Использование ГИС-технологий и создание ГИС прикладного назначения Лекция

Использование ГИС-технологий и создание ГИС прикладного назначения Лекция по курсу «Геоинформационные системы» Шавнина Юлия Николаевна, к. г. н. Курс "Геоинформационные системы"

Основная литература: ü Геоинформатика: Толковый словарь основных терминов / под ред. А. М. Берлянта, А. В. Кошкарева. – М. , 1999. – 204 с. ü Основы геоинформатики: учеб. пособие для студентов вузов: В 2 кн. / под ред. В. С. Тикунова. – М. : Академия, 2004. ü Геоинформатика: учебник для студ. высш. учеб. заведений: в 2 кн. / под ред. В. С. Тикунова. – 2 -е изд. , перераб. и доп. – М. : Академия, 2008. ü Лурье, И. К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков: учеб. пособие для вузов. – М. : КДУ, 2008. – 424 с. Курс "Геоинформационные системы" 2

Дополнительная литература: ü Гитис, В. Г. Основы пространственно-временного прогнозирования в геоинформатике / В. Г. Гитис, Б. В. Ермаков. – М. : ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 256 с. ü Трифонова, Т. А. Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в экологических исследованиях: учеб. пособие для вузов / Т. А. Трифонова, Н. В. Мищенко, А. Н. Краснощеков. – М. : Академический Проект, 2005. – 352 с. ü Пьянков, С. В. Использование геоинформационных систем и технологий при решении пространственных задач: Методическое пособие / С. В. Пьянков, А. В. Некрасов, Ю. Н. Шавнина. – Пермь, 2007. – 163 с. ü Сборник задач и упражнений по геоинформатике: учеб. пособие для студентов вузов / под ред. В. С. Тикунова. – 2 -е изд. , испр. и доп. – М. : Академия, 2009. – 512 с. Курс "Геоинформационные системы" 3

Периодические издания: Журналы: ü Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации ü Пространственные данные ü Управление развитием территории ü Геопрофи ü GIS Europe ü Геоинформатика Газеты: ü ГИСинфо/GISinfo ü Arc. Review Курс "Геоинформационные системы" 4

Ресурсы в Интернет: gis. psu. ru – ГИС центр ПГУ www. gisa. ru – Геоинформационный портал ГИС-Ассоциации www. esri. com – сайт компании «ESRI» (ESRI) www. dataplus. ru – сайт компании «DATA+» (ESRI) www. esti-map. ru – сайт компании «ESTI MAP» (Map. Info) www. mirkart. ru – интерактивные карты Курс "Геоинформационные системы" 5

План лекции: 1. Что такое ГИС? 2. Структура и функциональные возможности ГИС 3. Классификация ГИС 4. Примеры использования ГИС Курс "Геоинформационные системы" 6

Этапы развития ГИС • Пионерный период (60 -е – п. п. 70 -х гг XX в. ) Развитие работ, имеющих государственную поддержку 1963 -1971 гг. Канадская ГИС (CGIS) • Государственный период (70 -е –нач. 80 -х гг. XX в. ) Период шлифовки и доводки методики; Быстрый прогресс геоинформационных технологий в США • Коммерческо-профессиональный период (80 -е – нач. 90 -х) «Эпоха зрелости» - создание локальных и глобальных сетей, изменивших доступ к БД Появление самого популярного программного обеспечения ARC INFO • Массовый период (с 90 -х до наст. вр. ) Доступность ГИС для массового пользователя, развитие сетевых технологий и появление Интернета Курс "Геоинформационные системы" 7

Что такое ГИС? Система (от греч. systema – целое, составленное из частей, соединение) – это множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство – это группа взаимосвязанных элементов и процессов Информационная система (ИС) – это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи (вывода) информации Курс "Геоинформационные системы" 8

Что такое ГИС? Географическая информационная система (ГИС) – это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственнокоординированных данных, а также получение на их основе новой информации и знаний ü имеет дело с географической информацией ü использует законы информатики Курс "Геоинформационные системы" 9

