Мониторинг загрязнений Донецкой области на основании данных, полученных при помощи программных продуктов ArcGIS 9.2 и ERDAS Image 8.7, по грязному сн

 

 

Министерство Образования и Науки Украины

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского

«ХАИ»

 

 

 

Кафедра 502

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине «Технологии геоинформационных систем»

«Мониторинг загрязнений Донецкой области на основании данных, полученных при помощи программных продуктов ArcGIS 9.2 и ERDAS Image 8.7,

по грязному снегу»

 

 

 

 

Выполнила: студентка 533 группы

Малашта Е.П.

Проверил: к.т.н., доцент каф.502

Андреев С.М.

 

 

 

 

Харьков 2011

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

РАЗДЕЛ 1 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ      4

1.1 Общие характеристики ArcGIS       4

1.1.1 ArcMap, ArcCatalog и ArcToolbox     4

1.1.2 Совместимые форматы  данных      5

1.1.3 Расширение функциональности ArcGIS Desktop   6

1.2 ERDAS IMAGINE         7

1.2.1 Полнофункциональная система для работы с аэро- и космическими снимками            7

1.2.2 Основные возможности  системы      7

1.2.2.1 Визуализация графической  информации   7

1.2.2.2 Быстрый доступ к  информации     8

1.3 Спутник «TERRA»(MODIS)       10

1.4 Сайт «Центр приема и обработки специальной информации и контроля навигационного поля»          13

РАЗДЕЛ 2 ОБРАБОТКА КОСМИЧЕСКОГО СНИМКА ПРИ ПОМОЩИ ArcGIS 9.2 ERDAS Image 8.7          18

2.1 ERDAS Image 8.7         18

2.2 ArcGIS 9.2          23

2.3 Блок-схема проделанной работы       24

ВЫВОДЫ            26

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ         27

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Украина – одна из крупнейших стран Европы по количеству населения, площади, ресурсного потенциала. И она одна из наиболее неблагополучных в экологическом отношении в Европе. К этому привел высокий уровень концентрации промышленности и сельскохозяйственных комплексов, экологически необоснованная, хищническая, потребительская деятельность правительственных структур  бывшего СССР и УССР, и разумеется крупнейшая в мире техногенная катастрофа – авария на Чернобыльской АЭС.

За последние несколько лет Минприроды отмечает обострение экологических проблем практически во всех районах государства. Поэтому решение экологических проблем в Украине - одно из наиболее главных практических задач. [1]

Одним из основных факторов, повлиявших на экологическую обстановку является развитие добывающей и перерабатывающей промышленности при устаревших технологиях и связанная с этим чрезмерная урбанизация многих районов, прежде всего Донбасса. Донбасс обеспечивает большую часть промышленного производства Украины, причём в наиболее экологически опасных отраслях. И для того, чтобы сохранить равновесие естественных природных процессов необходимо проводить мониторинг, который нуждается в информационных системах.

Сбор, обработка, хранение, анализ и отображение данных экологического мониторинга возможно при использовании компьютерных технологий - географических информационных систем (ГИС).

Цель работы: провести анализ загрязнений территории Донецкой области и выявить наиболее загрязненный район при помощи программных продуктов Arc GIS и и ERDAS Image.

 

 

РАЗДЕЛ 1

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

 

1.1 Общие характеристики ArcGIS

 

ArcGIS Desktop это три взаимосвязанные  базовые приложения: ArcMap, ArcCatalog и ArcToolbox. Их совместное использование  позволяет решать ГИС задачи любой сложности в области картографирования, управления данными, пространственного анализа, редактирования данных и их геообработки. Помимо этого, ArcGIS 9 посредством служб (сервисов) ArcIMS предоставляет доступ к любым пространственным данным и ресурсам, представленным в Интернет. [4]

ArcGIS Desktop это полнофункциональная, интегрированная, масштабируемая система, разработанная для самого широкого  круга пользователей ГИС.

 

1.1.1 ArcMap, ArcCatalog и ArcToolbox

 

ArcMap, ArcCatalog и ArcToolbox разработаны для совместного использования при решении разных ГИС задач. Например, в ArcCatalog можно найти документ карты, затем открыть его в ArcMap, дважды щелкнув на нем в Каталоге. Далее можно внести в него изменения с помощью инструментов среды редактирования ArcMap.

