Сегодня: 11 | 05 | 2021

Лекция Гис Содержание и понятие

Лекция Гис Содержание и понятие

ГИС - географическая информационная система.

Географическая - подразумевает работу с пространственными объектами, положение которых описывается системой координат, т. е. для ГИС характерны методы присущи географической науке, которая изучает и представляет закономерности присущие природным и антропогенным объектам в пределах географической оболочки земли. Географическая оболочка земли включает : лито - ,гидро - , био - , атмосферы – пределы проникновения жизни.

Информационная - как такого определения не существует. Это совокупность данных и знаний, которые подлежат обработке и представлению. С точки зрения ГИС особым видом информации является знание, определенным образом упорядоченных данных и предписаний по их использованию.

Система - определенным образом упорядоченная совокупность компонентов, образующих функциональное целое. Целостность - универсальное свойство системы, функциональное - значит предназначено для чего-то. Назначение ГИС - работа с пространственной информацией.

История становления ГИС

Первый этап развития ГИС 60-ые г. 20в.. в недрах Пентагона США и СССР ВПК (военно-промышленный комплекс) зарождаются основы цифровой картографии, система создания картографических данных на основе использования компьютерных технологий - исследования носят закрытый характер. Информация накапливается, разрабатываются способы ее обработки в компьютерных системах и способы представления, визуализации.

Второй этап середина 70-ых г. 20в. Это первые опыты использования ГИС для решения хозяйственных нужд. Первыми использовали ГИС лесники. Он первыми внедрили ГИС для учета и планирования лесотехнических работ. После этого началось внедрение ГИС в другие отрасли. В первую очередь в политику, потом и в землеустройство. Характерные черты развития ГИС на этом этапе:

-техника начинает развиваться,

-относительная недоступность вычислительной техники, ее было мало,

-низкий уровень быстродействия,

-отсутствие специалистов в области информационной технологии.

Третий этап 70-90-ые г. интенсивное внедрение ГИС и формирование рынка геоинформационной системы услуг. MicrStation - первая фирма, Gazerite - вторая фирма

Характерно внедрение Гис в сферу управления территориального развития передовых стран Европы и Азии, начал формироваться потребитель ГИС. В этот период компьютеры стали доступнее, возрастает быстродействие вычислительных систем, возрастает объем памяти при компактных размерах компьютера.

Четвертый этап начало 90-ых г. ГИС - бум. Причины «бума» : удешевление компьютеров, формирование грамотного потребителя, большого количества специалистов, увеличение объемов памяти.

Рынок ГИС – динамичный, живой, активный.

ГИС

ГИС - это совокупность данных ,техники, вычислительных средств и человеческих ресурсов, предназначенных для сбора, хранения, обработки, моделирования и представления пространственных и непространственных данных.

ГИС - эвристика –математическая система, предназначенная для сбора, хранения, анализа моделирования и представления пространственной и непространственной информации.

Эвристика - свойство человеческого сознания – догадка.

Компьютерная структура ГИС

1Ср. ввода. – исходные данные, которые вводятся с помощью средств ввода.

2.о(п) – оператор.

3.Ср. визуал - средства визуализации, представления информации.

4. Ср. коммуникации.

5.ИНТ-интерфейс

6.ПО-программное обеспечение

7СХО-сбор, обработка, хранение

А-анализ данных

8.М-моделирование, создание модели

9.БД - база данных

Данные для ГИС делятся на два отличительных класса информации:

-пространственные данные

-непространственные, атрибутивные данные.

Пространственные представляют положение объекта в пространстве и содержат описание пространственного положения в принятой системе координат (карты, космо-, фото-, аэро-снимки, видеоизображение, результаты непосредственных геодезических измерений в виде снимков, каталогов координат).

Непространственные (атрибутивные) данные содержат характеристику свойств субъектов, которые представляются обычно в табличной форме и может содержать любые виды данных (текст, числовые значения, фото-,видео—изображение, звуковые данные).

Средства ввода информации

Для пространственной информации средством ввода является:

1.вычислительные системы электронно-оптических и электронных приборов.

2.сканирующие устройства (ручные, барабанные, планшетные сканеры) цифровые фото и видео материалы.

Для атрибутивной информации средства ввода:

1.мышка, клавиатура

2.Переносные запоминающие устройства - DVD, flash-карты

3.внешние компьютерные системы находящиеся в сети.

Общие требования к исходным данным

1. Достоверность, т. е. соответствие объективной реальности пространственного положения объекта на данный момент времени.

2. Доброкачественность - отсутствие преднамеренных и непреднамеренных искажений.

3. 3.Оперативность - разрыв между временным получением данных и вводом их в ГИС должен быть минимальным.

Средства передачи

Пневматическая почта, почта, телефон, курьер, интернет и т. д.

