лекции Христодуло О.И

ГИ С – автом атизированная информ ационная систем а,обладаю щ ая возм ож ностью работы с территориально привязанны м и данны м и (геоданны м и).Прим еры геоданны х:точки,линии,полигоны на картах.

ГИ С – организованны й набор аппаратны х и програм м ны х средств,геоданны х в электронной форм е и персонала,которы е служ ат для эффективного ввода,хранения и обработки информ ации.

ГИ С – ком пью терная систем а,способная хранить и использовать данны е,которы е описы ваю т определенны е м еста на зем ной поверхности.

Основны е составляю щ ие ГИ С.

1.Геоданны е

2.Специалисты (те,кто ум еетиспользовать геоданны е в различны х областях)

3.Програм м ны е средства работы с геоданны м и

4.Аппаратны е средства

5.Процедуры и функции.

Сущ ествую т м одули расш ирения для ArcGIS:

1.ArcPlot – подготовка ком позиций карт и вы вод на печать

2.ArcGrid – работа с растровы м и м оделям и данны х

3.ArcStorm – организация и обеспечение доступа к библиотечной структуре геоданны х

4.ArcScan – векторизация растровы х изображ ений

5.Network – реш ение задач,связанны х с географическим и сетям и

6.ArcSDE – реляционное управление данны м и,обеспечение бы строго м ногопользовательского доступа,поддерж ка больш их БД .

7.ArcFM – реш ение задач управления сетям и (электрические сети,трубопровод,транспорт и т.д.)

8.ArcPress – ускорение вы вода грпафической информ ации на печать

9.ArcIMS – работа в Internet (публикация реш енны х задач)

10.Spatial Analyst – пространственны й анализ векторны х и растровы х данны х

11.3D Analyst – разработка трехм ерной м одели данны х.

Ф ункции ГИ С.

1.Сбор геоданны х (или просто данны х).

Лю бая ГИ С долж на обеспечивать средство для ввода как географических так и атриьбутивны х данны х. Способы ввода геоданны х в ком пью тер:

1)Приобретение готовы х электронны х карт

2)Конвертация из других форм атов

3)Непосредственная оцифровка с тврдой основы

4)Сканирование с твердой основы с последую щ ей векторизацией

5)Векторизация авиационны х и косм ических сним ков

6)Непосредственны й ввод координатгеографического объекта на м естность

2.Хранение данны х.

Сущ ествует две основны х м одели хранения геоданны х:

1)Векторная.Векторены й форм атпаредставляетсобой географические объекты которы е на карте представленны в виде точек линий и полигонов.

2)Растровая.Растровы е форм аты – м нож ество ячеек,которы е покры ваю т всю область располож ения объекта.

3.Запросы .

Сущ ествует два основны х запроса:

1)И дентификация отдельны х объектов (определение точного м естополож ения сущ ествую щ енго оъекта):где находится и какие атриьбуты ем у присвоены .

2)И дентификация объектов по условию (определение м естополож ения объекта,которы й удовлетворяет опрелделённом у условию .)

4.Анализ данны х.

Основны е виды анализа геоданны х:

1)Близость.Какие участки располож ены на таком -то расстояние оттакого-то объекта и другие запросы такого типа.Д ля этого используется буферизация.

2)Налож ение.О бъединяю тся объекты двух слоёв.Д ля создания нового слоя содерж ащ его аттрибуты обоих слоёв.Прим ер: налож ение грунты и раститеольности.

3)Сеть.Рассм атривается как соединены линейны е объекты и каким образом м ож но по ним передвигаться.

5.О тображ ение.

О сущ ествляется в виде карт граффиков и диаграм .

6.Ввы вод инф орм ации.

О рганизация пространственны х данны х.

ГИ С организует и хранит информ ацию в виде совокупности тем атических слоёв,которы е им огут бы ть связанны по каким либо географическим признакам .

Ком поненты географических данны х:

1)Геом етрия – изображ ение геоданны х связанны х с их реальны м м естополож ением .Сущ ествует 3 вида изображ ения объектов на карте: точки,линии,полигоны .

2)Атрибуты – описание характеристик географических объектов.

3)Поведение.О значает то,что географические объекты м огут следовать свойственны м только для данного объекта правилам аналлиза и редактирования.Правила задаю тся пользователем .

Продукты настольного ArcGIS:

1)ArcMap – обеспечиваетпользователя инструм ентам и для создания визуального представления данны х.М ож но создавать карты и осущ ествлять их анализ.

