Тема 2. Геоанализ и моделирование Занятие №

Тема 2. Геоанализ и моделирование Занятие № 4. Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования

Цель занятия: студент должен получить представление об общих аналитических операциях и методах пространственно-временного моделирования в ГИС.

ПЛАН ЛЕКЦИИ Ведение 1. Функции ГИС. 2. Характеристики основных функций пространственного анализа. 3. Создание моделей поверхностей. 4. Заключение.

Список литературы 1. Капралов Е. Г. Основы геоинформатики. В двух книгах / Е. Г. Капралов, А. В. Кошкарев, В. А. Тикунов / Под ред. В. С. Тикунова. – М. : Академия, 2004. Книга 1, гл. 5. § 5. 1.

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ 1. Основные операции пространственного анализа в ГИС 2. Представление и моделирование поверхностей в ГИС.

ВВЕДЕНИЕ Любая ГИС имеет средства, предназначенные для выполнения пространственного анализа и решения специфических задач пользователя. Сегодня вы познакомитесь с основными функциями пространственного анализа в ГИС.

1. Функции ГИС Существует набор функций, общий для всех ГИС: - организация выбора объектов по определённым условиям, - редактирование структуры и информации в базах данных,

- картографическая визуализация, - картометрические, - построение буферных зон, - анализ наложений, - сетевой анализ.

Также существуют функции, поддерживаемые многими ГИС: - кластеризация и классификация, - построение изолиний, - проверка статистических зависимостей (факторный и корреляционный анализ), - геометрические и проекционные преобразования геометрических данных.

Пространственный анализ обычно проводится с целью выявления: - закономерностей в структуре или особенностей распределения объектов, а также их характеристик в пространстве, - наличия и вида взаимосвязей в пространственном распределении нескольких классов объектов или отдельных характеристик,

- тенденций развития явлений в пространстве и во времени, - выбора решения с учётом пространственных характеристик объектов.

В ГИС применяются два основных подхода к описанию пространства: при первом пространство структурируется, т. е. выделяются объекты, определяется их локализация в пространстве.

При втором - всё изучаемое пространство представляется множеством ячеек заданного размера и формы, в которых определены усреднённые параметры, соответствующие этой области пространства. В этом случае объекты не существуют.

Говоря о характеристиках объектов или точек пространства, необходимо иметь ввиду, что их можно разделить на количественные и качественные (холм высокий, холм высотой 454 м над уровнем моря).

Качественные характеристики можно сравнивать в номинальной и ранговой шкалах (хвойный, лиственный или смешанный лес, лес густой, парковый, легкопроходимый). Количественные измерения проводят с помощью шкал, имеющих цену деления, выраженную в единицах соответствующего эталона, и выбранное начало отсчёта (нулевое значение).

2. Характеристики основных функций пространственного анализа A. Агрегирование данных Данная функция состоит в объединении, обобщении объектов, сгруппированных по различным критериям.

Первый способ группировки – объединение объектов одного слоя, принадлежащих полигональным объектам другого слоя. При втором способе группировки объединение происходит по равенству значений определённого атрибута.

Например, в Map. Info из агрегированных объектов могут быть созданы новые типы объектов, такие как группы точек (точечные объекты, например, населенные пункты области, страны и т. п. ) и коллекции (объекты различных типов на разных слоях (напр. объекты гидрографии какоголибо региона). За счёт агрегирования создаются тематические карты.

B. Формирование и редактирование пространственных данных В различных ГИС реализуются разные операции ввода и редактирования данных.

Например, в системе Arc View GIS (топологическая векторная модель): разбиение полигонов линиями, слияние полигонов, создание полигонов с дырками, занимаемыми другими полигонами, удаление области перекрытия между полигонами, получение пересечения полигонов.

В системе Map. Info (нетопологическая векторная модель данных) имеются функции редактирования, позволяющие создавать топологически корректные структуры (без самопересечений, пустот, перекрытий между полигонами и т. п. ). Участки перекрытия, пустоты присоединяются к большему по площади полигону.

C. Геокодирование Геокодирование заключается в привязке к карте объектов, расположение которых в пространстве задается сведениями из таблиц баз данных. Информация о позиционировании объектов может быть задана различными способами:

- географическими или прямоугольными координатами, адресом объектов в адресной системе урбанизированных территорий, - расстоянием от начала линейных маршрутов.

Для отображения точечных объектов на карте Map. Info может импортировать следующие форматы файлов, содержащие геоинформацию: MIF (Map. Info Interchange Format) формат обмена Map. Info, DFX формат обмена графикой и данными, используемый системой Auto. CAD и другими системами САПР (CAD),

MBI (Map. Info Boundary Interchange), это ASCII – файл программы Map. Info для DOS, хранящий данные о границах регионов, MMI (Map. Info Map Interchange), формат обмена программы Map. Info для DOS, используемый для описания карт улиц, IMG формат графических файлов программы Map. Info для DOS.