Основные понятия ГИС Данные (от datum – факт) – зарегистрированные факты, описания явлений реального мира или идей Информация – одно из свойств предметов, явлений, процессов объективной действительности – отражает смысл, вкладываемый человеком в данные – содержит совокупность знаний о фактических данных и зависимостях между ними Знания – отражение семантических аспектов реального мира в мозгу человека или технической системе – интерпретация информации об окружающих объектах и явлениях Курс "Геоинформационные системы" 10

Основные понятия ГИС Пространственные данные – это цифровые данные об объектах реальности (местности, территории и т. п. ), в т. ч. описания объектов реальности, цифровые изображения, цифровые карты и т. п. Позиционные данные – положение географических объектов (или пространственная форма) в координатах двух- и трехмерного пространства Непозиционные данные – качественные и количественные характеристики пространственных объектов (атрибуты) Курс "Геоинформационные системы" 11

Основные понятия ГИС Пространственный объект – и объект реальности (местности, территории) – и его цифровое представление – цифровая модель объекта местности, содержащая информацию о его местоположении и свойствах Курс "Геоинформационные системы" 12

МОДЕЛИ : Концептуальные модели представления реальности а) Объектно-ориентированная модель представляет реальность дискретно, в виде отдельных объектов. Минусы: сложность определения границ объекта б) Сетевая модель представляет реальность в линейно-узловом или сетевом виде. Подходит для изучения связей между объектами (для изучения коммуникаций, трубопроводов, транспортных потоков, в гидрологии) в) Модель географических полей представляет реальность в виде полей непрерывного распространения. Предназначены для показа и исследования реальных и непрерывных географических распределений (температура, высота местности, тип почв и т. п. ) Курс "Геоинформационные системы" 13

Модели пространственных объектов • точка – объект имеющий положение в пространстве, но не имеющий длины (0 -мерный); • линия – объект, имеющий длину и состоящий из 2 х и более 0 -мерных объектов (1 -мерный); • область (полигон) – объект, имеющий длину и ширину, он ограничен минимум тремя 1 -мерными объектами (2 -мерный); • объемная фигура – объект, имеющий длину, ширину и высоту (глубину), он ограничен минимум четырьмя 2 мерными объектами (3 -мерный); • ячейка – объект или его часть, представленные элементом разбиения земной поверхности линиями регулярной сети (2 -мерный). Курс "Геоинформационные системы" 14

Модели пространственных данных - векторная модель – представление пространственных объектов набором координатных пар, описывающее «геометрию» объекта и их пространственную локализацию. - растровая модель – представление, заменяющее пространственные объекты и их непрерывные географические изменения совокупностью ячеек конечного размера – растром. - регулярно-ячеистые - квадротомические Курс "Геоинформационные системы" 15

Модели СУБД • иерархическая модель - записи данных образуют древовидную структуру, каждая запись связана только с одной записью, находящейся на более высоком уровне. • сетевые модели - каждая запись в каждом из узлов может быть связана с несколькими другими узлами. • реляционные модели - имеют табличную структуру. Строки таблицы соответствуют одной записи информации об объекте, а столбцы (поля) – содержат однотипные характеристики всех объектов. Курс "Геоинформационные системы" 16

Модели геопространства • предназначены для описания, анализа и объяснения пространственного положения, взаимосвязей взаимодействий объектов и процессов, и являются основанием каждой создаваемой ГИС. • используя методы геопространственного анализа и моделирования можно получить новую информацию, которая не отображена на карте в явном виде. Курс "Геоинформационные системы" 17

ГИС – интеграция пяти основных компонентов Специалисты Программное обеспечение Данные ГИС Оборудование Аналитические процедуры и методы Курс "Геоинформационные системы" 18

Функции ГИС Ввод Потребители Хранение Строения Запросы Улицы Анализ Отображение Вывод Курс "Геоинформационные системы" Реальность 19

