Традиционная картография и геоинформационная система

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙСООБЩЕНИЯ
(РГОТУПС)
Факультет — «Экономический»
Кафедра — «Экономическая теория»
Контрольная работа
Предмет:
«геоинформационныесистемы»
Студент:
Шифр:
Проверил:
КАНАШ — 2007

Содержание
Введение
1. Режим GOTOспутникового навигатора
2. Традиционная картография и геоинформационные системы
3. Плюсы векторного изображения
4. Методы ввода данных в ГИС
5. Компоновка
6. Основные способы обозначения масштаба на карте
7. ГИС как инструмент управления городом
8. Возможности применения ГИС-технологий по месту работы студента (ОАО «Чувашсетьгаз»)
Заключение
Список литературы
Введение
Стремительный рост производительности персональныхкомпьютеров, а также широкое распространение глобальной сети Интернет и крупныхкорпоративных компьютерных сетей — Интернет привели к формированию развитой информационнойсети и использованию новых информационных технологий в основных отрасляхнародного хозяйства.
Современные информационные технологии должны даватьвозможность вводить, обрабатывать, корректировать, дополнять зрительнымиобразами любые виды информации; получать пространственные и временныехарактеристики требуемых ресурсов; адекватно оценивать ситуацию дляэффективного контроля, прогнозирования и управления, а также для облегченияпринятия решений разнообразных экономических, социальных и научно-производственныхзадач. Всем этим требованиям соответствуют информационные технологии,получившие название геоинформационные системы.
В настоящее время использование информационных системвыходит за рамки узкого круга специально подготовленных операторов ипрограммистов, необходимость постоянной работы с информационными системамивозникает у большего числа пользователей. С помощью интегрированныхинформационных систем успешно решаются задачи управления, бизнеса, мониторингане только специалистами, но и руководителями всех звеньев.
Главным требованием в современном мире не только дляспециалистов-программистов, и руководителей всех звеньев является умениесправляться с большими потоками информации, обрабатывать их и применять новыетехнологии с целью решения задач управления, мониторинга или ведениясобственного бизнеса.
1. Режим GOTOспутникового навигатора
Технические новшества улучшили методы, с помощью которых мыможем получать пространственную информацию, особенно для обширных территорий.
Наиболее совершенный метод определения координат основан наиспользовании искусственных спутников Земли. Суть его заключается в следующем: летящиепо строго заданным орбитам спутники, мгновенные координаты которых точноизвестны, непрерывно излучают радиосигналы, регистрируемые специальнымиспутниковыми приемниками на Земле. Это позволяет с помощью радиотехническихсредств измерять расстояния (дальности) от приемника до спутников и определятьместоположение приемника (его координаты) или вектор между двумя приемниками (приращениякоординат).
Инженерно-техническая реализация этой простой идеипотребовала десятков лет напряженной работы. К концу прошлого века в миресозданы две эксплуатационные спутниковые системы, ознаменовавшие революционныеизменения в геодезических измерениях. Это американская Global PositioningSystem (GPS) — Глобальная система позиционирования (ГСП), и российскаяГлобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС).
Спутники располагаются так, что часть из них всегда видна (или,лучше сказать, слышна) в любой точке Земного шара в любое время суток. Их можнонаблюдать так же, как звезды во время астрономо-геодезических измерений. ГСПпозволяют определять координаты любой точки на местности автономно, безназемных геодезических измерений и прокладки ходов между пунктами триангуляции.
На сегодняшний день наиболее перспективной и широкоиспользуемой подобной системой является Глобальная система позиционирования (GPS). Существует и российская аналогичная система ГЛОНАСС. Точностьподобной системы зависит от числа видимых спутников, сервиса и объемаинформации, модели полевого устройства и методики измерений. Имеющиеся сегоднясистемы обеспечивают точность определения местоположения от относительно грубых100 метров до 10 см и точнее. При этом не требуется прямой видимостиуправляющей станции от полевого прибора, однако требуется видимость спутника. Этосоздает определенные трудности применения таких приборов в местах сограниченной видимостью спутников, например, в горных ущельях.
Система глобального позиционирования (GPS) является новойинформационной технологий точного определения положения объектов на земнойповерхности. Положение рассчитывается по сигналам, поступающим с серииискусственных спутников Земли (ИСЗ) NAVSTAR.
В основе системы заложено использование 23 спутников Земли,находящихся на околоземных орбитах на большой высоте. Спутники расположены так,чтобы была возможность определения местоположения в любой точке Земли в течение24 часов. Погрешность определения может составлять около 6-10 метров, а вдифференциальном режиме до одного сантиметра. Основой определенияместоположения служат специальные приемники, действие которых опирается наточные данные об орбитах спутников. Приемник с небольшой антенной способенопределять свое положение в трехмерном пространстве с интервалом от 1 часа доменее 1 сек, в зависимости от используемого метода
GOTO (англ. go to — «перейти к») — в некоторыхязыках программирования — оператор перехода к определённой точке программы,обозначенной номером строки либо меткой. Это основная операция по переносуконтроля исполнения из одной части программы в другую, поскольку компиляторытранслируют другие операторы контроля исполнения в эффективные GOTO.
GOTO имеется в Фортране, Алголе, КОБОЛе, Snobol, Бейсике,Лиспе, Си, C++, D, Паскале, Perl, а также во многих других языках, вособенности, в ассемблере. В языке ассемблера, эквивалент для GOTO обычноназывается JMP, JUMP или BRA.
GOTO отсутствует в некоторых языках высокого уровня. Вчастности, в Java имеется зарезервированное слово goto, но оно не несёт никакойфункции.
Оператор GOTO в языках высокого уровня является объектомкритики, поскольку чрезмерное применение операторов GOTO приводит к созданиюнечитаемого и неподдерживаемого «спагетти-кода».
Оператор GOTO широко использовался в Бейсике (из-за чего,возможно, Э. Дейкстра и сказал об умственной деградации студентов, изучавшихБейсик), однако применение этого оператора не рекомендуется: оно недопустимо вструктурном программировании.
Навигатор eTrex — это GPS — навигатор от компании «Garmin»для начинающих, который оснащен упрощенными функциями и органами управления принаименьшем весе. Можно сказать, что компактность, доведенная до реального«карманного» формата прибора, наиболее привлекательна в этом изделии.И вот появился новый GPS — навигатор «eTrex Summit», который при техже размерах, имеет множество новых и уникальных возможностей.