D. Построение буферных зон Буферная зона - полигон, границы которого отстоят на определенное расстояние от границ исходных объектов. Примеры: зоны отчуждения вдоль автомобильных и железных дорог; высоковольтных линий электропередач; нефте- и газопроводов, санитарно-защитные зоны вокруг предприятий; водоохранная зона; приграничные территории.

В ряде ГИС имеется Мастер построения буферных зон, позволяющий по заданным параметрам построить их на карте.

E. Оверлейные операции Сущность этого способа анализа множества разнотипных по характеру локализации объектов состоит в наложении двух или более разноимённых слоёв с генерацией производных объектов, возникающих при их геометрическом наложении.

F. Сетевой анализ используется для решения различных задач на пространственных сетях связанных линейных объектов (речная, дорожная, трубопроводная, электрическая и др. сети).

Сеть состоит из линий, которые могут иметь не более двух общих точек с другими линиями (начало и конец). Точка соединения называется узлом. Могут быть и иные представления сети, например, короткую толстую трубу водопровода с отходящими тонкими трубами удобно трактовать как узел.

Математически сети описываются теорией графов, а решение сетевых задач даёт линейное программирование. Обычно функции сетевого анализа реализуются в добавленных к ГИС модулях.

Например, в системе Arc View GIS используется модуль Network Analyst, способный решать задачи: поиска ближайшего пункта обслуживания, разработки кратчайшего маршрута, разработки маршрутного листа передвижения между двумя пунктами, определения зон обслуживания (зон доступа), диспетчерского контроля и управления движением нескольких транспортных средств, например такси.

Положение объектов определяется с помощью приёмников систем глобального позиционирования.

G. Картометрические функции В большинстве ГИС реализованы картометрические функции расчета: площадей, длин, периметров, площадей реальных поверхностей, объемов фигур, заключенных между поверхностями, а также и функции вычисления вторичных характеристик поверхностей: углов наклона, крутизны склонов, зон видимости и т. д.

H. Зонирование Основное назначение данной функции - построение новых объектов (зон), т. е. участков территорий, однородных по выбранному критерию или группе критериев. Границы таких зон могут совпасть с ранее выделенными площадными объектами (полигонами), но могут строиться в результате различных видов моделирования.

В качестве примеров задач зонирования можно отметить: выделение зон плохой проходимости в горной или лесной местности, зон пониженных температур, зон транспортных пробок, зон экологического риска, зонирование урбанизированных территорий по транспортной доступности, построение зон обслуживания поликлиник и т. п.

3. Создание моделей поверхностей На карте рельеф показан с помощью горизонталей, однако ГИС позволяет построить его объемные модели. Более того, ГИС позволяют моделировать воображаемые поверхности, построенные по нескольким показателям, например плотность дорожной сети.

В Mapinfo 5. 5 имеется модуль для анализа и трёхмерного отображения данных «Поверхность» , который позволяет: - строить поверхности по триангуляционной сети, - строить изолинии по поверхностям, - визуализировать данные о значениях в узлах поверхностей,

- отсекать часть поверхности, - выполнять арифметические действия с поверхностями, - строить профили по поверхностям, - рассчитывать зоны прямой видимости из точки наблюдения и в точку наблюдения, - выполнять трёхмерную визуализацию поверхности.

В данном модуле имеются следующие функции настройки вида поверхности: выбор масштаба, угла наклона, способа отрисовки (сеточная модель, отмывка, рендеринг, настройка цвета), свойств отображения (коэффициентов рассеивания, отражения и прозрачности, определения точки фокуса, точки наблюдения и угла для отображения поверхности в

В рассматриваемом модуле для анализа и трёхмерного отображения данных Mapinfo 5. 5 «Поверхность» также имеется функция арифметических операций с поверхностями, позволяющая выполнять арифметические операции над таблицами типа поверхность.

Мы рассмотрели функции модуля для анализа и трёхмерного отображения данных Mapinfo 5. 5 «Поверхность» . Аналогичные модули имеются в системах Arc View GIS, Geo Media Professional.

З А К Л Ю Ч Е Н И Е На занятии вы - познакомились с функциями ГИС; - узнали о характеристиках основных функций пространственного анализа; - познакомились с основными функциями модулей ГИС, предназначенных для создания моделей поверхностей.

- познакомились с наиболее распространёнными логическими структурами (моделями) баз данных; - получили представление о функциях и структуре систем управления базами данных.