Дигитайзер-цифра, точка действующая, цифровать.

Под поверхностью стола находится сетка, которая проводит электрический ток, толщина проводков 0,1мм)

Недостатки средств ввода информации:

Для фотоаппаратов:

1.искажение изображения,

2.ограниченные возможности увеличения изображения без потери качества.

Для видеокамер:

1------------

2------------

3.разрешение меньше, чем у фотоаппарата

Для дигитайзера:

1.точность передачи координат точки ограничено техническими особенностями дигитайзера.

2.индивидуальные особенности использования оператором(колебания руки ит. д.)

Самым предпочтительным средством ввода являются:

-каталоги координат с прибора,

-планшет и сканер.

Пользователи

Три вида пользователя ГИС:

1.операторы, обслуживающие ГИС

2.Заказчики,

3.консептуалисты.

1.Операторы:

-чайник - человек, который может выполнить поставленную задачу. Не владеет программой.

-пользователь - умеет установить, выполнять основные операции в данной программе.

-продвинутый пользователь- может воспользоваться приложением, отредактировать.

-гуру - создатель программы.

Порядок освоения программы

-Знакомство с интерфейсом,

-с поиска и проверки знакомых функций и символов

-изучение неизвестных функций с помощью помощника или справочных систем.

-выполнение пространственных задач(привыкание к интерфейсу)

2.Заказчик:

Его основная функция получение информации в удобном для себя виде, для принятия управленческого решения.

Главные свойства:

-заказчик дурак,

-четко не знает, что он хочет,

-он собственник денег.

3.Концептуалист.

Человек, который в состоянии перевести разговор между гуру и заказчиком.

Средства визуализации

Основной функцией ГИС является преобразование исходной информации получение на ее основе новой информации. Новая информация должна быть представлена:

-экранная, мониторная

-распечатка, представление в аналоговом виде с помощью принтеров, плоттеров, факсов. Предпочтение отдается струйным принтерам и плоттерам.

-мультимедийная, видео.

Средства обмена информации, коммуникации

Проводные и беспроводные сети.

Основные требования к железу(техническое обеспечение):

-максимальный обьем оперативной памяти,

- скорость процессора максимальная,

-объем жесткого диска максимальный,

-жидко - кристаллический дисплей не менее 19 дюймов.

Рабочее место для работы с ГИС

Системный блок, монитор, мышь, клавиатура, планшетный санер, формата не менее А3, принтер цветной формата Аз. Компьютерная сеть, наличие интернета.

Интерфейс

Интерфейс пользователя – средство общения пользователя с компьютерной программой для обеспечения выполнения функций ГИС.

В связи с универсализацией ПО, в основном, все строится на Microsoft? Интерфейс пользователя имеет в основном стандартный вид:

1. панель задач

2. панель инструментов

3. рабочее окно

4.информационная панель.

Существуют различные типы интерфейсов

Основные требования к интерфейсу:

1.дружественный интерфейс( интуитивная понятность)

2.настраиваемость ( возможность изменения)

3.поддержка работы в режиме всплывающих окон

4.национальный, понятный язык.

5.наличие выпадающих меню.

Программное обеспечение

В целом ПО - совокупность программ системы обработки информации и программных документов необходимых при эксплуатации этих программ.

Два типа ПО:

-системное ПО (для запуска компьютера)

-прикладное ПО (ГИС)

Типы Программ

1.полнофункциональные ГИС, т. е. выполняют все возможные операции

2.картографические программы- построение картографического материала.

3.картографические визуализаторы (просмотр, отсутствует редактирование)

4.информационно-справочные системы - только получает информацию, но не исследует.

5.полуфункциональные:

Модули - программные блоки ориентированы на конкретные функции и интегрируются в среду ПО.

5.1.конвентирование информации, т. е. преобразование формата

5.2.цифрование

5.3.векторизация

5.4.спутниковое позиционирование

5.5СУБД - система управления базой данных

5.6. обработка цифровых картографических изображений.

Тема. Виды компьютерной графики и их использование в ГИС.

Три основных вида:

Растровое, векторное, фрактальная

Растр

В растровой графике элементарной единицей является пиксель. Отличается удобством и высокой скоростью получения развитыми средствами обработки и ввода.

Все ПО по работе с растром предназначены для обработки его, а не для создания

Основным свойством растровой графики является разрешение - это свойство, позволяющее увеличивать изображение без потери качества, без пикселизации. Разрешение измеряется в точках на дюйм и определяется техническими возможностями средств для создания растрового изображения.

Зависимость между линейными размерами иллюстрации и размерами файла

Размер снимка разрешение размер файла

10х15 75dpi 380 kb

10x15 150dpi 1.5Mb

10x15 300dpi 6Mb

10x15 600dpi 24Mb

Построение модели в растровом изображении осуществляется путем кодировки основных цветов в каждой элементарной ячейки изображения – цветовое разрешение.