Навигатор «Garmin eTrex Summit» оснащенобновленным программным обеспечением, которое содержит встроенный электронныйкомпас, показывающий азимут навигатора, даже когда вы не двигаетесь. Высотомероснащен построителем графика, и теперь во время движения можно видеть профильизменения высоты над уровнем моря по трассе движения. Это стало возможнымблагодаря встроенному электронному магнитному компасу и барометрическомуальтиметру. Чтобы откалибровать компас, пользователю с навигатором в рукеследует медленно дважды повернуться вокруг своей оси в месте, свободном отпомех приему сигналов спутников. Высотомер и показания высоты GPS — навигатора постояннофильтруются для получения наиболее точных результатов. Все кнопки управлениярасположены на боковых поверхностях навигатора, оставляя лицевую панель корпусадля размещения экрана и антенны.
КОМПАС: Экранная страница компаса изменилась: теперь вместоориентации в направлении движения, экран ориентируется относительно целидвижения в зависимости от выбираемого пользователем минимального значенияскорости и времени. Показания компаса на экранных страницах Настроек, Единиц измеренияи Положения, а также значения азимута в режиме «GOTO » (Движение) могутбыть установлены как в градусах, так и в милях. Навигатор «Summit» получилновую управляющую последовательность для работы с внешними устройствами,поддерживающими протокол NMEA, которая включает азимут и магнитное склонение. Поканалу NMEA передаются в точности те данные, которые видны на экране GPS — навигатора.
ВЫСОТА: Показания высоты включают в себя максимальное исреднее значения по маршруту. Профиль отметок высоты, кроме того, может бытьиспользован как индикатор смены атмосферного давления в течение времени. Показаниявысоты на экране GPS — навигатора отличаются от тех, что передаются по каналуNMEA на внешнее устройство, которые включают максимальное и минимальное измеренноезначения. Высота на экране навигатора остается вполне неизменной, тогда какпередаваемые по каналу NMEA значения высоты могут непрерывно изменяться. Разумеется,и на экран и по каналу NMEA передается высота, измеренная одним и тем жебарометром, но почему-то в этих показаниях имеются различия. Мы постараемсявыяснить — что же в точности в отношении высоты содержат управляющиепоследовательности NMEA?
ПОСТРОИТЕЛЬ ПУТИ: Навигатор «Summit» способенвести наиболее детализированный протокол пути из всех навигаторов, выпускаемыхкомпанией «Garmin». Образец построения пути на экране: (Здесь). Разумеется,ничто не дается даром: высокое разрешение записи пути ограничивает длительностьэтой записи. Активный протокол пути может быть записан при дальности движения неболее 8 миль или 14 км, при движении в автомобиле это расстояние увеличиваетсядо 150 миль или 230 км. Могут быть сохранены до 3000 промежуточных точек водном маршруте или 10 маршрутов по 500 промежуточных точек каждый. По-прежнему,сохраненные протоколы пути не могут быть выведены на экранную страницу Карты. Однакотут есть решение. Один записанный протокол пути следует сохранить как маршрут«Возвращение» (Trackback), который можно просматривать на экраннойстранице Карты.
Чтобы показания компаса были наиболее точны, следует найтигоризонтальное место, где магнитное поле будет свободно от возмущений, иповернуться с навигатором на этом плоском месте два раза вокруг своей оси. Еслинастройку проводить не на ровной (горизонтальной) поверхности, то наклон магнитногополя привнесет ошибку в показания компаса навигатора.
На самом деле настраивать высотомер нет никакойнеобходимости. Выждите неподвижно примерно час времени, и датчик атмосферногодавления перейдет в режим автоматической настройки (Auto Cal). На самом же делеместные регулировки барометра с включенной функцией автонастройки (ON) не имеютникакого влияния на точность показаний барометра в любом другом месте. Настройкапоказаний барометра в месте с известной высотой над уровнем моря будет иметьстоль же сиюминутный эффект. Если функция автонастройки (Auto Cal) выключена (OFF),то высотометр GPS — навигатора будет вести себя подобно любому другому простомубарометру (т.е. показания высотомера могут отличаться от определенных припомощи спутников GPS), когда точность показаний барометра может зависеть отсостояния погоды, а также от того, как соответствует математическая модельизменения атмосферного давления с высотой, заложенная в память навигатора,реальному соотношению давления и высоты. При всем при этом, насколько намизвестно, даже Американская федерация аэронавтики FAA не использует дляпрогнозов местные особенности строения атмосферы.
Нормализованное, т.е. приведенное к уровню моря, давлениеявляется давлением «по умолчанию» в навигаторе, так что если принастройке высотомера вы решите выбрать показания барометра, то они сначалаобнулятся. Для максимальной возможной точности мы настоятельно рекомендуемнастраивать высотомер по известной высоте, определенной другими точнымиинструментами. Пользователю следует записать точные показания давления иливысоты на бумагу до начала настройки высотомера, потому что нормализация илиприведение показаний барометра к давлению на уровне моря, само по себе необеспечивают точности измерений.
Если навигатор «Summit» будет выключен на срококоло 3 часов или более после выполнения последней ручной настройки высотомера,то ему потребуется не менее 5 минут для перехода в режим автонастройки и еще неменее 30 минут, чтобы результаты этой автонастройки стали заметны. Если же вырешите настраивать высотомер по показаниям спутников, Вам потребуется соблюстивсе необходимые требования к обеспечению высококачественного GPS-приема. Необходимобудет обеспечить хорошую геометрию спутников, силу сигнала и тому подобное,прежде чем автонастройка сможет привнести сколько-нибудь заметные изменения впоказания высотомера.
Навигатор «eTrex Summit» (так же, как и «eTrex»)создан с расчетом на пользователя, не имеющего понятия о технологии работынавигационной спутниковой системы GPS. Органы его управления предельноупрощены, как предельно упрощены и его функциональные возможности, так чтоприбор и выглядит, и работает, как настоящий инструмент «для чайника»,не имеющего представления о пользовании системой GPS (полный список функций навигатораприведен ниже).
