Лекция введение понятие о геоинформационных системах
Скачать 0.5 Mb.
|
5.2. Краткий обзор программных средствПрограммные продукты формируются на основе модульного принципа. Обычно выделяют базовый модуль и модули расширения (или приложения). В базовом модуле содержатся функции, реализующие основные операции ГИС, в том числе программная поддержка устройств ввода-вывода, экспорт и импорт данных и т.д. Следует отметить, что программные продукты разных фирм имеют много общего, так как производители вынуждены заимствовать друг у друга те или иные технологические разработки. В настоящее время на рынке представлено около 20 хорошо известных ГИС-пакетов, которые можно отнести к полнофункциональным. Характеризуя свойства полнофункциональных ГИС можно отметить их общие черты. Все системы работают на платформе Windows. Только некоторые из них имеют версии, работающие под управлением других операционных систем («Горизонт» - MS DOS, Unix, Linux, MC BC, Free BSD, Solaris, ИНТРОС; ПАРК – MS DOS; Arc GIS Arc Info-Solaris, Digital Unix, AIX и др.; ArcView GIS – Unix). Все системы поддерживают обмен пространственной информацией (экспорт и импорт) со многими ГИС и САПР через основные обменные форматы. Еще более однородными являются возможности по работе с атрибутивной информацией. Большинство систем обеспечивают работу со всеми основными СУБД через драйверы ODBC, BDE. Первой в ряду поддерживаемых или используемых СУБД стоит Oracle. В преобладающем большинстве случаев современные полнофункциональные ГИС позволяют расширять свои возможности. Основным способом расширения возможностей является программирование на языках высокого уровня (MS Visual Basic, MS Visual C++, Borland Delphy, Borland C++ Builder) с подключением DLL и OCX-библиотек (ActiveX). Естественно имеются и исключения. Такие системы как MapInfo Professional используют Map Basic, а системы AricView GIS - Avenue. Наиболее распространенными зарубежными системами по разным причинам являются ArcView GIS, MapInfo Professioal, MicroStation/J. Аналогичный перечень отечественных систем возглавляют ГеоГраф, Панорама (Карта 2000), ПАРК, GeoLink. Коротко охарактеризуем наиболее распространенные программные продукты, отмечая особенности и области применения. ArcGIS ArcInfo (разработчик фирма ESRI, США). Полнофункциональная ГИС, состоящая из двух независимо устанавливаемых программных пакетов – ArcInfo Workstation и ArcInfo Desktop. Первый состоит из трех базовых модулей: ArcMap – отображение, редактирование и анализ данных, ArcCatalog – доступ к данным и управление ими, ArcToolbox – инструмент расширенного пространственного анализа, управление проекциями и конвертацией данных. Дополнительные модули обеспечивают решение следующих задач: - Arc COGO – набор средств и функций для работы с геодезическими данными; - Arc GRID – имеет мощный набор средств анализа и управления непрерывно распределенными числовыми и качественными признаками, представляемыми в виде регулярных моделей, а также моделирования сложных процессов; - ARC TIN – предназначен для моделирования топографических поверхностей; - Arc NETWORK – для моделирования и анализа топологически связанных объектов в виде пространственных сетей, оценки и управление ресурсами, распределенными по сетям, и процессами в таких сетях. ArcInfo обеспечивает создание геоинформационных систем, создание и ведение земельных, лесных, геологических и других кадастров, проектирование транспортных сетей, оценку природных ресурсов. ArcGIS ArcView (разработчик фирма ESRI, США). Настольная ГИС, которая предоставляет пользователю средства выбора и просмотра разнообразных геоданных, их редактирования, анализа и вывода (бизнес, наука, образование, управление, социология, демография, экология, транспорт, городское хозяйство). Все продукты ArcGis могут использовать дополнительные модули для решения специализированных задач пространственного анализа: - ArcGIS Spatial Analyst – программный модуль для работы с растровыми поверхностями. Позволяет анализировать характеристики поверхности, а также интерполировать пространственно распределенные данные для визуализации и анализа процессов; - ArcGis 3D Analyst – программа для создания, визуализации и анализа трехмерных объектов и поверхностей; - ArcGIS Geostatistical Analyst – новый модуль для интерполяции поверхностей на основе статистического анализа пространственно распределенных данных; - ArcView поддерживает реляционные СУБД, имеет развитую деловую графику (форма просмотра, табличная форма, форма диаграмм, создание макета), предусматривает создание профессионально оформленной картографической информации и разработку собственных приложений. MapInfo Professional (разработка фирмы MapInfo Corp.