Геоинформатика Раздел 1. Основы ГИС.

Значение геоинформационных систем и их актуальность Современные геоинформационные системы, как инструмент поддержки принятия решения на основе использования 3D моделирования

Понятие ГИС ГИС – это система, состоящая из людей, а также технических и организационных средств, которые осуществляют сбор, передачу, ввод и обработку данных с целью выработки информации, удобной для дальнейшего использования в географическом исследовании и для ее практического применения. (Konecny M.) ГИС – это интегрированная компьютерная система, находящаяся под управлением специалистов-аналитиков, которая осуществляет сбор, хранение, манипулирование, анализ, моделирование и отображение пространственно соотнесенных данных. ГИС – это комплекс аппаратно-программных средств и деятельности человека по хранению, манипулированию и отображению географических (пространственно соотнесенных) данных. (Abler R.)

Подсистемы ГИС Аппаратные средства Программное обеспечение Данные Исполнители Методы

Этапы развития ГИС Пионерный этап (поздние 1950е - ранние 1970е гг.) Исследование принципиальных возможностей информационных систем, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы. Этап государственного влияния (ранние 1970е - ранние 1980е гг.) Развитие крупных геоинформационных проектов, финансируемых государством, формирование государственных институтов в области геоинформатики, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

Этапы развития ГИС Этап коммерциализации (ранние 1980е - настоящее время) Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных инструментальных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами атрибутивных данных, создание сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, организация систем, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах и поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

Этапы развития ГИС Этап потребления (поздние 1980е - настоящее время) Повышенная конкурентная борьба среди коммерческих производителей геоинформационных технологий и услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и открытость программных средств позволяет пользователям самим настраивать, адаптировать, использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских клубов, телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в географических данных, начало формирования геоинформационной инфраструктуры планетарного масштаба.

Уровни использования ГИС Можно условно выделить четыре уровня использования ГИС: Бытовой - на этом уровне применяются преимущественно информационно справочные системы с возможностью модификации атрибутивной информации (редактирование, создание новых записей, создание новых баз точечных объектов) ; Офисный - во многом близкий к бытовому, обычно добавляется несколько типичных задач, например, оптимизация доставки грузов, выдача путевых листов с распечатанной картой доставки и т.п.; Производственный - разрабатываются специализированные системы, позволяющие обеспечить решение отдельных задач (земельный кадастр, кадастр недвижимости, лесоустройство, прогнозирование пожаров по ДДЗЗ) с соблюдением строгих технологических схем, режимов доступа к информации. Системы имеют незначительное число функций пространственного анализа. Модификация системы и эксплуатация разделены.; Научный - для научных исследований принято использовать открытые системы. Модификация системы и настройка на решение различных задач доступны для пользователя. Система изначально имеет широкий набор функций пространственного анализа.

Программное обеспечение геоинформационных систем Основные составляющие ГИС: географические данные; специалисты, умеющие использовать эти геоданные в различных предметных областях; программные средства работы с геоданными; аналитические процедуры и методы для работы с геоданными; аппаратные средства для работы с геоданными.

Способы ввода геоданных Способы ввода геоданных: Приобретение готовых цифровых электронных карт; Конвертация из других форматов; Непосредственная оцифровка с твердой основы; Сканирование карт с твердой основы с последующей векторизацией; Векторизация авиационных и космических снимков; Непосредственный ввод координат географического объекта на местности (с помощью GPS приемника).

Архитектура ГИС

Понятие объекта и топология Пространственный объект (син. Географический объект) - цифровое представление объекта реальности (entity), иначе цифровая модель объекта местности, содержащая его местоуказание и набор свойств, характеристик, атрибутов (позиционных и непозиционных пространственных данных соответственно) или сам этот объект. Выделяют четыре основных типа: точечные (точки), линейные (линии), площадные или полигональные, контурные (полигоны) и поверхности (рельефы), 0-, 1-, 2- и трехмерные соответственно, а также тела. Выделяют четыре основных типа пространственных объектов: Точечные Линейные площадные (полигональные) контурные поверхности Пространственные данные – данные о пространственных объектах, их местоположении или местонахождении и свойствах, представленные в аналоговой или цифровой форме.

Понятие объекта и топология

Базовые типы пространственных объектов Точка (точечный объект) – 0-мерный объект, характеризуемый плановыми координатами. Линия (линейный объект, полилиния) – 1-мерный объект, образованный последовательностью не менее двух точек с известными плановыми координатами. Область (полигон, полигональный объект, контур) – 2-мерный площадной объект, внутренняя область, ограниченная замкнутой последовательностью линий. Пиксел (пиксель) – 2-мерный объект, элемент цифрового изображения, наименьшая его составляющая, получаемая в результате дискретизации изображения. Ячейка (регулярная ячейка) – 2-мерный объект, элемент разбиения земной поверхности линиями регулярной сети. Поверхность (рельеф) – 2-мерный объект, определяемый плановыми координатами и аппликатой Z, входящей в число атрибутов. Тело – 3-мерный (объёмный) объект, описываемый тройкой координат, включая аппликату Z, и ограниченный поверхностями.

Характеристики пространственных объектов

Общее цифровое описание пространственного объекта включает: наименование; указание местоположения (местонахождения, локализации); набор свойств; отношения с иными объектами; Для любого объекта в ГИС характерно наличие трех типов характеристик определяющих: Самобытность объекта – идентификатор; Местоположение объекта – локатор; Свойства объекта –атрибуты, связи, допустимые операции; Атрибутивная информация.

Топология Топологическими называются свойства, которые не меняются при любых деформациях пространства. Топология, устанавливающая пространственные отношения между географическими объектами, является основополагающим свойством для гарантии качества данных. Топология делает возможным проведение расширенного пространственного анализа и играет фундаментальную роль в обеспечении качества базы данных ГИС.

Топология Реализация топологии в ArcGIS Топология реализуется в виде набора правил целостности, определяющих поведение пространственно взаимосвязанных географических объектов и объектных классов. Топологические правила, применяемые к географическим объектам или объектным классам в базе геоданных, позволяют пользователям ГИС моделировать такие пространственные отношения как связность (связаны ли линии дорожной сети?) и смежность (существует ли промежуток между двумя полигонами участков?). Топология полезна также для контроля целостности совпадающей геометрии у различных классов объектов (например, совпадает ли береговая линия с границей страны?). ArcGIS включает набор пространственных операторов (инструментов редактирования) для редактирования общей (совместной для разных объектов) геометрии и для обнаружения ошибок в пространственных взаимосвязях, произошедших из-за нарушения заданных пользователем правил.