1) ArcCatalog

Приложение ArcCatalog поможет структурировать и управлять всеми данными вашей ГИС.

Оно предоставляет инструменты для поиска и просмотра географических данных, создания и просмотра метаданных, быстрого просмотра любого набора данных, а также инструменты для структурирования географических данных. Можно обращаться к данным, размещенным на других машинах, используя соединения с базами данных в ArcCatalog. Выбрав нужные данные, можно просто перетащить их и поместить в виде слоя в окно ArcMap. Можно также перетаскивать данные из ArcCatalog в окна инструментов ArcToolbox.

2) ArcToolbox

ArcToolbox это простое приложение, содержащее множество инструментов  обработки геоданных (конвертация, проецирование, геообработка данных, оверлейный анализ, организация многолистных карт…). Есть две версии ArcToolbox: полная версия входит в ArcInfo (более 150 инструментов), облегченная - в ArcView и ArcEditor (20 наиболее часто используемых инструментов конвертации и управления данными). После создания новых географических данных с помощью этих трех приложений, можно ввести описание (метаданные) для этих данных при помощи ArcCatalog.

 

1.1.2 Совместимые форматы данных

 

Один из базовых принципов ArcGIS - возможность работать со всеми вашими данными, хранящимися в файлах и в СУБД, а также с сервисами ArcIMS. ArcMap и ArcCatalog позволяют работать с широким спектром источников данных. Можно просматривать эти данные и организовывать их в ArcCatalog, создавать для них метаданные и управлять ими, искать источники данных по их содержимому. В ArcMap можно создавать слои карт на основе этих источников. Можно также формировать запросы на выборку данных, перепроецировать карты «на лету», реляционно соединять таблицы и анализировать карты, основанные на этих источниках данных.

Одной из наиболее важных функций является возможность работы в ArcMap и ArcCatalog с сервисами (службами)ArcIMS так же, как с любыми другими источниками данных вашей ГИС. Это выводит ArcMap в новый мир Интернет ГИС. То есть, в ArcMap можно выполнять любые картографические и аналитические операции над источниками данных, доступными через ArcIMS.

ArcView, ArcEditor и ArcInfo могут работать  с данными в разных форматах (Персональная база геоданных, Набор  данных САПР, Покрытия, Шейп файлы, Таблицы DBF, Растры, TIN, Чертежи САПР, Таблицы DAT), подключаться к реляционным базам данных через ArcSDE и web-сайтам ArcIMS, включая новый Metadata Server.

 

1.1.3 Расширение функциональности ArcGIS Desktop

 

Настольное географическое программное обеспечение ArcGIS Desktop 9.2 предоставляет ГИС-специалистам широкий набор возможностей. Используя все приложения ArcGIS Desktop, в совокупности с набором инструментов ArcToolbox и ModelBuilder ГИС-специалисту доступен целый перечень функциональных возможностей, включая картопостроение, пространственный анализ, управление данными, визуализацию и геообработку.

Однако каждый пользователь ГИС решает и свои специфические задачи, которые не могут покрываться возможностями приложения общего назначения. Для таких случаев компания ESRI предусмотрела возможность разработки пользовательских приложений для ArcGIS Desktop. Разработка приложений для ArcGIS Desktop обеспечивает конечным пользователям высокий уровень удобства и производительности при выполнении специфических ГИС-операций.

Возможными способами расширения функциональности ArcGIS Desktop являются:

1) Формирование моделей  геообработки (geoprocessing models and scripts), создание  инструментов ToolBox.

2) Написание макросов  в интегрированной среде Visual Basic for Applications (VBA).

3) Разработка компонентов  на основе COM-технологии во внешней  среде разработки.

Инструменты ToolBox написаны на языке Python, при знании которого существующие инструменты можно модифицировать (правда, код не всех инструментов открыт) или создавать новые. Код на языке Python, реализующий один из стандартных инструментов ToolBox.[2]

На основе инструментов ToolBox могут строиться модели геообработки, автоматизирующие некоторую последовательность выполнения инструментов. Это удобно, когда нужно выполнить некоторый набор преобразований над набором схожих по структуре данных.

Для построения моделей геообработки, мониторинга загрязнений, вычисления количества городов, зон бедствий предусмотрен конструктор.