При кодировании цвета двумя байтами существует возможность передачи 65 536 High color – высокое разрешение,

Если отводится 3 байта – 16.5 млн. – True color

Наиболее распространенная модель кодировки является RGB, кодировка осуществляется цифрами - 0, -256

Для создания полиграфических объектов преобразуют модель СМУК, которая содержит черный цвет.

Основной недостаток растра:

1.ограниченные возможности разрешения или увеличения изображения без потри качества

2.большие объемы памяти занимаемые растром.

Основные используемые растровые изображения

-материалы дистанционного зондирования земли, полученные с помощью камер.

-преобразование в растр исходные аналоговые картографические материалы.

Фрактал

Основной элемент фрактальной графики является геометрическая фигура. С помощью математического моделирования производится автоматическая генерация изображения, т. е. его воссоздание.

Векторная графика

Основной вид графики используемый в ГИС. Основной элемент векторного изображения - точка, линия, полигон.

В векторной графике точка задается парой координат и имеет свойства физической точки.. Геодезическая точка размеров и измерений не имеет.

Линия имеет одно измерение- длину, частный случай дуги. Линия может быть в виде сегмента и в виде вектора.

Полигон имеет два измерения: периметр. Площадь, образуется совокупностью линий, начальная и конечная координата совпадает.

С помощью этих трех элементов передается все многообразие окружающей действительности в виде картографической цифровой модели.

Тема Функционирование ГИС

Подсистема ввода:

1.1табличные, текстовые данные

1.2 подсистема ввода геодезических данных, полевых данных.

1.3подсистема ввода цифровых картографических материалов.

1.4------аналоговых карт

1.5------данных ДЗЗ (дистанционного зондирования земли)

1.6------данных наземных автоматизированных измерительных систем.

ГИС:

База данных:

ВСК - блок ввода, сбора ,корректировки исходных данных

ХП - хранение и поиск информации

А - анализ, манипулирование

М - моделирование

П - представление данных ,визуализация

Вывод:

2.1 – отчеты (включая построения таблиц и графиков)

2.2- картографические материалы (обладающие свойствами картографической модели)

2.3- иллюстративные материалы, фото, рисунки, схемы.

2.4- данные для других цифровых баз данных.

ДГ - другие ГИС

П - потребитель информации.

ТП (З) – требования потребителя, задания для разработки ГИС.

Исходя из функциональной модели ГИС основные направления использования ГИС:

1. Создание информационно-справочных систем в том числе экспертных ( с элементами искусственного интеллекта)

2. Цифровое картографирование (автоматизация процессов создания картографических моделей)

3. Пространственный анализ для выявления закономерных связей, объектов, процессов природных, технических, социальных и других территориальных систем.

4. моделирование природных, природно-хозяйственных и социальных процессов.

5. Информационное обеспечение принятие решений в планировки, проектировании, управлении различных систем.

Прикладные аспекты использования ГИС

ГИС и цифровое картографирование

ГИС позволяет автоматизировать, ускорить рутинные, объединить технические работы сопровождающие производство картографической продукции. ГИС увеличивает точность, оперативность и расширяет возможности представления картографических материалов сохраняя основные характеристики карт или картографических материалов.

Свойства карты:

-метричность,

-масштабность

-проекция

-система отсчета высот

1. ГИС в состоянии обеспечить соотношение метричности при любом измерении масштаба и автоматизировать процедуру пересчета метрических характеристик из одной системы в другую.

2.Информативность

2.1содержательное соответствие

2.2абстрактность-отбор типичных характеристики и в генерализации изображения.

Генерализация - обобщение путем выделения главного характера картографируемых объектов.

2.3 Пространственно-временное подобие, геометрическое подобие – пропорциональное уменьшение объектов реальной действительности.

Временное подобие- изображаемые на карте объекты соответствуют объектам на данный момент времени.

2.4 избирательность и синтетичность обеспечиваются выбором наиболее существенной информации характеризующей состояние объекта.

3.Полнота передачи содержания – обычная карта ограничивается масштабом

4.точность:

4.1ошибка положения контуров относительно источников объектов.

4.2точность передачи размеров.

4.3точность обусловленная искажениями на первичном аналоговом источнике информации.

Основным качеством влияющим на качество ввода информации и на точность цифрования являются личностные качества оператора (физиологические, социальные).

5.Корректность внутренней структуры.

Внутренняя структура цифровой карты определяется кругом задач, которые ставятся при картографировании программным обеспечением цифровой карты. В ГИС внутренняя структура соответствует послойной организации информации, ее корректность обеспечивается полным пространственным соответствием объектов в различных слоях изображения. Кроме пространственного соответствия необходимо соблюдать топологическое соответствие элементов изображения и их взаимного положения.