Составные части ГИС Система управления графическими базами данных Система сбора Система ввода Система визуализации Система обработки и анализа Система вывода Система управления атрибутивными базами данных Курс "Геоинформационные системы" 20

Ввод данных Бумажные карты Координаты 480585. 5, 483194. 1, 485285. 8, 484327. 4, 483874. 7, 3769234. 6 3768432. 3 3768391. 2 3768565. 9 3769823. 0 Цифровые данные ГИСданные Курс "Геоинформационные системы" GPS 21

• База данных (БД) – совокупность данных, организованных по определенным правилам, устанавливающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными Хранение данных в БД обеспечивает централизованное управление, соблюдение стандартов, безопасность и целостность данных, сокращает избыточность и устраняет противоречивость данных Курс "Геоинформационные системы" 22

Хранение данных • Векторные форматы – Дискретное представление реальных явлений X, Y • Растровые форматы – Использование квадратных ячеек для моделирования явлений Реальное явление (Магистраль) Строки X, Y Столбцы Курс "Геоинформационные системы" 23

Представление объектов в векторном формате • Объекты реального мира абстрактно представляются тремя основными графическими формами Магазины Точки Улицы Линии Землепользования Области/Полигоны Курс "Геоинформационные системы" 24

Запросы • Идентификация отдельных объектов • Идентификация объектов по условию Округа с населением более 300, 000 Курс "Геоинформационные системы" 25

Анализ Какие участки расположены на расстоянии 50 футов от дороги? Близость Тип скважины Буровая Владелец Тип грунта Иванов Песок Наложение Сеть Курс "Геоинформационные системы" 26

Отображение Карты Диаграммы Отчеты Курс "Геоинформационные системы" 27

Вывод Интернет Бумажная карта ГИС данные Документ, проект Снимки, растры карта. mxd карта. jpg Курс "Геоинформационные системы" 28

Организация пространственных данных • ГИС работает с тематическими слоями пространственных данных • Сравнение различных слоев данных для нахождения результата Курс "Геоинформационные системы" 29

Классификация ГИС Геоинформационные системы Комплексные Землеустройство Глобальные Специализированные Охрана природы Субконтинентальные Природные ресурсы Национальные Сельское хозяйство Региональные Водопользование Субрегиональные Другие отрасли Локальные Инвентаризация Анализ Моделирование Мониторинг Управление Другие задачи. Курс "Геоинформационные системы" 30

Примеры использования ГИС Региональная гидрологическая ГИС «Бассейн Воткинского водохранилища» Площадь исследуемой территории: 184 000 км 2 Данные по 52 бассейнам рек и 25 метеостанциям Используемый масштабный ряд: 1: 25 000 - 1: 1 000 Программное обеспечение: Arc. View 3. 2 a; 3 DView; Spatial Analyst Курс "Геоинформационные системы" 31

Примеры использования ГИС Моделирование процесса зимней сработки Камского водохранилища Величина сработки, м - 6, 0 - линия уреза воды; - ледяной покров Курс "Геоинформационные системы" 32

Примеры использования ГИС Моделирование процесса зимней сработки Камского водохранилища Расчет морфометрических характеристик образовавшейся чаши Площадь, га Объем, м 3 Глубина, м: средняя максимальная Вероятное время образования - При горизонте сработки 6. 5 м 68, 75 1002177 1, 46 3, 25 Третья декада марта Координаты точки макс. глубины: 580 28‘ С. Ш. широта- 560 22‘ В. Д. долгота- Курс "Геоинформационные системы" 33

Примеры использования ГИС Мониторинг гидротехнических сооружений Моделирование пруда при НПУ, ФПУ площадь зеркала - 49, 05 га; средняя глубина - 1, 64 м; объем пруда - 788, 16 куб. м Определение источников загрязнения в водоохранной зоне пруда Курс "Геоинформационные системы" 34

Примеры использования ГИС в лесном хозяйстве Курс "Геоинформационные системы" Квартальная сеть Гослесфонда и Межхозлеса 35