США), одна из самых распространенных настольных ГИС в России. MapInfo специально спроектирован для обработки и анализа информации, имеющей адресную или пространственную привязку. В MapInfo реализованы: - поиск географических объектов; - работа с базами данных; - геометрические функции: расчеты площадей, длин, периметров, объемов, заключенных между поверхностями; - построение буферных зон вокруг любого объекта или группы объектов; - расширенный язык запросов SQL, запросы основываются на выражениях, осуществляют объединение, отображают доступные поля, позволяют делать подзапросы, объединения из нескольких таблиц и географические объединения. - компьютерный дизайн и подготовку к изданию картографических документов. ГеоГраф (разработка Центра информационных исследований Института географии РАН, Россия). Дает возможность создавать электронные тематические атласы и композиции карт на основе слоев цифровых карт и связанных с ними таблиц атрибутивных данных. Основные возможности ГеоГраф следующие: - создание пространственных объектов в виде косметических слоев с привязкой к ним таблиц атрибутивных данных; - подсистема управления атрибутивными данными, включая подсоединение таблиц, редактирование, выборку, сортировку, запросы по образцу и т.д. - электронное тематическое картографирование и др. Панорама (Россия) Построение и обработка цифровых и электронных карт, ведение картографической и атрибутивной баз данных. Отдельно следует выделить профессиональные многофункциональные инструментальные ГИС, обеспечивающие возможность непосредственной обработки данных ДЗ. К ним относятся ERDAS IMAGINE, ERMapper и др. ER Mapper (разработка ER Mapper) Обработка больших объёмов фотограмметрической информации, тематическое картографирование (геофизика, природные ресурсы, лесное хозяйство). Точность, печать карт, визуализация трёхмерного изображения, библиотека алгоритмов. ERDAS IMAGINE (разработка Leica) – программный пакет, разработанный специально для обработки и анализа данных дистанционного зондирования, предоставляет полный набор инструментов для анализа данных из любого источника и представление результатов в различных формах – от печатных карт до трехмерных моделей. ERDAS IMAGINE построен по модульному принципу в виде базовых комплектов – IMAGINE Essential, IMAGINE Advantage и IMAGINE Professional. В ERDAS IMAGINE реализованы: - широкие возможности по визуализации и импорту данных (поддерживает более 100 форматов); - геометрическая коррекция; - улучшающие преобразования и ГИС-анализ; - дешифрирование снимков; - инструменты обработки изображений и построение алгоритмов пространственных вычислений; - создание карт. ЛЕКЦИЯ 6 ГИС- ТЕХНОЛОГИИ Географическая информационная система (ГИС) - это система для управления географической информацией, ее анализа и отображения. Географическая информация представляется в виде серий наборов географических данных, которые моделируют географическую среду посредством простых обобщенных структур данных. ГИС включает наборы инструментальных средств для работы с географическими данными. Географическая информационная система поддерживает несколько видов для работы с географической информацией: 1. 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.) 2. Вид Геовизуализации: ГИС - это набор интеллектуальных карт и других видов, которые показывают пространственные объекты и отношения между объектами на земной поверхности. Могут быть построены разные виды карт, и они могут использоваться как “окна в базу данных” для поддержки запросов, анализа и редактирования информации. 3. Вид Геообработки: ГИС - это набор инструментов для получения новых наборов географических данных из существующих наборов данных. Функции обработки пространственных данных (геообработки) извлекают информацию из существующих наборов данных, применяют к ним аналитические функции и записывают полученные результаты в новые производные наборы данных. В программном обеспечении ESRI® ArcGIS® эти три вида ГИС представлены каталогом (ГИС как коллекция наборов геоданных), картой (ГИС как интеллектуальный картографический вид) и набором инструментов (ГИС как набор инструментов для обработки пространственных данных). Все они являются неотъемлемыми составляющими полноценной ГИС и в большей или меньшей степени используются во всех ГИС-приложениях.  Рис. 1. Три вида ГИС. 10.2. ВИД БАЗЫ ГЕОДАННЫХ ГИС - это особый тип базы данных об окружающем мире - географическая база данных (база геоданных). В основе ГИС лежит структурированная база данных, которая описывает мир в географическом аспекте. Приведем краткий обзор некоторых ключевых принципов, важных для понимания баз геоданных. 10.2.1. Географическое представление Создавая дизайн базы геоданных ГИС, пользователи определяют, как будут представляться разные пространственные объекты. Например, земельные участки обычно представляются как полигоны, улицы - как центральные линии, скважины - как точки, и т.д. Эти объекты группируются в классы объектов, в которых каждый набор имеет единое географическое представление. Каждый набор данных ГИС дает пространственное представление какого-то аспекта окружающего мира, включая:
 10.2.2. Описательные атрибуты Помимо географических представлений, наборы данных ГИС включают традиционные табличные атрибуты, описывающие географические объекты. Многие таблицы могут быть связаны с географическими объектами по общим полям (их часто на зывают ключевыми). Подобные табличные наборы информации и отношения (взаимосвязи) играют ключевую роль в моделях данных ГИС, аналогичную той, которую они выполняют в традиционных приложениях, работающих с базами данных.  Таблица класса пространственных объектов