Многие редко используемые функции и экранные страницыотсутствуют в навигаторе «eTrex Summit». Так, отсутствуют функции«Поперечная ошибка движения» СTE, панорамирование экранной карты исканирование объекта карты, списки достопримечательностей и городов, таймерзаряда батареек, пользовательские таймеры и возможность загрузки электронныхкарт местности. Да и в самом деле, некоторые из них было бы весьмазатруднительно использовать при наличии всего четырех кнопок управления, не считаякнопки включения питания POWER, ведь четыре кнопки предельно упрощаютуправление навигатором.
Однозначный вердикт навигатору «eTrex Summit» вынестидовольно сложно. Хотя в обычных условиях мы не обозреваем навигаторы, необладающие возможностями работы с электронными картами, но испытуемый приборобладает интересной и весьма полезной функцией выведения графика изменениявысоты по пути движения, что может оказаться полезным для путешественников,парапланеристов, планеристов и других летающих туристов, пилотов частныхсамолетов и пр. Эта функция включает «профиль пути» через изменениевысоты, которая представляет ваш маршрут в виде двумерного графика вкоординатах (x,y). Кроме того, изменение высоты сохраняется как составная частьпротокола маршрута, что позволяет проводить последующий анализ своегопутешествия в трех координатах (x,y,z).
С другой стороны, в приборе отсутствуют функции, ставшие«стандартными» для всех навигаторов, начиная с модели «G-12XL».Среди них: разъем для подключения внешней антенны, различные путевые таймеры (прибытияи полный движения), поперечная ошибка движения, база данныхдостопримечательностей и городов, панорамирование экранной карты и сканированиеобъектов карты, усреднение точек, настраиваемые информационные окна на пользовательскихстраницах, встроенный автоматический регулятор входного напряжения. Можно долгоперечислять экранные страницы и функции, утраченные сравнительно не только смоделью «G-12XL», но и с «G-12Map» и т.п. Начиная саппаратной версии 2.02, навигатор «eTrex Summit» 2.07 теперь можетсохранять до 20 маршрутов («eTrex» версии 2.10 по-прежнему можетхранить только один маршрут).
2. Традиционная картография и геоинформационныесистемы
Длительное время картографические данные служили основнымисточником данных для пространственных баз данных и в том числе длягеоинформационных систем.
Карта как информационный носитель выполняет две функции:
позиционную (дает информацию о точном расположении объекта,о его размерах);
атрибутивную (информирует о типе, виде, классе объекта,показывает топологические свойств объектов, их отношений и т.п.).
Общегеографические карты используют в качестве источниковпри составлении любых тематических карт. Они служат основой для нанесениятематического содержания. Топографические, обзорно-топографические и обзорныекарты — это надежные и достоверные источники, которые создают погосударственным инструкциям, в стандартной системе условных знаков сопределенными, строго фиксированными требованиями к точности.
Взаимодействие геоинформатики и картографии стало основойдля формирования нового направления — геоинформационного картографирования,суть которого составляет автоматизированное информационно-картографическоемоделирование природных и социально-экономических геосистем на основе ГИС и баззнаний.
Традиционная картография испытывает сегодня перестройку,сопоставимую, возможно, лишь с теми изменениями, которые сопровождали переходот рукописных карт к печатным полиграфическим оттискам. В некоторых случаяхгеоинформационное картографирование почти полностью заменило традиционныеметоды картосоставления и картоиздания.
Четкая целевая установка и преимущественно прикладнойхарактер — вот, пожалуй, наиболее важные отличительные черты геоинформационногокартографирования. Согласно подсчетам, до 80% карт, составляемых с помощью ГИС,носят оценочный или прогнозный характер либо отражают то или иное целевоерайонирование территории.
Программно-управляемое картографирование по-новому освещаетмногие традиционные проблемы, связанные с выбором математической основы икомпоновки карт (возможность перехода от проекции к проекции, свободноемасштабирование, отсутствие фиксированной нарезки листов), введением новыхизобразительных средств (например, мигающие или перемещающиеся на карте знаки),генерализацией (использование фильтрации, сглаживания и т.п.).
Происходит тесное соединение двух основных ветвейкартографии: создания и использования карт. Многие трудоемкие прежде операции,связанные с подсчетом длин и площадей, преобразованием изображений или ихсовмещением, стали рутинными процедурами. Возникла электронная динамическаякартометрия. Создание и использование карт, в особенности если речь идет оцифровых моделях, стали как бы единым интегрированным процессом, поскольку входе компьютерного анализа происходит постоянное взаимное трансформированиеизображений. Даже чисто методически стало трудно различить, где завершаетсясоставление исходной карты и начинается построение производной.
ГИС-технологии породили еще одно направление — оперативноекартографирование, то есть создание и использование карт в реальном или близкомк реальному масштабе времени для быстрого, а точнее сказать, своевременногоинформирования пользователей и воздействия на ход процесса. При этом реальныймасштаб времени понимается как характеристика скорости создания-использованиякарт, то есть темпа, обеспечивающего немедленную обработку поступающейинформации, ее картографическую визуализацию для оценки, мониторинга,управления, контроля процессов и явлений, изменяющихся в том же темпе.
Оперативные карты предназначаются для инвентаризацииобъектов, предупреждения (сигнализации) о неблагоприятных или опасныхпроцессах, слежения за их развитием, составления рекомендаций и прогнозов,выбора вариантов контроля, стабилизации или изменения хода процесса в самыхразных сферах — от экологических ситуаций до политических событий. Исходнымиданными для оперативного картографирования служат материалы аэрокосмическихсъемок, непосредственных наблюдений и замеров, статистические данные,результаты опросов, переписей, референдумов, кадастровая информация.
Огромные возможности и порой неожиданные эффекты даюткартографические анимации. Разнообразные модули анимационных программобеспечивают перемещение картографического изображения по экрану,мультипликационную смену карт-кадров или трехмерных диаграмм, изменениескорости демонстрации, возврат к избранному фрагменту карты, перемещениеотдельных элементов содержания (объектов, знаков) по карте, их мигание ивибрацию окраски, изменение фона и освещенности карты, подсвечивание изатенение отдельных фрагментов изображения и т.п. Совершенно необычны длякартографии эффекты панорамирования, изменения перспективы, масштабированиечастей изображения (наплывы и удаления объектов), а также иллюзии движения надкартой (облет территории), в том числе с разной скоростью.
