Оглавление

 

Введение

 
 

      В настоящее время значительное внимание уделяется вопросам охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Для их решения необходим комплексный подход, который требует использования больших объемов экологической, картографической и другой количественной информации о состоянии компонент природной среды, что практически невозможно без применения развитых методов и средств информатики. Наиболее перспективными методами обработки и усвоения подобных объёмов информации, на сегодняшний день, являются методы, основанные на использовании компьютерных геоинформационных технологий. Использование геоинформационных систем (ГИС), позволяющих проводить одновременный анализ многомерных данных с использованием цифровых карт, упрощает процедуры экологического прогноза и оценку комплексного воздействия на природную среду, делает возможным оперативное выявление аномалий и принятие необходимых мер для их устранения.

      Для эффективного управления муниципальными образованиями и динамично развивающимися регионами необходимы достоверные и актуальные данные об объектах и процессах на их территории, а также передовые технологии накопления, обработки и представления информации. Современные географические информационные системы с их развитыми аналитическими возможностями позволяют наглядно отобразить и осмыслить информацию о конкретных объектах, процессах и явлениях в их совокупности. ГИС позволяют выявить взаимосвязи и пространственные отношения, поддерживают коллективное использование данных и их интеграцию в единый информационный массив.

      Объектом  исследования данной работы являются электронные карты, созданные с помощью геоиформационных систем.

      К цифровым картам, являющимися геопространственным базисом ГИС, могут подключаться базы данных недвижимости, земельных участков организаций, денежной оценки земель, инженерных сооружений, памятников градостроения и архитектуры, сведений по геологии, истории развития и так далее. В базе данных также можно организовать хранение как графической, так и всей технической, справочной и иной документации.

      Цель  курсовой работы заключается в ознакомлении с информационными технологиями, а также в особенностях создания электронных карт. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Основы геоинформационных технологий

1. Понятие и задачи геоинформационной системы

 

      В наиболее общем смысле, геоинформационные системы – это инструменты для обработки пространственной информации, обычно явно привязанной к некоторой части земной поверхности, которые используются для ее управления. Это рабочее определение не является ни полным, ни точным. Как и в случае с географией, термин трудноопределим и представляет собой объединение многих предметных областей. В результате, нет общепринятого определения ГИС. Сам термин изменяется в зависимости от интеллектуальных, культурных, экономических и даже политических целей. Эта терминология стала в действительности очень изменчивой, приводя к новым определениям, постоянно проникающим как в научную, так и в популярную литературу.

      Одно  из распространенных определений ГИС  звучит следующим образом: «Географическая  информационная система (ГИС) определяется как программно-аппаратный комплекс, способный вводить, хранить, обновлять, манипулировать, анализировать и  выводить все виды географически привязанной информации».

      Структура ГИС, как правило, включает четыре обязательные подсистемы:

1. подсистема сбора данных, которая собирает и проводит предварительную обработку данных из различных источников. Эта подсистема также в основном отвечает за преобразования различных типов пространственных данных (например, от изолиний топографической карты к модели рельефа ГИС);
2. подсистема хранения и выборки данных, организующая пространственные данные с целью их выборки, обновления редактирования;
3. подсистема манипуляции данными и анализа, которая, выполнив различные задачи на основе этих данных, группирует и разделяет их; устанавливает параметры и ограничения и выполняет моделирующие функции;
4. подсистема вывода, которая отображает всю базу данных или часть ее в табличной, диаграммной или картографической форме.

 

      

      Рисунок 1 – Структура ГИС-технологии 

      Первая  подсистема ГИС может быть соотнесена с первым и вторым шагом процесс  картографирования - сбором данных и  компиляцией (составлением) карт. Исходная информация берется из таких источников, как аэрофотосъемка, цифровое дистанционное зондирование, геодезические работы, словесные описания и зарисовки, данные статистики и т. д. Использование компьютера и других электронных устройств, например дигитайзера или сканера, позволяет проводить подготовку исходных данных для записи, или кодирования точек, линий и областей к их дальнейшему использованию. Кроме того, источниками могут быть готовые цифровые карты, цифровые модели рельефа, цифровые ортофотоснимки и многие другие.

      Вторая  подсистема – подсистема хранения и выборки полностью соответствует нашим представлениям о функциях компьютера, как хранителя информации. В ГИС подсистема хранения и выборки позволяет делать запросы, возвращающие только нужную, контекстно-связанную информацию, она переносит акцент с общей интерпретации информации на формулирование адекватных запросов. В общих словах, эта подсистема хранит либо явно, либо неявно, геометрические координаты точечных, линейных и площадных геометрических объектов и связанные с ними характеристики (атрибуты). Компьютерные методы поиска естественным образом присущи самому программному обеспечению ГИС.

      Анализ  данных чаще всего является преимуществом  человека – пользователя. Подсистема анализа позволяет значительно упростить и облегчить анализ пространственно-связанных данных, практически исключить ручной труд и в значительной мере упростить расчеты, выполняемые пользователем. Необходимость анализа карт для выделения и сравнения картин распределения земных феноменов дал импульс для поиска новых, более удобных, быстрых и мощных методов. ГИС-анализ использует потенциал современных компьютеров, сравнения и описания информации, хранящейся в базах данных которые дают быстрый доступ к исходным данным и позволяют агрегировать и классифицировать данные для дальнейшего анализа. Они способны комбинировать выбранные наборы данных уникальными и ценными способами.