 Связанная таблица с данными о собственниках
Взаимосвязь (отношения) атрибутов и географических объектов 10.2.3. Пространственные отношения: топология и сети Пространственные отношения, такие как топологии и сети, являются очень важными частями базы данных ГИС. Топология применяется для контроля над общими границами между пространственными объектами, для определения и исполнения правил целостности данных, а также для поддержки топологических запросов и навигации (например, чтобы определить смежность и связность объектов). Топология также используется для расширенного редактирования и построения пространственных объектов на основе неструктурированных геометрических элементов (например, для построения полигонов из линий).  Сети описывают связанный граф ГИС-объектов, по которому можно перемещаться. Это важно для моделирования маршрутов и навигации в таких сферах деятельности, как транспортная, трубопроводная, инженерные коммуникации, гидрология и во многих других прикладных задачах, связанных с сетями.  10.2.4. Тематические слои и наборы данных ГИС организует пространственные данные в серии тематических слоев и таблиц. Так как наборы данных в ГИС связаны географически, им приписаны реальные местоположения, и они накладываются друг на друга.  В ГИС однородные наборы географических объектов собраны в такие слои, как земельные участки, скважины, здания и сооружения, ортофотоснимки и растровые цифровые модели рельефа (ЦМР, DEM). Четко определенные наборы геоданных критически важны для геоинформационной системы, а основанное на слоях понятие тематического набора информации важно для концепции набора данных ГИС. Наборы данных могут представлять:
Многие пространственные отношения между слоями легко определяются, исходя из их общего географического положения. ГИС управляет простыми слоями данных как классами родовых ГИС-объектов и использует богатый набор инструментов при работе со слоями данных для выявления многих ключевых отношений ГИС будет использовать множество наборов данных со многими представлениями, часто полученными из разных организаций. Поэтому, очень важно, чтобы наборы данных ГИС были:
Любая база данных ГИС или файловая база будет жестко придерживаться этих общих принципов и концепций. Для любой ГИС необходим механизм описания географических данных в этом контексте, а также широкий набор инструментов для использования и управления этой информацией. 10.3. ВИД ГЕОВИЗУАЛИЗАЦИИ Геовизуализация подразумевает работу с картами и другими видами географической информации, в том числе с интерактивными картами, 3D сценами, итоговыми диаграммами и таблицами, видами с показателями времени, схематическими видами сетевых отношений. ГИС включает в себя интерактивные карты и прочие виды, оперирующие с наборами географических данных. Карты - это мощный модельный образ для определения и стандартизации того, как люди используют географическую информацию и взаимодействуют с ней. Интерактивные карты предоставляют основной пользовательский интерфейс для большинства ГИС-приложений. Они доступны на многих уровнях: от карт для беспроводных мобильных клиентов до Web-карт в браузерах и карт в мощных настольных ГИС-приложениях. Карты в ГИС во многом схожи со статичными бумажными картами, но к тому же они интерактивны, то есть вы можете взаимодействовать с ними. Интерактивную карту можно уменьшать и увеличивать, причем при определенных масштабах некоторые слои на карте могут появляться или исчезать. Вы можете применять условные знаки для отображения слоев карты на основе любого выбранного набора атрибутов. Например, цветовая шкала условных обозначений для земельных участков может основываться на типах их зонирования, а размеры точечных значков для обозначения скважин могут быть связаны с их объемом выработки. При указании географического объекта на интерактивной карте можно получить о нем дополнительную информацию, строить пространственные запросы и проводить анализ. Например, можно найти все магазины определенного типа недалеко от школ (например, в радиусе 200 м) или все заболоченные участки на расстоянии до 500 м от выбранных дорог. Кроме того, многие пользователи ГИС посредством интерактивных карт проводят редактирование данных и создают пространственные представления объектов.    Карты используются для отображения и передачи географической информации, а также для выполнения многочисленных задач, таких как развитая компиляция данных, картографирование, анализ, запросы, сбор данных в полевых условиях. Помимо карт, в базах данных ГИС используются другие интерактивные виды, такие как временные срезы, глобусы и схематические чертежи. Именно через интерактивные карты пользователи ГИС выполняют большинство стандартных задач: как простых, так и продвинутых. Эти карты - основная рабочая форма в ГИС, обеспечивающая доступ к географической информации для сотрудников организации. Разработчики часто встраивают карты в пользовательские приложения, и многие пользователи публикуют в Интернете Web-карты, предназначенные для использования в ГИС.