В обозримом будущем перспективы развития картографии внауках о Земле связываются прежде всего и почти целиком с геоинформационнымкартографированием. Они исключают необходимость готовить печатные тиражи карт. Внедрениеэлектронных технологий «означает конец трехсотлетнего периодакартографического черчения и издания печатной картографической продукции».Взамен мелкомасштабных карт и атласов пользователь сможет затребовать и сразуполучить все необходимые данные в машиночитаемом или визуализированном виде, идаже само понятие «атлас» подлежит пересмотру.
Сегодня новые карты и атласы уже не пахнут типографскойкраской, а подмигивают с экрана яркими огоньками значков и меняют окраску взависимости от нашего желания и настроения. Возможно, недалеко то время, когдакартографические голограммы создадут полную иллюзию реальной местности, апейзажные компьютерные модели сведут на нет различия между картой и живописнымполотном.3. Плюсы векторного изображения
Векторные структуры данных дают представлениегеографического пространства более интуитивно понятным способом и очевиднобольше напоминают хорошо известные бумажные карты. Они представляютпространственное положение объектов явным образом, храня атрибуты чаще всего вотдельном файле для последующего доступа.
В векторном формате, позиционная составляющая или геометрия,обычно хранится в одном файле в виде индексированных записей: индекс кодируетобъект, а запись состоит из набора пар или троек координат, число которых взаписи соответствует типу объекта.
Объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями илидугами, площади определяются набором линий. Местоположение точечного объекта (например,буровой скважины) описывается парой координат (X,Y). Линейные объекты (такиекак дороги, реки или трубопроводы) сохраняются как наборы координат X,Y. Полигональныеобъекты (земельные участки, административные районы или области обслуживания) хранятсяв виде замкнутого набора координат.
Значения атрибутов часто упорядочивают в виде таблицатрибутов. В реляционных моделях баз данных каждая клетка таблицы отражаетзначение одного из принципов определенного объекта. В зависимости от способаотражения временная форма фиксируется в одной таблице атрибутов данного объектаили в нескольких таблицах для различных временных этапов. Таблица отражаеттематическую и отчасти — пространственную формы информации.
Данные в векторной модели представляют собойобъектно-ориентированную систему.
Настоящая модель особенно удобна для описания дискретныхобъектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, такихкак плотность населения или доступность объектов. Представлены в видекартографического изображения (подробнее о картах и картографии см. раздел«Основы картографии»).
Существуют несколько способов объединения векторных структурданных в векторную модель данных, позволяющую нам исследовать взаимосвязи междупоказателями внутри одного покрытия или между разными покрытиями.
Представление векторного изображения в памяти компьютерасложнее, чем точечного (хотя, как правило, при этом оно намного компактнее). Несколькоупрощая, можно считать, что оно представляет собой перечень всех объектов, изкоторых составлено изображение, причем для каждого объекта указано, к какомуклассу объектов он принадлежит, и приведены значения всех управляющихпараметров. Подобрать аналог векторному изображению в реальном мире не так-топросто. Впрочем, на эту роль вполне может претендовать тот человечек, которогов детстве рисовали, наверное, все, приговаривая: «Точка, точка, запятая,минус, рожица кривая, палка, палка, огуречик...» Последняя фраза, по сутидела, представляет собой перечисление объектов векторного изображения.
В школьной программе векторные изображения появлялись науроках геометрии, черчения и математики (графики функций). Тем, кому довелосьучиться в технических вузах, приходилось сталкиваться с векторнымиизображениями на занятиях по аналитической геометрии.
Векторное изображение существенно более гибко в работе. Чтобыувеличить или уменьшить его, требуется всего лишь изменить один управляющийпараметр изображения в целом — масштаб. При этом размер файла с векторнымизображением не увеличится ни на один байт. Внесенные изменения будут учтеныпри рендеринге, и четкость изображения не пострадает.
Векторное изображение многослойно. Каждый элемент этогоизображения — линия, прямоугольник, окружность или фрагмент текста — располагаетсяв своем собственном слое. Каждый элемент векторного изображения являетсяобъектом, который описывается с помощью специального языка (мат. уравнениялиний, дуг, окружности и т.д.). Кроме того, сложные объекты (ломанные линии,различные геометрические фигуры) описываются как совокупность элементарных графическихобъектов (линий, дуг и т.д.).
Такое векторное изображение представляет собой совокупностьслоев содержащих различные графические объекты. Слои, накладываясь друг надруга формируют цельное изображение.
Объекты векторного изображения, могут произвольно без потерикачества изменять свои размеры.4. Методы ввода данных в ГИС
Подсистема ввода информации — это устройства дляпреобразования пространственной информации в цифровую форму и ввода ее в памятькомпьютера или в базы данных.
Данные для использования в ГИС должны быть сначалапреобразованы в подходящий цифровой формат, поэтому под вводом данныхпонимается процедура кодирования данных в компьютерно-читаемую форму и ихзапись в базу данных ГИС.
Ввод данных включает три главных шага — сбор, редактированиеи очистка, а также геокодирование данных. Последние два этапа называют такжепредобработкой данных.
Существует множество способов ввода данных для работы с ГИС,по сути сводимые к следующим.
Ввод с помощью клавиатуры. Качественные иколичественные характеристики цифруемых объектов, а также статистические данныевводят с клавиатуры компьютера. Этот способ редко применяется дляпространственных данных. Он может быть совмещен с ручным цифрованием, обычноболее эффективно используется как отдельная операция.
Координатная геометрия включает процедуры, используемые,чтобы ввести данные, требующие очень высокой точности расположения. Этот способхарактеризуется очень высоким уровнем точности, получаемым за счет полевыхгеодезических измерений. В целом способ очень дорогой, наиболее широкоиспользуемый для целей земельного кадастра.
Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерныефайлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может бытьавтоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно привыполнении крупных проектов, либо, при сравнительно небольшом объеме работ,данные можно вводить с помощью особого прибора — дигитайзера. Некоторые ГИСимеют встроенные векторизаторы, автоматизирующие процесс оцифровки растровыхизображений.
