18. Характеристика аналитических операций в гис. Решаемые посредство аналитических операций задачи

В любой ГИС наряду с модулями для ввода и вывода данных имеются средства, предназначенные для выполнения общих функций пространственного анализа и средства для решения специфических задач пользователя. В результате конкурентной борьбы между коммерческими ГИС сложился перечень функций, наличие которых практически обязательно для ГИС. Это, прежде всего, функции выбора объектов по заданным условиям, редактирование структуры и данных БД, картографической визуализации, картометрические, построение буферных зон, сетевой анализ и др.

Круг операций, поддерживаемый многими ГИС: процедуры классификации и кластеризации; построение изолиний; проверка статистических зависимостей (корреляционный анализ); проекционные преобразования.

К числу общих аналитических операций относятся: работа с БД, формирование и редактирование пространственных данных, геокодирование, построение буферных зон, оверлей, сетевой анализ, картометрические функции, зонирование, моделирование поверхностей, анализ растровых изображений.

Работа с БД. Аналитические функции включают: изменение структуры баз данных (добавление/удаление полей, изменение их типов), ввод новых данных и редактирование имеющихся, поиск данных путем построения запросов (типа QBE) с одновременным выделением выбранных объектов в таблицах и на картах, калькуляция новых значений поля по характеристикам других полей или других баз, создание производных таблиц путем объединения. В разных системах их реализация различна. Особенно важен инструмент (мастер) построения запросов. Так, Мастер в GeoMedia Professional позволяет использовать для выбора объектов пространственные операторы (касаются touch, на расстоянии, содержат, содержатся в, полностью содержат и т.п.). То же самое можно обнаружить в ArcMap в классе Топология.

Агрегирование (группирование) данных. Термин агрегирование как операция используется в MapInfo Professional. Предполагает переход к собирательным, обобщенным характеристикам объектов, сгруппированным по различным критериям. Простой способ группировки – объединение объектов одной темы в соответствии с их размещением внутри полигональных объектов другой темы. Второй способ – объединение объектов по равенству значений определенного атрибута. Пример: если два соседних района имеют один уровень состояния, то они объединяются с удалением общей границы и расчетом общего атрибута (сумма, среднее и пр.).

Формирование и редактирование пространственных данных. Имеются во всех полнофункциональных ГИС. Так, в системе ArcMap присутствуют следующие операции ввода/редактирования: 1) разбиение полигонов линиями; 2) слияние полигонов; 3) создание полигонов с дырками; 4) вычитание одного полигона из другого; 5) пересечение полигонов. Для обеспечения топологической корректности в MapInfo Professional, в которой не поддерживается топология, предусмотрены операции 1) совмещение узлов разных объектов; 2) разреживание узлов/генерализация; 3) удаление избыточных полигонов. При выполнении этих операций необходимо настроить параметры: допуски расстояний до конечных и промежуточных узлов, расстояния между узлами и пр.

Геокодирование – привязка к карте объектов, расположение которых в пространстве задается сведениями из таблиц баз данных. Это адреса объектов в адресной системе урбанизированных территорий; почтовые индексы; координатами приемников GPS; расстояния от начала линейных маршрутов, например, при привязке данных об авариях на нефтепроводах или аварийном приближении растительности к линиям электропередач.

Функции геокодирования позволяют «привязывать» базы данных, которые ведет большинство ведомств, обслуживающих городские территории и население, к картам этих территорий.

Построение буферных зон. Это полигоны, границы которых отстоят на определенное расстояние от границ исходных объектов. Например, зона отчуждения нитки нефтепровода. Буферные зоны могут создаваться для точек, линий и полигонов. Мастер построения буферных зон в ArcMap позволяет выполнить настройку следующих параметров: объекты, для которых выполняется буферизация; вид соединения зон для отдельных объектов (объединение, без объединения); задавать радиус отдельно или через атрибуты и пр.

Оверлейные операции. Суть состоит в наложении двух разноименных слоев (или множества слоев) с генерацией производных объектов, возникающих при их геометрическом наслоении и наследовании их семантики. Наиболее распространен оверлей двух полигональных слоев. В ArcMap для этого существует инструмент GeoProcessing Wizard. Оверлейные операции требуют определенных затрат машинного времени на поиск координат всех пересечений, восстановление топологии и присвоении объектам атрибутов (символьных или количественных).

Сетевой анализ весьма распространен и позволяет решать различные задачи на пространственных сетях связных линейных объектов (реки, дороги, трубопроводы и др. коммуникации). Назову модули Network Analyst (ArcGIS), GeoMedia Network (GeoMedia Professional).

В описании видов сетей много общего, но есть различия. Наземные транспортные сети представляют собой классы дорог, объединенных перекрестками (топология). Авиалинии и пути движения судов похожи на дорожную сеть, но их положение не имеет строгой координатной привязки. Электрические сети характеризует наличие различных типов кабелей, трубопроводы – диапазон размеров труб и т.д. Специфика, например, заключается в описании соединений (узлов). Серия кабелей подходит к узлу, серия выходит из него, однако не все кабели соединяются со всеми. Кроме того, они функционально различны.

Типичные решаемые задачи:

• поиск ближайшего пункта обслуживания,

• разработка кратчайшего маршрута (с учетом направлений движения, запретов поворотов и т.п.),

• подготовка маршрутного листа обслуживания с указанием пунктов, длины и времени перемещения, описания ориентиров, названия улиц и т.п.

• контроль и управление движением объектов (с помощью приемников GPS), эксплуатация навигационных систем.

Картометрические функции – расчеты площадей, длин, периметров, площадей сложных поверхностей, объемов, заключенных между поверхностями (в Spatial Analyst).

Зонирование – функция, заключающаяся в построении зон, т.е. участков территорий, однородных в смысле выбранного критерия или группы критериев. Границы зон могут совпадать с границами ранее существовавших объектов (например, избирательные округа совпадают с сеткой квартального деления) или строиться на основе моделирования (например, зоны экологического риска, зоны подтопления, транспортной доступности, обслуживания).

Операции зонирования могут выполняться вручную при плохо формализуемых критериях. Могут быть основаны на методах группировки (кластерного анализа – кластеризации объектов географического пространства).

Создание моделей поверхностей и анализ растровых изображений. К этому классу относятся модели, построенные по регулярной и нерегулярной сети сточек, а также модели двух- и трехмерной визуализации (панорама водосборного бассейна или воображаемые поверхности).

Так, в модулях для анализа и трехмерного отображения данных в полнофункциональных ГИС обычно реализуются задачи:

• построение поверхности по триангуляционной сети методом Делоне,

• построение поверхности на базе многоугольников Вороного,

• построение изолиний,

• визуализация данных о значениях в узлах поверхности,

• отсечение части поверхности,

• построение профилей по поверхности,

• вычисление углов наклона, расчет зон видимости методами «из точки наблюдения» и «в точку наблюдения»,

• трехмерная визуализация поверхности c определенными настройками (способ отрисовки, рендеринг, прозрачность, точка фокуса и пр.),

• динамический пролет над моделью местности и др.