районам при переносе объектов из одного района в другой. При районировании не создается новых географических объектов на карте, а также не вносится никаких постоянных изменений в стили  существующих объектов. Районирование представляет собой инструмент динамической группировки существующих объектов и анализа соответствующих данных, при этом можно зафиксировать изменения в объектах, сохранив в виде отдельной таблицы.

Районирование можно осуществить для любой таблицы, содержащей графические объекты типа область, линия или точка. Различные районы изображаются различными штриховками, типами линий или символов. Число районов для каждой таблицы не может превышать 300. Районы и районные центры Приморского края. Прием районирования полезно при большом разбросе значений данных, когда необходимо оценить различные сценарии разделения. Районирование можно применять для создания новых территориальных единиц или для перепланирования существующего деления.

 

 

Рис. 60. Пример организации карты и легенды района