Ручное цифрование является наиболее широко используемымметодом ввода пространственных данных с карт. Для цифрования применяютдигитайзеры и сканеры. С помощью дигитайзеров на исходной карте прослеживают иобводят контуры и другие графические обозначения, а в память компьютера приэтом поступают текущие координаты этих контуров, линий или отдельных точек вцифровой форме. Сам процесс прослеживания оператор выполняет вручную, с чемсвязаны большая трудоемкость работ и возникновение ошибок за счет обвода линий.Эффективность данного метода зависит от качества программного обеспеченияцифрования и умения оператора. К главным недостаткам относятся большиевременные затраты и допущение наличия ошибок.
Широко используют и способ цифрования по отсканированномуизображению, выведенному на экран (цифрование по подложке) с помощьюспециальных программных средств и стандартной мышки.
Сканирование подразумевает автоматическое получениецифрового изображения карты с помощью сканера. Сама карта размещается напланшете или на барабане. Сканирование выполняется быстро и точно, ноприходится дополнительно разделять (распознавать) оцифрованные элементы: реки,дороги, другие контуры и т.п. Точность метода определяется размером ячейки, которыйможно отсканировать (минимальный фрагмент карты — около 20 микрон (0,02 мм). Полученноеизображение затем нуждается в дальнейшей обработке и редактировании дляулучшения качества, иногда преобразовании в векторный формат. В некоторых ГИСсканированные изображения могут непосредственно использоваться для производствакарты.
Ввод существующих цифровых файлов подразумеваетиспользование доступных наборов данных различных ведомств и организаций. Приобретениеи использование существующих цифровых наборов данных является наиболееэффективным способом заполнения ГИС. В настоящее время все более широкоераспространение получает преобразование данных других цифровых источников такихкак, данные на магнитных носителях, данных, доступных в сети Интернет (цифровыекарты, цифровые космические снимки) и пр. Однако, нужно помнить, что покаизображения, распространяемые в Интернет зачастую имеют низкое разрешение,растровый формат и ограниченные размеры.
Главным критерием выбора формы ввода данных является типисточника данных: для снимков предпочтительнее использовать сканирование, картыможно цифровать или сканировать. Другой критерий связан с типом моделииспользуемой базы данных: сканирование лучше подходит для растровой модели,цифрование — для векторной.
Есть много способов ввода данных. Одни выглядятпримитивными, вроде помещения прозрачной сетки на карту. Другие — болеесовременны, так, например, используют устройства цифрового ввода — дигитайзерыи сканеры. Перед тем, как использовать структуры данных, модели и системы,необходимо преобразовать нашу реальность в форму, понимаемую компьютером. Методы,при помощи которых это будет сделано, зависят в некоторой степени от имеющегосяоборудования и от конкретной системы. Во-первых, подсистема вводаспроектирована для переноса графических и атрибутивных данных в компьютер. Во-вторых,она должна отвечать хотя бы одному из двух фундаментальных методовпредставления графических объектов — растровому или векторному. В-третьих, онадолжна иметь связь с системой хранения и редактирования, чтобы гарантироватьсохранение и возможность выборки того, что мы введем, и давать возможностьустранять ошибки и вносить изменения по мере необходимости.
Вначале необходимо определить, какой тип ГИС, векторный илирастровый, будет использоваться, а также будет ли ваша ГИС способнапреобразовывать эти типы данных один в другой. Некоторые программы работаютглавным образом на растровых структурах данных, в то время как другие оперируютв основном векторной информацией.
Хотя преобразование между векторной и растровой формами — делодостаточно обычное, есть несколько вещей, о которых следует помнить. Чаще всегопри преобразовании векторов в растр результаты получаются визуальноудовлетворительными, но методы растеризации могут давать результаты, которые неудовлетворительны для атрибутов, представляющие каждую ячейку. Это особенноверно вдоль границ областей, где имеется неопределенность с присвоением ячейкамрастра атрибутов с одной или другой стороны границы. С другой стороны,преобразуя растр в вектора, вы можете сохранить подавляющее большинствоатрибутивных данных, но визуальные результаты будут час-то отражать блочный,лестничный вид ячеек растра, из которых преобразование было произведено. Существуюталгоритмы сглаживания этого лестничного эффекта, использующие математическиеметоды сплайн-интерполяции. Не вдаваясь в подробности, укажем, что это простографический прием, сглаживающий зубчатые линии и острые углы. Как ранееуказывалось, существуют многие инструменты для ввода в ГИС векторных данных. Ограничимобсуждение дигитайзерной оцифровкой как распространенным «классическим»методом. Некоторые программы требуют ввода точек в определеннойпоследовательности, в то время как другие этого не требуют. Документация и/илисама программа сообщит вам об этом. Кроме того, программа укажет, какиепронумерованные кнопки используются для ввода конкретных типов объектов. Одникнопки используются для указания положения точечных объектов, другие — дляобозначения концов прямых отрезков, третьи — для смыкания многоугольников. Многиеошибки оцифровки, особенно у новичков, происходят вследствие нажимания не техкнопок, что требуется. Конкретная процедура оцифровки зависит также отструктуры данных, которая используется программой. Одни требуют указанияположений узлов, другие — нет. Одни требуют явного кодирования топологии вовремя оцифровки, другие используют программные методы построения топологиипосле того, как база данных заполнена. Правила различны для разных программ, инужно заблаговременно просмотреть соответствующую документацию для выясненияэтих стратегий. Эта работа может рассматриваться как часть процесса подготовкикарты, а не самой оцифровки.
Атрибутивные данные в векторных ГИС вводятся чаще всего сиспользованием клавиатуры компьютера. Хотя этот способ ввода данных предельнопрост, он требует такого же внимания, как и ввод графические объектов. Причиныдве. Первая: опечатки совершаются очень легко. Вторая, и возможно, наиболеепроблематичная: атрибуты должны быть связаны с графическими объектами. Ошибки втаком согласовании — одни из наиболее трудных для обнаружения ошибок, посколькуих не всегда можно заметить на взгляд, и они не проявляются до началавыполнения какого-нибудь анализа. Хорошей практикой является проверка атрибутовв процессе ввода, возможно, во время частых коротких перерывов для их просмотра.Время, потраченное на это, окупится затем с лихвой при редактировании.
