Создание электронной карты

Министерство высшего образования

ИАТЭ НИЯУ МИФИ

Кафедра информационных систем

 

 

 

 

 

 

Отчет по курсовой работе

 

«Создание электронной карты»

 

 

 

 

 

Выполнил:  
студент заочного факультета  
3 курса  группа ИС-Б-11-З  
Карпенко А.Г. 
 
Проверила:  
И.А.Пичугина

 

Понятие ГИС

 

Существует нескольких десятков определений геоинформационных систем, данных разными специалистами в области ГИС. Одним из них, наиболее полно отражающим концептуальную и функциональную сущность ГИС, является следующее: «ГИС – это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества».

Кратко ГИС можно определить как систему сбора, хранения, анализа и представления координатно-привязанной информации, одной из основных функций которой является создание и использование цифровых (электронных) карт.

Следует подчеркнуть два определяющих ГИС момента. Во-первых, ГИС имеют дело с географической информацией, тематически разнообразной, координированной, масштабированной и генерализованной в пространстве и времени; во-вторых, ГИС используют законы информатики – системы знаний, относящихся к производству, переработке, хранению и распространению всех видов информации в обществе, природе и технических устройствах.

Принадлежность компьютерной системы к ГИС определяется наличием у нее ряда обязательных признаков, к которым относятся:

– географическая (пространственная) привязка данных;

– генерирование новой информации на основе синтеза имеющихся

данных;

– отражение пространственно-временных связей объектов;

– возможность оперативного обновления баз данных;

– обеспечение поддержки принятия решений.

Термин ГИС допускает двоякое использование:

1) при обозначении  программных средств (ГИС-пакетов), обеспечивающих функционирование  ГИС как системы (например, ГИС ArcView, ArcGIS);

2) при названии  прикладных ГИС, направленных на  решение конкретных задач и  разработанных с использованием  того или иного ГИС-пакета (например, ГИС загрязненных районов Брянской  области).

Сегодня ГИС-технологии применяют практически повсеместно – будь то анализ таких глобальных проблем, как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы или решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи.

 

Преимущества ГИС-технологий состоят:

– в возможности интеграции огромного множества информации об окружающей среде;

– в обеспечении мощного аналитического инструментария для использования этих данных;

– в автоматизации процедур анализа и прогноза;

– в объединении традиционных операций работы с базами данных (запрос, статистический анализ) с преимуществами визуализации и пространственного анализа, предоставляемыми картой.

Области применения и задачи, решаемые с помощью ГИС.

Роль ГИС не ограничивается сбором, обработкой, хранением и передачей информации. ГИС стала одним из основных инструментов моделирования природных, хозяйственных и социальных процессов, изучения их связей и взаимодействий, прогнозирования развития в пространстве и времени, получения новой качественной и количественной информации, средством поддержки принятия решений управленческого характера и представления выводов. Поэтому области применения ГИС сегодня крайне разнообразны и включают:

– учет и использование земельных ресурсов;

– управление природными ресурсами (сельскохозяйственные угодья; леса; техногенно загрязненные территории);

– охрана окружающей среды;

– муниципальное управление (управление коммуникациями, размещение подземных труб и кабелей);

– транспорт;

– прокладка газо- и нефтепроводов;

– экономика;

– чрезвычайные ситуации;

– социальные задачи;

– бизнес.

Службам экстренного реагирования ГИС нужны для вычисления оптимальных маршрутов скорейшего достижения пунктов вызова. Военные могут использовать ГИС для планирования боевых операций и организации передвижения войск. В бизнесе ГИС используются для маркетинга товаров, создания списков рассылки на основе выбранных пространственных критериев. Компании по торговле недвижимостью используют ГИС для подбора свободных жилищ на основе критериев заказчика, таких как близость школ, доступ к скоростным магистралям. Академические дисциплины: география, геология, биология и экология имеют теперь возможность использовать эту технологию для разработки и проверки гипотез, относящихся к распределениям природных феноменов. Спектр возможных применений ГИС практически неограничен, а число и разнообразие пользователей ГИС стремительно растут.

ГИС-технологии помогают в решении различного рода практических задач: инвентаризационных, оценочных, динамических, прогнозных.

При решении инвентаризационных задач ГИС-технологии позволяют максимально эффективно использовать разные источники информации – полевые обследования, аэрокосмические снимки, географические карты.

Решение различного рода оценочных задач с использованием ГИС-технологий также становится более эффективным. Примером таких задач служат оценка качества сельскохозяйственных земель на основе совмещения карт ландшафтов и землепользования и использования балльной оценки типов ландшафта.

В основе решения динамических задач, направленных на изучение и картографирование изменений в природе, природопользовании, лежит сопоставление разновременных материалов: полученных в разные годы аэрокосмических снимков; карт, фиксирующих состояние исследуемого объекта на разные даты. При работе с такими материалами необходимым этапом является приведение их к геометрически сопоставимому виду – единому масштабу и проекции, что составляет важный элемент ГИС-технологии. После геометрического совмещения выполняется тематическое совмещение материалов.

Решение прогнозных задач направлено на выявление тенденций и темпов динамики процессов. Поэтому здесь ключевую роль играет интеграция ГИС и моделирования, в первую очередь, применение математико-картографического моделирования.

Типы ГИС

Географические информационные системы подразделяются на типы по проблемной ориентации, по предметной (объектной) ориентации и по территориальному охвату.

Проблемная ориентация ГИС определяется возлагаемыми на нее научными или прикладными задачами (инвентаризационные, кадастр, мониторинг, оценка и прогноз, управление и планирование). Примерами проблемно ориентированных ГИС являются земельные информационные системы (ЗИС), кадастровые (КИС), экологические (ЭГИС), учебные. Широкое распространение получили ГИС ресурсного типа, предназначенные для инвентаризации, оценки, охраны и рационального использования ресурсов, прогноза результатов их эксплуатации.

