Понятие о геоинформационных системах, их структуре и их назначении

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «Геодезии»

Контрольная работа

Предмет: «Фотограмметрия»

Преподаватель: __________

Студент: гр. ЗУЗ-11 IV курс

Пестрячёв М. А.

Нижний Новгород, 2012

Тема: Понятие о геоинформационных системах, их структуре и их назначении.

     Геоинформационная система предназначена для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Термин также используется в более узком смысле — ГИС как инструмент (программный продукт), позволяющий пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.

ГИС включают в себя возможности cистем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях.

По территориальному охвату различают глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS).

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), ГИС недропользователя, горно-геологические ГИС, природоохранные ГИС (environmental GIS) и т. п.; среди них особое наименование, как особо широко распространённые, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Представление данных ГИС.

      Данные в ГИС описывают реальные объекты, такие как дороги, здания, водоемы, лесные массивы. Реальные объекты можно разделить на две абстрактные категории: дискретные (дома, территориальные зоны) и непрерывные (рельеф, уровень осадков, среднегодовая температура). Для представления этих двух категорий объектов используются векторные и растровые данные.

Растровые данные

Растровые данные хранятся в виде наборов величин, упорядоченных в форме прямоугольной сетки. Ячейки этой сетки называются пикселями. Наиболее распространенным способом получения растровых данных о поверхности Земли является дистанционное зондирование, проводимое при помощи спутников. Хранение растровых данных может осуществляться в графических форматах, например TIF или JPEG, или в бинарном виде в базах данных.

Векторные данные

Наиболее распространенными типами векторных объектов являются:

Точки

Используются для обозначения географических объектов, для которых важно местоположение, а не их форма или размеры. Возможность обозначения объекта точкой зависит от масштаба карты. В то время как на карте мира города целесообразно обозначать точечными объектами, то на карте города сам город представляется в виде множества объектов. В ГИС точечный объект изображается в виде некоторой геометрической фигуры небольших размеров (квадратик, кружок, крестик), либо пиктограммой, передающей тип реального объекта.

Полилинии

Служат для изображения линейных объектов. Полилиния — ломаная линия, составленная из отрезков прямых. Полилиниями изображаются дороги, железнодорожные пути, реки, улицы, водопровод. Допустимость изображения объектов полилиниями также зависит от масштаба карты. Например, крупная река в масштабах континента вполне может изображаться линейным объектом, тогда как уже в масштабах города требуется её изображение площадным объектом. Характеристикой линейного объекта является длина.

Многоугольники (полигоны)

Служат для обозначения площадных объектов с четкими границами. Примерами могут служить озера, парки, здания, страны, континенты. Характеризуются площадью и длиной периметра.

В ГИС к векторным объектам могут быть привязаны семантические данные. К примеру, на карте территориального зонирования к площадным объектам, представляющим зоны, может быть привязана характеристика типа зоны. Структуру и типы данных определяет пользователь. На основе численных значений, присвоенных векторным объектам на карте, может строиться тематическая карта, на которой эти значения обозначены цветами в соответствии с цветовой шкалой, либо окружностями разного размера.

Векторные данные также могут описывать непрерывные поля величин. Поля при этом изображаются в виде изолиний или контурных линий. Одним из способов представления рельефа является нерегулярная триангуляционная сетка (TIN, triangulated irregular networks). Такая сетка формируется множеством точек с привязанными значениями (в данном случае высота). Значения в произвольной точке внутри сетки получаются путем интерполяции значений в узлах треугольника, в который попадает эта точка.

Векторные данные обычно имеют гораздо меньший размер, чем растровые. Их легко трансформировать и проводить над ними бинарные операции. Векторные данные позволяют проводить различные типы пространственного анализа, к примеру поиск кратчайшего пути в дорожной сети.

Структура ГИС

Данные (пространственные данные):

позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности.

непозиционные (атрибутивные): описательные.

Аппаратное обеспечение (ЭВМ, сети, накопители, сканер, дигитайзеры и т. д.).

Программное обеспечение (ПО).

Технологии (методы, порядок действий и т. д.).

Вопросы, на которые может ответить ГИС

Что находится в…? (определяется место).

Где это находится? (пространственный анализ).

Что изменилось начиная с…? (определить временные изменения на определенной площади).

Какие пространственные структуры существуют?

Что если? (моделирование, что произойдет, если добавить новую дорогу).

                                              Литература

Журкин И. Г., Шайтура С. В. Геоинформационные системы. — Москва: КУДИЦ-ПРЕСС, 2009.

Браун Л. А. История географических карт. Москва: Центрполиграф, 2006.

[История ГИС от древности до ХХ века].

Задача 1. Построение перспективы заданных элементов в предметной плоскости

Изучение методики построения основных плоскостей, линий и точек пространственного чертежа по заданным элементам центральной проекции (α, So, SN).

Исходные данные:

1.      Элементы центральной проекции

α =60° (угол наклона картинной проекции P1 отсчитываемый против хода часовой стрелки от положительного направления проекции главного вертикала VV, или угол с вершиной в точке S отклонения оптической оси So от отвесной линии SN? Отсчитываемый против хода часовой стрелки от отвесной линии).

2.      Координаты концов отрезка АВ, точки К и отвесной линии DD`, заданные в предметной плоскости Е)

Порядок выполнения

1.  По заданным   элементам   центральной    проекции   (а, SN, So) построили пространственный чертеж

2.  По   координатам   точек   нанесли    в предметной   плоскости Е отрезок АВ, точку К и отвесную линию DD'.

3. Построили на позитивной картине Р пространственного чертежа перспективу точки К (k), отрезка прямой АВ  (ab) и отвесной линии DD' {dd').

При построении перспективы точки К использовали про­ектирующую плоскость Q1, расположенную параллельно проекции главной вертикали VV (направлению съемки).

Перспективу отрезка прямой АВ построили, используя про­ектирующую плоскость Q2, проходящую через точки А и В.

При построении перспективы отвесной линии DD' использо­вали точку надира п и ее проекцию N, т. е. вертикальную проектирующую плоскость Q3 (проходящую через отрезок DD').

Задача  2.   Построение перспективы сетки квадратов

Общие закономерности изменения формы перспективы плоских фигур и изменения масштаба их перспективного изо­бражения особенно наглядно можно проследить при построе­нии (перспективы сетки равных квадратов, в этом и состоит назначение задачи.

Исходные   данные:

1.  Элементы центральной проекции: iVo= 120 мм, iS=40 мм

2.Координаты точек А и В, заданные в предметной плос­кости Е и являющиеся вершинами одного квадрата из бес­конечной сетки равных квадратов

Порядок выполнения:

1.  По заданным элементам центральной   проекции    (iVo, iS) построили эпюр растяжения.

2.  Ограничили плоскости эпюра линиями с  ординатами y = ±60 мм и линией с абсциссой Х = ±60 мм.

3.  В предметной плоскости Е нанесли по координатам точ­ки А и В  и соединили их. Исполь­зуя отрезок АВ как сторону одного квадрата,   построили в пределах ограниченной предметной плоскости  (п. 2)    сетку равных квадратов.

4.  На позитивной картине Р построили перспективу сетки квадратов.

III. Решение 10 задач

Для решения задач использовали следующие формулы:

1/m = l/L=fk/H

δh= r*h/H=r*h/fk*m

1 задача