Как показано в примерах на этих рисунках, информацию, в том числе относящуюся к разным временным срезам (которые фиксируются как “события”), можно представить в программном продукте Tracking Analyst, в ArcGIS Schematics, во встраиваемых приложениях, которые используют элементы управления MapControl для поиска земельных участков. Ее также можно просматривать с помощью приложения ArcGlobe. 10.4. ВИД ГЕООБРАБОТКИ 10.4. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Следующий вид ГИС представлен коллекцией наборов географических данных и операторами (инструментами), применяемыми к этим наборам данных. Наборы географических данных могут представлять собой первичные “сырые” измерения (например, спутниковые снимки), интерпретированную и скомпилированную аналитиками информацию (например, дороги, сооружения или типы почв), либо информацию, полученную из других источников путем дополнительного анализа или моделирования. Геообработка связана с применением инструментов и процедур, используемых для генерирования производных наборов данных. ГИС предлагает богатый выбор инструментов для обработки пространственной информации. Эти инструменты используются для работы с такими информационными объектами ГИС, как наборы данных, поля атрибутов и картографические элементы для вывода карт на печать. В совокупности эти продвинутые команды и объекты данных формируют основу развитой среды обработки географических данных (геообработки). ДАННЫЕ + ИНСТРУМЕНТ = НОВЫЕ ДАННЫЕ Инструменты ГИС являются строительными блоками для выполнения многошаговых операций. Инструмент применяет операцию к некоторым имеющимся данным с целью получения новых данных. Среда геообработки используется в ГИС для последовательного выполнения серии таких операций. Операции, соединенные в единую цепочку, формируют модель процесса обработки данных. Такая единая последовательность выполнения операций используется в ГИС для автоматизации выполнения многочисленных задач геообработки. Создание и применение подобных процедур и называется геообработкой.  10.4.2. Геообработка в действии Геообработка используется для моделирования процессов передачи данных из одной структуры в другую с целью выполнения многих стандартных задач ГИС - например, для импорта данных из разных форматов, интегрирования этих данных в ГИС, для стандартных процедур проверки качества импортируемых данных. Возможность автоматизации и повторного выполнения таких рабочих процессов является сильной стороной ГИС. Она широко применяется в многочисленных ГИС-приложениях и сценариях работы с данными. Механизм, используемый для построения рабочих потоков при геообработке, должен выполнять ряд команд в определенной последовательности. Пользователи ArcGIS могут создавать такие процессы графически с помощью интерфейса ModelBuilder™, они также могут написать скрипты при помощи таких современных инструментов программирования, как Python, VBScript и JavaScript. Геообработка широко используется на всех этапах работы с ГИС для автоматизации и компиляции данных, управления, анализа и моделирования данных, а также для развитой картографии.  10.4.3. Компиляция данных Перед выполнением процедур, которые можно автоматизировать с помощью геообработки, необходимо убедиться в качественности и целостности данных, а также проконтролировать их пригодность для многократных запросов QA/QC. Автоматизация этих рабочих потоков средствами геообработки помогает совместно использовать серии процедур, выполнять пакетную обработку и документировать эти ключевые процессы в ходе обработки данных. 10.4.4. Анализ и моделирование Геообработка - это ключевая среда для моделирования и анализа. К обычным приложениям для моделирования относятся:
 10.4.5. Управление данными Управление потоками географических данных критически важно для всех ГИС-приложений. Пользователи ГИС применяют функции геообработки для перемещения данных в и из базы данных, для публикации данных в разных форматах, например профайлах GML (Geographic Markup Language), для объединения сходных наборов данных, модернизации схем баз данных ГИС, а также для выполнения пакетной обработки содержимого баз данных. 