Ввод растровых данных следует иной стратегии, нежели вводвекторных данных. Растровый ввод иногда все еще делается с использованиемнакладной сетки, когда атрибуты вводятся последовательно, друг за другом. Широкаядоступность сканеров быстро вытесняет этот трудный метод ввода, однако егоприменение хорошо иллюстрирует разные методы, используемые программамиоцифровки для ввода ячеек растра. В прошлом часто использовался также методоцифровки растра с помощью дигитайзера, когда полученный с дигитайзера контуробъекта в виде векторов затем заполняется пикселями уже самой программойоцифровки.
Прежде всего, необходимо решить, какую площадь должназанимать каждая ячейка растра. Это решение должно быть принято до началаоцифровки или наложения сетки, чтобы сообщить программе оцифровки размер ячейкиили дать оператору сведения о размерах квадратов сетки. Кроме того, нам следуетрешить, пригодится ли какой-нибудь метод кодирования (типа группового илиблочного кодирования), который мог бы сократить процесс. При том, что методысжатия данных хороши для уменьшения их объема, использование этих методов привводе может оказаться не менее важным благодаря сокращению времени ввода. Некоторыерастровые ГИС, не поддерживающие ввод с дигитайзера или поддерживающие ввод и склавиатуры, и с дигитайзера, имеют команды, позволяющие вводить данные в видецепочек или блоков атрибутов. Выбрав метод ввода, вы должны решить, как каждаяячейка растра будет представлять различные имеющиеся темы. Помимо разрешениярастра, это может быть наиболее важным мщением, которое вы должны принять. Рассмотримэтот вопрос более подробно.
Для ввода растровых данных наиболее широко применяютсясканеры. Однако следует учитывать, что введенные со сканера тематические данныене становятся автоматически тематическими данными в растровой ГИС. Дело в том,что однородно закрашенные на карте области после считывания сканером неизбежнополучают некоторый разброс значений, вследствие многих причин: неоднородностьнанесения краски на карту, незаметная для глаз, неоднородность подсветки всканере, износ карты и т.д. Кроме того, тематические карты обычно печатаютсяофсетным способом, который предполагает образование всего богатства полутонов ицветовых оттенков смешением мельчайших точек красок небольшого числа цветов. Присканировании эти незаметные на глаз точки, превращаются во вполнесамостоятельные пиксели, образующие «винегрет» на месте внешнеоднородной по цвету области. Естественно, такие карты не пригодны для анализа. Результатсканерного ввода в сильной степени зависит от соотношения разрешений сканера иполиграфического растра. Именно сложность решения этой проблемы приводит иногдак решению использовать упомянутый выше способ ввода растровых данныхпосредством векторной оцифровки контуров объектов с последующим преобразованиемв растр.5. Компоновка
Компоновка — это процесс сборки программы из объектныхмодулей, в котором производится их объединение в исполняемую программу исвязывание вызовов внешних функций и их внутреннего представления (кодов),расположенных в различных объектных модулях.
Компоновка это процесс, который позволяет правильно связатькаждое вхождение идентификатора с одним конкретным объектом или функцией. Всеидентификаторы имеют один из трех атрибутов компоновки, тесно связанных с ихконтекстом: внешняя компоновка, внутренняя компоновка или отсутствие компоновки.Эти атрибуты определяются местоположением и форматом объявлений, а также явным(или неявным по умолчанию) использованием спецификатора класса памяти staticили extern.
Каждое вхождение конкретного идентификатора с типомкомпоновки external представляет тот же самый объект или функцию во всеммножестве файлов и библиотек, составляющих программу. Каждое вхождениеконкретного идентификатора с типом компоновки internal представляет тот жесамый объект или функцию только в пределах одного файла. Идентификаторы с типомкомпоновки no (отсутствие) представляет уникальные элементы программы.
Ниже приводятся правила внешней (external) и внутренней (internal)компоновки: любой идентификатор объекта или файла, имеющий файловый контекст,будет иметь внутренний тип компоновки, если его объявление содержитспецификатор класса памяти static. Для С, если один и тот же идентификатор впределах одного файла появляется и с внутренним, и с внешним типом компоновки,то идентификатор будет иметь внутренний тип компоновки; если объявлениеидентификатора объекта или функции содержит спецификатор класса памяти extern,то идентификатор имеет тот же тип компоновки, что и видимое объявлениеидентификатора с файловым контекстом. Если такого видимого объявления неимеется, то идентификатор будет иметь внешний тип компоновки; если функцияобъявлена без спецификатора класса памяти, то ее тип компоновки определяется,как если бы был использован спецификатор класса памяти extern; еслиидентификатор объекта с файловым контекстом объявлен без спецификатора класса памяти,то идентификатор имеет внешний тип компоновки.
Следующие идентификаторы не имеют атрибута типа компоновки: любойидентификатор, объявленный иначе, чем объект или функция; параметры функции; идентификаторыс контекстом блока в случае объектов, объявленных без спецификатора классапамяти extern.
6. Основные способы обозначения масштаба на карте
Масштаб определяет степень уменьшения объектов при переходеот натуры к изображению. Он характеризуется отношением длины линии на изображениик соответствующей линии на местности, точнее к длине горизонтальной проекциилинии на поверхность эллипсоида. Строго говоря, масштаб постоянен только наплане — крупномасштабном изображении ограниченного участка земной поверхности,когда можно не учитывать ее кривизны. На карте масштаб различен в разных ееточках и изменяется, за исключением равноугольных проекций, в зависимости отнаправления. Поэтому различают главный и частный масштабы карт. Главный масштабпоказывает, во сколько раз линейные размеры на карте уменьшены по отношению кэллипсоиду или шару. Этот масштаб подписывают на карте, но необходимо иметь ввиду, что он справедлив лишь для отдельных линий и точек, где искаженияотсутствуют. Частный масштаб отражает соотношения размеров объектов на карте иэллипсоиде (шаре) в данной точке. Он может быть больше или меньше главного. Частныймасштаб длин показывает отношение длины бесконечно малого отрезка на карте кдлине бесконечно малого отрезка на поверхности эллипсоида или шара, а частныймасштаб площадей передает аналогичные соотношения бесконечно малых площадей накарте и на эллипсоиде или шаре.