2)ArcCatalog – пом огаеторганизовать и управлять данны м и в ArcGIS.В него въходят инструм енты для:

a.О бзора и нахож дения геоинформ ации

b.Записи и просм отра м етаданны х.

c.Бы строго просм отра лю бы х данны х.

d.О пределение схем ы и структуры для слоя геоданны х.

3)ArcToolbox – прилож ение которое обеспечивает инструм енты для редактирования, преобразования и управления данны м и.

Разработка проектов в ArcInfo.

Основны е этапы :

1)Создание и проектирование БД

2)Ввод пространственны х данны х.

3)Редактирование и создание топологии (установление связей м еж ду объектам и)

4)Ввод атрибутивны х данны х.

5)Управление и м анипулирование дангны м и.

6)Анализ данны х.

7)Представление результатов анализа.

Мож но уркупнить атапы :

1)Проектирование БД и ввод данны х

2)Анализ данны х.

3)Представление результатов анализа.

Проеткирование БД .

Основны е этапы проектирования БД :

1)О пределение географических обектов и их аттрибутов

2)О рганизауия слоёв данны х

3)О пределение покры тий которы е необходим о ввести

Организация слоёв данны х.

Сущ ествует 2 наиболее общ их принципа организации слоёв:

1)По классам объектов: точки,линии,полигоны .

2)Тем атическое объединение объектов.

Определение покры тий.

В покры тиях объекты карты хранятся в виде первичны х объектов (дуги,узлы ,полигоны ,точки м еток). О бъекты м огут хранится в виде вторичны х объектов,в качестве которы х вы ступаю трегистрационны е или реперны е точки,аннотации.В качестве покры тия обы чно вы ступает отдельны й слой или тем атическая область.

Ввод пространственны х данны х.

Необходим о преобразовать объекты карты в цифровой форм ат.В ArcInfo оцифрованная карта

назы вается покры тием ,а процесс ручного ввода пространственны х данны х назы вается оциф ровкой.

Для ввода пространственны х данны х следует вы полнить следую щ ие операции:

1)Подготовить оригинал карты

2)Ввести объекты с оригинала

3)Визуально оценить качестьво введённы х данны х.

Данны е карты м огуть бы ть введены :

1)Путём поочерёдной офифровки каж дого объекта.

2)Путём сканирования всего листа карты .

3)Путём ввода координатс клавиатуры .

О сновны е ош ибки при роцифровки:

1)П севдоузел – точка в которой дуга зам ы кается,образуя петлю ,либо в которой см ы каю тся 2 дуги.

2)Висячий узел – когда конечная точка дуги не связана с другой дугой.

3)Незам кнуты й полигон,отсутствие или лиш няя м етка.

4)Пользовательсвкий идентификатолр не является уникальны м .

Репер – опорная точка (географическая контрольная тчока). И м еетточны е координаты .Совокупность реперов похволяет привести координаты объектов всех покры тий в единую систем у координат.

О цифровка – процесс преобразования пространственны х объектов карты в цифровой форм ат,тоесть объекты из которы х состоит карта преобразую тсм я в совокупность координат (x, y) при этом точка преобразуется в (x, y),линия преобразуется в список пар координат,полигон преобразуется в группу линий,образую щ их зам кнуты й конур внутри которого располож ена одна м етка.

Последовательность действий которы е необходим ы для оцифровки:

1)Вы бор качественной основы .

2)О пределение последовательности действий.

3)Набор группы лю дей которы е будут оцифровы вать.

4)Установка последовательности офифровки объектов и листов карты .

5)О пределение графика работ.

6)Подготовка карты :

a.О пределение реперны х точек,присвоение им уникальны х ном еров.

b.Установка новой границы карты .

7)Непосредственая оцифровка карты .

Прим ер.

Пусть нуж но обработать оцифрованное ранее покры тие зем лепользования (полигон).Ввод данны х для полигона:

1)Создание топологии.Топология вы евляет взаим освязи м еж ду географическим и объектам и лю бого покры тия.Процесс установления этих взаим освязей пом огаетвы явить ош ибки, поевляю щ иеся при оцим фровки.Д ля автом тического создания топологии – build, clean.

2)Поиск ош ибок оцифровки.Псевдоузлы обозначаю тсм я на карте ром бикам и,висячкие узлы обозначаю тся на карте квадратам и.

3)И справление ош ибок.

4)Коректировка топологии.