Предметная или объектная ориентация определяется объектами и явлениями, с которыми имеет дело ГИС (например, землеустройство, природные катастрофы, охрана природы, лесное хозяйство, население).

По территориальному охвату различают ГИС:

– глобальные, имеющие дело с информацией планетарного характера;

– субконтинентальные, обычно государственного характера, и океанов;

– региональные;

– локальные (городские или муниципальные ГИС, ГИС отдельных хозяйств или заповедников).

Основные понятия геоинформатики

Геоинформатика – наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий.

Таким образом, геоинформатика существует в трех ипостасях как наука, техника и производство, что достаточно типично в условиях научно-технического прогресса, сближающего науку и производство.

Как научная дисциплина геоинформатика изучает процессы и явления, происходящие в природных и социально-экономических геосистемах, посредством компьютерного моделирования на основе баз данных и баз знаний.

Предмет науки геоинформатики – это природные, общественные и природно-общественные геосистемы.

Главный метод и средство науки геоинформатики – компьютерное (цифровое) моделирование геосистемы.

Основные цели геоинформатики как науки – это управление геосистемами в широком понимании, включая их инвентаризацию, оценку, прогнозирование, оптимизацию и т.п.

С другой стороны, геоинформатика – это технология (ГИС-технология) сбора, хранения, преобразования, анализа, отображения и распространения пространственно-координированных данных.

Наконец, геоинформатика как производство (геоинформационная индустрия) – это изготовление аппаратуры, создание коммерческих программных продуктов и ГИС-оболочек, баз данных, систем управления, компьютерных систем, организация маркетинга. Ядро отрасли составляет разработка и продажа программных средств (продуктов) ГИС и выполнение ГИС-проектов, основанных на этих продуктах.

Таким образом, геоинформатика изучает и разрабатывает принципы, методы и технологии сбора, хранения, передачи, обработки и представления пространственных данных для получения на их основе новой информации и знаний о явлениях, происходящих в геосистемах.

Некоторые фундаментальные понятия ГИС

Геоинформационная система (ГИС) – система сбора, хранения, анализа и представления пространственных данных. Одной из основных функций ГИС является создание и использование цифровых (электронных) карт.

Пространственный объект – это цифровое представление объекта реальности, содержащее его местоположение и набор характеристик.

Пространственные данные – множество цифровых данных о пространственных объектах включающие сведения об их местоположении и свойствах.

Позиционная и атрибутивная составляющие пространственных данных. Пространственные данные состоят из взаимосвязанных позиционной и непозиционной (атрибутивной) составляющих. Позиционная составляющая описывает пространственное положение данных (положение, форму географических объектов и их топологию – пространственные взаимоотношения с другими объектами); а непозиционная – тематическое содержание данных (содержит атрибуты данных).

Связь между позиционной и непозиционной частью пространственных данных осуществляется посредством идентификатора – уникального номера, приписываемого пространственному объекту слоя. Объекты на карте можно отобразить, символизируя их согласно атрибутивной информации.

Растровое представление данных (растр) – цифровое представление пространственных объектов в виде двухмерного массива (матрицы) ячеек, каждая из которых имеет определенное значение. Это значение может представлять, например, тип почвы, высоту, землепользование, уклон и т.д. Растровые данные сильно зависят от шага (разрешения) регулярной сетки, в которой они записываются. Размер ячейки определяет точность растровых данных.

Векторное представление данных (векторная модель данных) - цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар.

Векторизация – автоматическое или полуавтоматическое преобразование (конвертирование) растрового представления пространственных объектов в векторное представление.

Типы векторных объектов

Точка (точечный объект) – 0-мерный объект, характеризуемый парой координат и ассоциированными с ним атрибутами. Точечный объект представляет объект, не имеющий на карте ни протяженности, ни площади. Совокупность точечных объектов образует точечный слой.

Линия (линейный объект) – одномерный объект, образованный последовательностью не менее двух точек с известными координатами. Линейный объект определяет объект на карте, который имеет протяженность, но не имеет площади. Совокупность линий образует линейный слой.

Полигон (полигональный объект) – 2-мерный (площадной) объект, ограниченный замкнутой линией; определяется набором пар координат, в котором первая и последняя пара координат совпадают. Совокупность полигонов образует полигональный слой.

Слой – совокупность однотипных (точечных, линейных или полигональных) пространственных объектов, относящихся к одной теме в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев.

 

 

По типу объектов различают точечные, линейные и полигональные слои. Послойное или многослойное представление является наиболее распространенным способом организации пространственных данных в ГИС.

Базовые элементы векторной модели данных:

• дуга – последовательность линейных сегментов, имеющая начало и конец в узлах;

• узел – начальная или конечная точка дуги;

 

 

• вершины – промежуточные точки вдоль дуги, определяющие ее форму;

• нормальный узел – узел, в котором соединяются более двух дуг;

• псевдоузел – узел, образованный соединением только двух дуг или замыканием на себя одной дуги;

 

• висячий узел – узел незамкнутой дуги, в котором она не соединяется ни с какой другой дугой.

 

 

Топология – математическая процедура для определения пространственных отношений между объектами (узлами, дугами, полигонами). При линейно-узловой топологии устанавливается, что дуги могут соединяться друг с другом только в узлах.

Отслеживая все дуги, которые встречаются в каком-нибудь узле, система знает, какие дуги соединяются друг с другом.

Шейп-файл – это векторный нетопологический формат хранения геометрической и атрибутивной информации о пространственных объектах, представленный как минимум тремя обязательными файлами:

− .shp – файл, который хранит геометрию объектов;