Независимо от выбора парадигмы при рассмотрении пространствав виде карты, необходимо помнить, что карты — это упрощение действительности. Главнаяцель любой тематической карты — показать важные сведения для большого регионабез отвлечения внимания на неуместные или избыточные подробности. Степеньупрощение определяется уровнем детализации, который требуется для исследованияобласти. При рассмотрении очень маленькой области, такой как одно поле (скажем,20га), не требуется упрощения реальности в такой же степени, как и для области в1000 км/>.
Масштаб — термин, часто используемый для обозначения степениуменьшения на картах. Наиболее легко он может быть выражен как отношение длинынекоторого отрезка на карте к длине того же отрезка на земле. Например, легендакарты может сообщать, что одному сантиметру на карте соответствуют 500 м наземле. Масштаб, выраженный словами «в одном сантиметре 500 метров» называетсявербальным масштабом. Этот распространенный способ выражения масштаба имеетпреимущество легкого понимания большинством пользователей карт. Другим распространеннымпредставлением является численный масштаб, когда расстояние на карте ирасстояние на земле даются в одних единицах измерения, как дробь, устраняя темсамым необходимость упоминать единицы измерения. Численный масштаб обычнопредпочитаем опытными пользователями карт, поскольку он устраняет путаницу сединицами измерения. Специалисту по ГИС особо следует помнить о необходимостиустанавливать, какой из этих двух способов выражения масштаба используется.
Линейный масштаб — еще один из основных методов выражениямасштаба. Здесь действительные расстояния на земле показываются прямо на карте.На карте могут быть показаны и реальные площади, но это встречается гораздореже. Манипуляции с картами в ГИС с большой вероятностью влекут за собой многиеизменения масштаба выходных документов, в зависимости от требованийпользователя. Во время ввода карты на нее может быть помещена масштабнаялинейка, и при изменении масштаба на выходе будет изменяться и сама линейка.
Начав работать с ГИС, вы обнаружите, что большинствопрограмм очень легко выполняют изменения масштаба. И конечно, масштаб входныхданных может отличаться от масштаба отображения результатов. Способностьпрограммного обеспечения как угодно преобразовывать масштаб карты можетпривести к чрезмерному доверию к карте, что может в дальнейшем вызватьнекоторые проблемы. Достоверность результатов анализа существенно зависит откачества данных, вводимых в систему. Эта надежность, в свою очередь, зависит вбольшой степени от масштаба вводимых карт. Масштаб карты бывает численным (отношениечисел или дробь, например, 1: 25 000 или 1/25000); словесным или линейным (графическим).В приведенном примере единица длины на карте соответствует 25 000 таких единицна местности. Это же соотношение может быть выражено словами: «1 см равен250 м» или, еще короче: «в 1 см 250 м». В некоторых странах,традиционно использующих несимметрические меры длины (США и др.), масштабвыражается в дюймах, футах и милях, например, 1: 63 360 или «в 1 дюйме 1миля». Линейный масштаб изображается в виде линии с нанесенными черезопределенные интервалы делениями, против которых обозначены соответствующие имрасстояния на земной поверхности. Графическое представление масштаба имеетопределенные преимущества перед двумя другими способами его выражения. Вчастности, если размер карты изменяется при копировании или проекции ее наэкран, то только графический масштаб, подвергающийся изменениям вместе со всейкартой, остается правильным. Иногда в дополнение к масштабу длин используетсятакже масштаб площадей.7. ГИС как инструмент управления городом
Для принятия какого-либо решения разработки проектовразвития и использования территорий, необходимо для начала понять — что из себяэта территория представляет: сколько здесь проживает населения, чем оно занято,в каких условиях живет; какие здесь есть полезные ископаемые и в какомколичестве; каковы инженерно-строительные условия; что представляют из себялесные массивы; как используются пахотные земли и в каком они состоянии; вкаком состоянии луга и пастбища и какова их продуктивность; что из себяпредставляет промышленность территории, насколько она эффективна и какие видыпромышленного производства экономически выгодно здесь развивать; каковы резервыводоснабжения; в каком состоянии и какие резервы у энергоснабжения; какаятранспортная сеть на территории, каковы ее транспортные связи, в какомсостоянии магистрали, железные дороги, аэропорты; какова, наконец,экологическая ситуация и чем она вызвана и т.п. Это является типично ГИСовскойзадачей.
Поставленная задача во всем мире традиционно решаетсяурбанистами, которых у нас в стране исторически называют градостроителями. Этоспециалисты, которые работают с территорией комплексно, рассматривая ее какединый сложный организм, в котором переплетены геолого-географические явления иразличные направления хозяйственной деятельности человека; организм,представляющий собой определенную целостность, со своими законами развития. Нарушениеэтих законов ведет к деградации территории, ухудшению условий проживаниянаселения, снижению уровня жизни, то есть к тому, что и происходит сейчас натерритории России практически повсеместно.
Приведем наиболее характерные примеры использованиякосмической информации и ГИС-технологий.
В Перми, на основе космической съемки SPOT, а также фондовыхматериалов, были созданы цифровые карты современных ландшафтов, использованияземель, инженерно-строительных условий и традиционные градостроительные схемы: функциональногозонирования, транспорта, магистральных инженерных сетей, планировочныхограничений (санитарно-защитные зоны предприятий, зоны от трубопроводов,водоохранные зоны и т.п.) и многие другие. Система создавалась с помощьюпрограммных средств PC ARC/INFO и ArcView GIS. В процессе дешифрирования космическихизображений SPOT были выявлены многочисленные изменения состояния окружающейсреды, по сравнению с традиционными картографическими материалами — новая,главным образом, усадебная застройка; карьеры, свалки, другие нарушенияпочвенно-растительного покрова; новые дороги и другие линейные сооружения. Особеннопоказательно то, что по космической съемке обнаружены очень значительныенарушения зеленой зоны Перми к востоку от города несанкционированными рубками,строительством и т.п. Материалы дешифрирования космических изображенийсущественно повлияли на разработку проектных предложений Генерального плана. ПрименяяГИС-технологии, проектировщикам удалось решить многие задачи — от выборатерриторий для нового жилищного строительства и комплексной градостроительнойоценки этих новых площадок до разработки предложений по развитию социальнойинфраструктуры (на основе компьютерного анализа обеспеченности микрорайоновдетскими садами, школами, поликлиниками и т.п. в сравнении с нормативнымипоказателями).8. Возможности применения ГИС-технологий по местуработы студента (ОАО «Чувашсетьгаз»)
Техническая инфраструктура городского газового хозяйства — этотерриториально распределенная сеть газоснабжения, инженерные коммуникации иоборудование.