Вид данны х или вид ком поновки.И нтерф ейс ArcMap.

Вид ArcMap используется для отображ ения,редактирвоания и анализа данны х.Вид ком поновки – для создания ком поновки карты .Сущ ествую т элем енты : слои,фрейм ы ,карты .

Слои не содерж ат точны х геоданны х.О ни прелдсавляю т пространственны е данны е условны м и данны м и.Ф рейм ы данны х организую т слои.Непосредственно карты состоят из фрейм ов и элем ентов данны х.Вм есто связей в слоях данны е ограничиваю тся источникам и данны х:

1) Векторны е наборы данны х (покры тия,shape-файлы ,файлы с расш ирением .cad,базы геоданны х

и ArcSDE).

2)Аннотации и изм ерения.

3)Растры (различны е айро-фото-сним ки)

4)TIN-нерегулярная триангуляциорная сеть.Это описание поверхности треуголтьны м и граням и, при котором каж дой точки данны х в пространстве соответствуеттреугольник опорной сетки.

Слои хранятся ка часть сохранённого докум ента карты – файлы с расш ирением .mxd.

О дин из элем ентов интерфейса ArcMap - таблица содерж ания отрож ает в списке все схем ы данны х и тем атические слои и показы ваент сим волы ,которы е использую тся для представления объектов на каж дом слое.Таким обпразом ,управление слоям и и фрейм ам и в таблице содерж ания пом огает прелдставлять данны е наиболее объективно.

Создание топологии.

Чтобы создать пространственны е связи м еж ду объъектам и покроы тия,необходим о построить топологию .Д ля этого каж дом у объхкту присваивается ном ер,и затем эти ном ера использую тся для определения связанности дуги см еж ности полигонов.Значения эти хранятся в таблице аттрибутов.

Таблица атрибутов объектов – это файл данны х связанны х с каж ды м типом объектов,по эж том у сущ ествует 3 типа таблиц атрибутов объектов:

1)Полигональная таблица PAT.

2)Таблица атрибутов дугAAT.

3)Таблица атрибутов точка PAT.

Каж дая таблица атрибутов создаётся из ш аблонов со стандартны м и атрибутам и.Сущ есатвует2 стандартны е атрибутивны е таблицы .

Для дуг:

1)FNODE_ - внутренний ном ер начального узла дуги

2)TNODE_ - внутренний новер конечного узла дуги

3)LPOLY_ - внутренний ном ер левого полигона

4)RPOLY_ - внутренний ном ер правого полигона

5)LENGTH – велечина каж дой дуги,изм еренная в единицах покры тия

6)Cover_ - внутренний идентификатор дуги

7)Cover_ID – идентификатор назаначаем ы й пользователем

Для полигонов:

1)AREA – площ адь каж лого полигона изм еренная в единицах покры тия

2)PERIMETER – длина границы каж дого полигона,изм еренная в единицах поукры тия

3)Cover_ - внутринний идентификатор полигона

4)Cover_ID – идентификатор назначаем ы й пользоваителем

Для того чтобы создать топологию м ож но построить её с пом ощ ью ком анд build или clean.О ни предварительно проверяю т и частично исправляю т ош ибки.М еж ду ним и сущ ествует 2 различия:

1)Build обрабаты вает все классы объектов,а clean - тьолько дуги и полигоны

2)По способу оцифроки: build опознаёттолько сущ ествую щ ие пересечения дуг,а clean находит пресечения дуги пом ещ ает в этих точках узлы .

Сущ ествует ещ ё один способ исправления пространственны х данны х – с пом ощ ью програм м ы ArcEdit. ArcEdit это редактор графики и БД и использует среды редактирования и объектоно-ориентрированое пргграм м ирование.Процесс работы програм м ы состоит из следую щ их стадий:

1)О пределения покры тия,содерж ащ его объекты для редактирования.

2)О пределения класса редактируем ы х объектов

3)Вы бор конкретного объекта редактирования из вы бранного класса объектов

4)Редактирование вы бранны х объектов до тех пор покане будетизм енён класс объектов

Чтобы ввести дополнительны е атрибуты для каж ого объекта необъходим о вы полнить ледую щ ие ш аги:

1)Создание нового файла данны х для хранения атрибутов.

2)Ввод значений атрибутов.

3)Связы вание или соединение атрибутов с таблицей атрибутов объектов.

Управление базам и данны х.