 

1.2 ERDAS IMAGINE

 

1.2.1 Полнофункциональная система для работы с аэро- и космическими снимками

 

Быстро растущие информационные запросы современного общества диктуют потребность в адекватных средствах получения и обработки необходимых данных. Это обусловило развитие многих направлений индустрии программного обеспечения, в частности, систем обработки аэрокосмической информации. Первую скрипку в этой партии играет компания ERDAS Inc., которая с 1978 года обеспечивает тысячи пользователей мощным программным обеспечением для растровых геоинформационных систем и обработки изображений. Правофланговый в линии программных продуктов компании - пакет ERDAS Imagine - полнофункциональная система, созданная для решения прикладных задач сегодня и завтра.[5]

 

1.2.2 Основные возможности системы

 

1.2.2.1 Визуализация графической информации

 

Система ERDAS Imagine Production позволяет просматривать большие площади, покрытые целой серией снимков (базой данных снимков!), одновременно анализировать растровую и векторную информацию и создавать информативные и профессионально оформленные карты с помощью.

Понятный графический интерфейс и мощные средства обработки пространственно распределенной информации обеспечивают полнофункциональную среду для решения широкого спектра прикладных задач. Графически связанные окна просмотра (окна Viewer'а) позволяют одновременно отображать и проводить анализ и различные преобразования такой информации как космические снимки, аэроснимки, тематические слои растровой ГИС, векторные карты, текстовые аннотации и элементы оформления. Специальный формат обеспечивает быстрый вывод больших графических файлов с высоким разрешением. Контекстно-зависимая подсказка, организованная в гипертекстовую help-систему, а также обширные и хорошо написанные печатные руководства должным образом обеспечивают "тыл".

 

1.2.2.2 Быстрый доступ к информации

 

С помощью ERDAS Imagine можно быстро получить доступ к самой разнообразной информации, что дает неограниченные возможности для анализа и управления географическими базами данных. Имеющимися средствами можно получить информацию, как по территориальному объекту, так и значение каждого пикселя изображения и связанную с ним дополнительную информации, использовать различные средства и возможности визуализации, в частности, масштабирование.

Разнообразные средства для улучшения изображения и методы классификации для выделения объектов и комплексного районирования территорий входят в ERDAS Imagine. Он предоставляет самый полный набор средств для улучшения изображения, повышения его читаемости и информативности, составления карт землепользования и выделения объектов с применением методов автоматической классификации, выявления изменений, происшедших с течением времени на какой-либо территории, для различных военных применений и т.д.

Самые сложные преобразования могут производиться по нажатию кнопки меню: можно выделить зоны минерализации при поиске месторождений полезных ископаемых, другие интересующие объекты на изображении, уменьшить число спектральных диапазонов в изображении с минимальной потерей информации, выделить границы зон с разными характеристиками изображения, удалить (отфильтровать) имеющиеся "шумы", выделив только полезную, интересующую нас в данный момент информацию. Можно производить все эти операции либо на всем изображении, либо на любой произвольной его части. Результаты преобразования направляются непосредственно в окно вывода (Viewer).

Имеющиеся в ERDAS Imagine программы классификации, позволяющие строить по данным дистанционного зондирования карты типов землепользования, ландшафтные и другие тематические карты, позволяет лицам, занимающимся управлением природными ресурсами, планированием развития, операциями с недвижимостью, быстро обновлять информацию в своих базах данных. Вы можете получить полную информацию для своих баз данных из данных дистанционного зондирования и фиксировать изменения, происшедшие на определенной территории, комбинируя результаты классификации, произведенные по разновременным снимкам.

ERDAS Imagine позволяет делать  графическое моделирование, основанное на операциях с тематическими слоями и спектральными диапазонами в изображении.

Быстрые и простые в использовании ("на одной кнопке") операции позволяют создавать или анализировать графические модели для задач мониторинга и выявления изменений, обнаружения и оценки ущерба, причиненного природной среде (а также прогнозировать возможный ущерб), оптимально выбирать места для размещения предприятий и многое другое.

В модуле пространственного моделирования (Spatial Modeller), традиционных для геоинформационнных систем функции, такие как анализ соседства и пространственной близости, выбор подмножеств и слияние разнородных данных, выполняется очень быстро, а запускаются очень просто с помощью графического меню с кнопками.

ERDAS Imagine позволяет создавать  модель, используя специальный графический редактор алгоритмов.