Геоинформационная система газовых сетей (ГИС ГС) предназначенадля решения задач эффективного управления и безопасной эксплуатации газовойсети за счет создания компьютерной модели на базе современных геоинформационныхтехнологий и платформ
Создание единой информационной базы ГИС ГС, включающей всебя: топологию сети (в том числе высокого, среднего и низкого давления), схемурасположения объектов сети на карте города, паспортную информацию об узлах извеньях, сведения о гидравлических режимах, режимах газопотребления, справочнуюинформацию о потребителях газа.
Обеспечение доступа к единой базе данных ГИС ГС техническогоотдела, аварийной службы, центральной диспетчерской, службы режимов и т.п.
Информационная поддержка при подготовке технических условийна подключение и согласование проектов.
Анализ и отображение состояния сети при подключении (отключении)потребителей, проведении регламентных ремонтных и аварийно-восстановительныхработ.
Основные функции системы:
автоматизированное первичное введение и поддержка вактуальном состоянии схемы газовой сети и топографической подосновы в векторномформате;
представление на мониторе и распечатка на принтере схемыгазовой сети на карте города;
поиск необходимого фрагмента схемы по реквизитам узлов иучастков, адресам домов и колодцев, наименованием абонентов, ГРП и т.п.
введение в базу данных модели топологии сети и паспортнойинформации об участках и узлах.
подключение программы комплексных гидравлических расчетовполиэтиленовых и стальных газопроводов.
Внедрение геоинформациoнных систем (ГИС) является решающимфактором в бизнесе, где обслуживание потребителей и система планированияпредприятий — первостепенны.
Геоинформациoнные системы (ГИС) помогают решать задачупроводить инвентаризацию системы в целом и позволяет прогнозировать ожидаемуюприбыль от внедрения новых и использования уже существующих коммуникационныхсистем.
ГИС (геоинформациoнные системы) помогают решать задачупоиска потенциальных абонентов в новых областях, позволяют полностьюсопоставить каждого абонента с приписанным на линии оборудованием, чтопозволяет резко снизить злоупотребления при использовании неучтенных линийабонентов.
Наряду с геоинформациoнным системами (ГИС), становятсянеобходимыми системы защиты информации. В век информационных технологийобеспечение разграничения доступа и защиты собранной и систематизированнойинформации является неотъемлемой частью информационных систем.
Заключение
Сегодня геоинформатика предстает в виде системы,охватывающей науку, технику и производство. Учитывая особенности геоинформатикис точки зрения этих трех систем трактовка геоинформатики и самихгеоинформационных систем сводится к следующим дефинициям.
Научно-познавательный подход. Геоинформатика — научнаядисциплина, изучающая природные и социально-экономические системы (ихструктуру, связи, динамику, функционирование в пространстве и во времени) посредствомкомпьютерного моделирования на основе баз данных и географических знаний. Основнаяцель геоинформатики как науки — это управление подоьными системами в широкомпонимании, включая их инвентаризацию, оценку, прогнозирование, оптимизацию и т.п.ГИС — средство моделирования и познания таких систем.
Технологический подход. Геоинформатика — это технологиясбора, хранения, преобразования, отображения и распространенияпространственно-координированной информации, имеющая целью обеспечить решениезадач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами. ГИС — техническоесредство накопления и анализа информации в процессе принятия решений.
Производственный подход. Геоинформатика — производство (геоинформационная индустрия) имеющее целью изготовлениеаппаратных средств и программных продуктов, включая создание баз и банковданных, систем управления, стандартных (коммерческих) ГИС разного целевогоназначения и проблемной ориентации, формирование ГИС-инфраструктуры иорганизация маркетинга. ГИС — программная оболочка, реализующаягеоинформационные технологии.
Основным назначением ГИС следует считать формирование знанийо процессах и явлениях на земной поверхности и применение этих знаний длярешения практических задач во всех сферах человеческой деятельности.
Подводя итог, следует констатировать, что ГИС в настоящеевремя представляют собой современный тип интегрированной информационнойсистемы, применяемой в разных направлениях. Она отвечает требованиям глобальнойинформатизацией общества. ГИС является системой способствующей решениюуправленческих и экономических задач на основе средств и методовинформатизации, т.е. способствующей процессу информатизации общества винтересах прогресса.
ГИС как система и ее методология совершенствуются иразвиваются, ее развитие осуществляется в следующих направлениях:
развитие теории и практики информационных систем;
изучение и обобщение опыта работы с пространственнымиданными;
исследование и разработка концепций создания системыпространственно-временных моделей;
совершенствование технологии автоматизированногоизготовления электронных и цифровых карт;
разработки технологий визуальной обработки данных;
разработки методов поддержки принятия решений на основеинтегрированной пространственной информации;
интеллектуализации ГИС.
Список литературы
1. Берлянт А.М. Геоинформационное картографирование. — М.: Изд-воМосковского университета, 1997. — 64 с.
2. Взаимодействие картографии и геоинформатики. Под ред.А.М. Берлянта, О.Р.Мусина. — М.: Научный мир, 2000. — 192 с.
3. Государственный стандарт Российской Федерации. «Геоинформационноекартографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общиетребования» (ГОСТ 50828-95). — М.: ИПК, изд-во стандартов, 1996. — 3 с.
4. Де Мерс, Майк Н. Географические информационные системы. Основы.: пер. санг. — М.: Дата+, 1999.
5. Жуков В.Т., Сербенюк С.Н., Тикунов В.С. Математико-картографическоемоделирование в картографии. — М.: Мысль, 1980. — 218 с.
6. Королев Ю.А. Общая геоинформатика. — М.: Дата+, 2001.
7. Основы ArcView. — М.: Дата+, 1996.
8. Салищев К.А. Картоведение. — М.: Изд-во Московского университета, 1976. — 438 с.
9. Сербенюк С.Н. Картография и геоинформатика — их взаимодействие. — М.: МГУ,1990.
10. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. — М.: Эко-Тренд, 2000. — 268 с.