Ц ель этапа – заверш ение построения базы данны х проекта и обеспечение её функциональности. Ф укнкциональная БД проекта долж на содерж ать несколько связанны х покры тий со следую щ им и характеристикам и:

1)каж дое покры тие долж но содерж ать топологию без ош ибок.

2)Д олж на бы ть проверена точность координат всех объектов.

3)Проверка правильности значений атрибутов объектов.

4)Наличие систем ы реперов.

Дополнительны е критерии празраьботки БД :

1)Координаты всех географических объектов переводятся в реальны е физические единицы .

2)Все связанны е покры тия долж ны хранится в общ ей систем е координат.

3)О бъекты каж дого покры тия долж ны бы ть пространственно соотнесены с объектам и связанны х покры тий.

Сочетание указанны х критериев гарантирует географическцую привязку покры тий к БД проекта.

Систем а координатдля БД с м ногим и покры тиям и.

Черепица – группа соседних покры тий единого тем атического слоя,которы е покры ваю т несколько листов карты .Это горизонатальная структура.

Систем ы реальны х географ ических координат.

Больш инство карт изображ аю т данны е используя одну из приняты х глобальны х систем координат:

1)Универсалтьная поперечная М еркатора

2)Коническая равноплощ адная Альбера

3)Полярная стереографическая

Это прим еры картографических проекций,которы е использую тся для представления сферических географических объектов на плоской поверхности.Проекции использую ю тся для обеспечения соответствия взаим освязей м еж ду м естополож ением на карте и реальены м м естополож ением на зам еной поверхности.

Плоские систем ы координат.

Плоские систем ы координат обладаю т свойствам и,делаю щ им и их пригодны м и для представления реальны х географических координат на карте:

1)2 изм ерения:x и y

2)М еры длин углов и площ адей постоянны по всем изм ерениям

3)Хорош ий м атем атический аппарат

Вы вод:ГИ С исплоьзую т различгы е плоские координатны е сим тем ы для картографирования зем ной поверхности,при этом каж дая из используем ы х координатны х систем базируется на определенной поверхности.

Использоание ArcInfo для создания покры тий в реальны х координатах.

1.Сты ковка см еж ны х карт.

Каж ды й географический слой тем атических данны х вводится в виде набора см еж ны х покры тий. Протяж енность каж дого покры тия обы чно связана с конкретны м листом карты .После оцифровки карты следует при м пом ощ и реперов привести их к единой систем е координат.

2.Присоединение см еж ны х карт.

a.Визуальное сравнение карт для установки того,соответствую т ли другдругу объекты покры тий вблизи см еж ны х границ карт

b.Подготовка покры тия для подгонки краёв (состы ковки и т.д.)

c.Непосредственная подгонка краёв

d.Проверка атрибутов в таблице атрибутов

e.Непосредственное соединение покры тий

f.Удаление границ листов карты .

Вы полнение географ ического анализа.

Географический анализ позволяет изучить реальны е процессы путём разработки и прим енения м оделей.Результаты представляю тся в виде отчётов,диаграм м ,графиков,карт.Карты использую тся

для отображ ения графических взаим освязей,отчёт – для представления табличны х данны х,руководтва пользователя.

Основны е крупны е ш аги,которы е необходим о вы полнить при осущ ествлении географического анализа:

1.Подготовка данны х для пространственны х операций

2.Вы полнение этих операций

3.Подготовка данны х для табличного анализа

4.Табличны й анализ

5.О ценка и интерпретация результата

6.Уточнение результата (при необходим ости)

Перед вы полнением этих ш агов нуж но установить критерий анализа,его цель.

Подробно ш аги:

1.Есть разны е м одели данны х:ш ейп-файлы ,покры тия,базы геоданны х,TIN-ы ,grid-ы .На этом этапе данны е структурирую тся,определяется их форм ат.

2.Пространственны е операции

a.Создание буферны х зон – пространственная операция,при которой определяется область,окруж аю щ ая геообъект (ком анда Buffer создает1 или более полигонов вокруг сущ ествую щ их геообъектов).Разновидность таких полигонов – буферная зона (её м ож но построить для лю бы х типов объектов).

Покры тия м огут бы ть налож ены другна друга или объединены для редактирования объектов в этих покры тиях (удаления,зам ены ,вы резки).При этом использую тся ком анды :

b.