      После выполнения анализа, нужно представить  как-то его результаты. В картографии, будь то традиционная бумажная картография или ее цифровой эквивалент, компьютерная картография, выходной продукт в целом тот же – карта. Подсистема вывода позволяет компоновать результирующие данные в любой удобной для пользователя форме. Среди примеров выходных данных – печать адресов на конвертах по результатам поиска в базе данных потенциальных клиентов с целью распространения рекламы; базы данных некоторых служб могут быть подключены в единую систему, результатом чего будет максимальная информационная насыщенность данных на выдаче. В действительности типы выдачи часто продиктованы больше областью применения ГИС, нежели используемым программным обеспечением. И, как и пользователи карт, выдачи бывают самые разные.  

2. Связанные технологии

 

      ГИС тесно связана с рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности  манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не существует единой общепринятой классификации информационных систем, приведенное ниже описание должно помочь дистанциировать ГИС от настольных картографических систем, систем САПР, дистанционного зондирования, систем управления базами данных и технологии глобального позиционирования GPS.

      Системы настольного картографирования используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является базой данных. Большинство систем настольного картографирования имеет ограниченные возможности управления данными, пространственного анализа и настройки. Соответствующие пакеты работают на настольных компьютерах – PC, Macintosh и младших моделях UNIX.

      Системы САПР способны создавать чертежи проектов, планы зданий и инфраструктуры. Для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными параметрами. Они основываются на небольшом числе правил объединения компонентов и имеют весьма ограниченные аналитические функции. Некоторые системы САПР расширены до поддержки картографического представления данных, но, как правило, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять и анализировать большие базы пространственных данных.

      Методы  дистанционного зондирования – это искусство и научное направление для проведения измерений земной поверхности с использованием сенсоров, таких как различные камеры на борту летательных аппаратов, приемники системы глобального позиционирования или других устройств. Эти датчики собирают данные в виде наборов координат или изображений (в настоящее время преимущественно цифровых) и обеспечивают специализированные возможности обработки, анализа и визуализации полученных данных. Ввиду отсутствия достаточно мощных средств управления данными и их анализа, соответствующие системы в чистом виде, то есть без дополнительных функций, вряд ли можно отнести к настоящим ГИС.

      Системы управления базами данных (СУБД) предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные. СУБД оптимизированы для подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка СУБД. Эти системы в массе своей не имеют сходных с ГИС инструментов для анализа и визуализации. 
 

2. Создание  электронных карт

1. Методы  и средства создания цифровых карт

 

      Востребованность  цифровой картографической продукции в последнее время значительно возросла. Все большее число пользователей графической информации убеждаются в преимуществах использования в своей работе цифровых карт.

      Электронные цифровые карты по различной тематике составляются широким потоком и заменяют карты, созданные на бумаге. Накапливается опыт создания карт, совершенствуются методические приемы их составления. Интенсивно развиваются новые версии программных пакетов, используемых для создания цифровых карт.

      Источниками получения цифровых карт являются:

• оцифровка существующих карт на твердой основе;
• данные дистанционного зондирования и GPS-навигация;
• наземная съемка.

     Большинство карт, создаваемых с твердой основы сильно устаревают. Многие из них отображают неверное состояние. Хотя есть карты и новые, составляемые традиционными способами, и лишь затем переводящиеся в электронную форму.

      Наземная  съемка обрабатывается в течение  нескольких месяцев.

      Данные  дистанционного зондирования делятся на аэросъемку (крупномасштабные карты и планы) и мелкомасштабные (космическая съемка). Хотя в последнее время космическая съемка захватывает рынок аэросъемочных работ. Для создания цифровых карт по уже имеющимся данным разрешение 4 м используется для обновления карт 1:10 000, 2 м – 1:5 000.

      Основные  действия, связанные с созданием  и анализом цифровых электронных карт изображены на рисунке 2.

      Рисунок 2 – Создание и преобразование цифровых векторных карт

1. Графическая информация на ЭВМ

      Графические элементы представляются в двух существенно  отличающихся видах.

      Первый  вид – дискретный, векторный; графические данные описываются в виде совокупности геометрических объектов точки, линии и полигона (замкнутой полилинии) в системе координат X, Y (фиксируемых в виде матрицы).

      Используются  следующие векторные форматы  файлов, содержащих графическую информацию:

• файлы GeoGraf: .mp;
• файлы GeoDraw: .arc, .nod, .prj, .SEG, .ARC, .XY, .PNT, .NOD, .POL, .PTR, .ERR, .PRJ, .ID, .ATR;
• файлы AutoCAD: .dwg;
• файлы AutoCAD Data Interchange File: .dxf;
• файлы Autodesk Map Guide: .SDF;
• файлы GIS ARCINFO: .AAT, .ABN, .ABX, .ARC, .ARF, .BND, .CNT, .LAB, .LOG, .MSK, .PAL, .PAT, .PBN, .PBX, .PFF, .PRF, .TBN, .TBX, .TIC, .TOL, .TXT, .XBN, .XBX;
• файлы GIS ArcView: .shp, .shx, .dbf, .sbx, .sbn;
• файлы MapInfo: MIF/MID;
• файлы MicroStation: .DGN.

      Координатно-привязанные данные могут быть представлены в текстовом виде – формат .dxf. Он используется как формат обмена графическими данными.