10.4.6. Картография Развитые инструменты геообработки используются для получения разномасштабных картографических представлений, выполнения генерализации, автоматизации большей части рабочих процессов обеспечения и контроля качества (QA/QC) при создании картографической продукции типографского качества. ЛЕКЦИЯ 7. СОДЕРЖАНИЕ И ЭТАПЫ РАБОТ ПО РЕАЛИЗАЦИИ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ Применение ГИС для решения различных задач, в разных организационных схемах и с разными требованиями, обуславливает разные подходы к процессу реализации ГИС-технологий. Выделяют пять основных этапов процесса реализации проектирования ГИС. 1. Анализ системы принятия решений. Процесс начинается с определения всех типов решений, для принятия которых требуется информация. Должны быть учтены потребности каждого уровня и функциональной сферы. 2. Анализ информационных требований. Определяется, какой тип информации нужен для принятия каждого решения. 3. Агрегирование решений, т.е. группировка задач, в которых для принятия решений требуется одна и та же или значительно перекрывающаяся информация. 4. Проектирование процесса обработки информации. На данном этапе разрабатывается реальная система сбора, хранения, передачи и модификации информации. Должны быть учтены возможности персонала по использованию вычислительной техники. 5. Проектирование и контроль над системой. Важнейший этап – это создание и воплощение системы. Оценивается работоспособность системы с разных позиций, при необходимости осуществляется корректировка. Любая система будет иметь недостатки, и поэтому её необходимо делать гибкой и приспособляемой. Геоинформационные технологии призваны автоматизировать многие трудоёмкие операции, ранее требовавшие больших временных, энергетических, психологических и других затрат от человека. Однако разные этапы технологической цепочки поддаются большей или меньшей автоматизации, что в значительной степени может зависеть от правильной постановки исходных задач. Прежде всего, это формулирование требований к используемым информационным продуктам и выходным материалам, получаемым в результате обработки. Сюда можно отнести требования к распечатке карт, таблиц, списков, документов; к поиску документов и т.д. В результате должен быть создан документ с условным названием «Общий список входных данных». Следующий шаг – определение приоритетов, очерёдности создания и основных параметров (территориального охвата, функционального охвата и объёма данных) создаваемой системы. Далее устанавливают требования к используемым данным с учётом максимальных возможностей их применения. |
Похожие:
 | Правительство Российской Федерации Государственное образовательное... Введение. Понятие о традиционных литературных системах. Античный мир. Античная поэзия | | Лекция 1 введение понятие и особенности информационного общества Про грамма соответствует федеральному компоненту государственного стандарта основного общего образования по информатике и информационным... |
| Лекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое... Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного... | | Лекция №5 по теме: «Защита информации в компьютерных системах» На внеаудиторную работу выносится следующая тематика лекционного материала с прилагаемыми контрольными вопросами |
 | Лекция №1 Понятие о строительных материалах, изделиях, конструкциях. Классификация сырьевых материалов и технологий производства строительных... | | Урока: образовательные Цели урока: Обосновать необходимость введения новой физической величины – импульса тела, ввести понятие – импульс тела. Сформировать... |
| Лекция 12. 2 начало термодинамики. Цикл Карно. Необратимость и направленность... Организационное. План работы на декабрь, анализ проведённых мероприятий за ноябрь | | Лекция Понятие экономики и ее основные проблемы Понятие «экономики» В соответствии с Федеральным законом от 06. 10. 2003г. №131-фз «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской... |
| 2012. 03. 20. Йога Триада. Введение. Лекция 37 Охватывает их целостности со всеми сложностями, взаимосвязями, противоречиями | | А. С. Калюжный психология и педагогика Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 |
| Тест №2 (Русский язык – 4) Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 | | Протокол №11 от 31 августа 2011 г Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Урок Понятие об экономических системах. Традиционная и рыночная экономическая система | | Урока: Обучающая ... |
| Реферат по дисциплине: Введение в специальность на тему: «Исполнительные... Электроприводы, применяемые в системах числового программного управления и в робототехнических комплексах 14 | | Программа рассмотрена на заседании «Утверждаю» Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 |