И зм енение покры тия	Слияние новы х объектов	Update
	при пом ощ и «вы резания» и
	«склеивания»

И звлечение объекта	Вы резание части покры тия	Clip
(образование подм нож ества	при пом ощ и «форм очки для
покры тия или ум еньш ение	печенья»
его).	Расщ епление покры тия на	Split
	несколько м еньш их
	покры тий
	Устранение части	Crosllov
	внутреннего покры тия

c.Вы полнение налож ения полигонов:ПО ,при которой одно полигональное покры тие наклады вается на другое для создания нового,при этом атрибуты полигонов соединяю тс и образую тся новы е наборы взаим освязи данны х.

Ком анды пространственного налож ения полигонов:

i.Union – налож ение полигонов и сохранение областей всех покры тий

ii.Intersection – налож ение точек,линий,полигонов на полигоны и сохранение всех объектов входны х покры тий.

iii.Identity – налож ение точек,линий,полигонов на полигоны ,по сохранению только части объектов входного покры тия,попадаю щ ей внутрь налож енны х полигонов покры тия.

3.Нуж но убедиться,что таблица атрибутов объектов содерж ит все атрибуты для сохранения вновь создаваем ы х значений.Д ля ввода дополнительны х атрибутов в таблице атрибутов объектов используется ком анда Add.

4.Н аиболее часты е ком анды :

a.Reselect – вы бирает подм нож ество вы бранного в текущ ем сеансе набора записей.

b.Aselect – добавляетв вы бранны й набор записи по определенном у критерию .

c.Evaluate – присваивание значений атрибутов для всех вы бранны х записей.

5.На этом ш аге оценивается задача.Вопросы ,задаваем ы е при этом :

a.Разум ны ли результаты ?

b.Приш ёл ли экспертпо ресурсам к тем ж е заклю чениям ?

c.Бы ли ли другие критерии справедливости?

d.Сущ ествую т ли другие критерии и данны е,которы е м огут понадобиться и которы е м ож но привлечь при анализе?

e.Не допущ ены ли ош ибки при оценке?

6.Усоверш енствование анализа (при необходим ости)

Представление результатов анализа (разработка карты ).

Карта – графическое представление части зем ной поверхности.Содерж ит слои или покры тия,которы е часто объединяю т для получения конечного результата;такж е описательную информ ацию , пом огаю щ ую интерпретировать содерж им ое карты .

Типы ком понентов карты :

1.Геообъекты – области,линии и точки,полученны е из различны х покры тий в географической БД . (О бласти – площ адны е или полигональны е объекты ).

2.Картографические элем енты (КЭ).

Ккартографическим элем ентам относятся:

1.заголовки и пяснительны е надписи,описы ваю щ ие назначение карты и отображ аю щ иеся в виде текстовы х сим волов;

2.рам ки,форм ирую щ ие границы карты и разделяю щ ие ее части;

3.легенда:описы ваетусловны е обозначения,которы е использую тся для представления геоэлем ентов;

4.стрелка севера и м асш табная линейка:описы ваю т ориентацию и м асш таб карты .

Основны е ш аги по созданию карты :

1.О пределение назначений и требований к карте.Задаю тся вопросы :

a.Д ля чего создается карта?

b.Д ля кого она создается?

c.Как карта долж на представляться?

2.О пределение разм ера и м асш таба карты .

3.Планирование ком поновки карты .Необходим о правильно располож ить КЭ

4.Подготовка дополнительны х данны х

a.О пределение обозначений всех объектов покры тий (ш триховки,линии)

b.Создание файлов условны х обозначений,в которы х задаю тся обозначения и текст для

легенды .

Способы определения обозначений:

1)Задание обозначений непосредственно перед рисвованием объектов

2)И спользование атрибутов для обозначения объектов:

a.Атрибутов из таблицы атрибутов объектов данны х покры тия

b.И спользование атрибутов для определения обозначений (ссы лка на справочную таблицу).

5.Создание итоговой карты .В ArcInfo для создания плоттерного файла используется подсистем а ArcPlot.Создание карты с использованием ArcPlot состоит из следую щ их этапов:

a.Указы вается м етод отображ ения карты ;

b.Указы вается участок зем ной поверхности,которы й нуж но вклю чить в карту (определяется область простирания карты ).М ож но использовать часть покры тия или всё покры тие).

c.Задаю тся парам етры ,определяю щ ие разм ер и ком поновку карты .Сю да входят м асш таб карты ,полож ение географических объектов на карте,окончательны й разм ер листа карты .

d.И зображ ение географических объектов.О пределить обозначения,которы е использую тся для отображ ения этих объектов,и подписи.

e.Д обавление картографических элем ентов.