КАРТОГРАФИРОВАНИЕ

Получение пространственных данных

Лекция №1:

«Сущность и основные понятия геоинформатики»

1. Лисицкий Д.В. Основные принципы цифрового картографирования местности. М. Недра, 1988.

2. Капралов Е.Г., Кошкарев А.В. и др. Основы геоинформатики: в 2 кн. Учеб.пособие для студ. вузов; Под ред. Тикунова В.С.-М.; Издательский центр «Академия», 2004.-352 и 480 стр.

3. Карпик А.П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий: Монография. - Новосибирск: СГГА, 2004.-260с.

4. Классификатор топографической информации. М.: ГУГК СССР,

5. ГОСТ 28441 -90. Картография цифровая. Термины и определения. - М.; 1990.

6. ГОСТ Р 50828 -95. Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования. М.; 1995.

7. Берлянт А.М. Геоинформационное картографирование. М,: 1997

8. Жалковский Е.А., Халугин Е.И. и др. Цифровая картография и геоинформатика. Краткий терминологический словарь/ Под общей редакцией Е.А.,Жалковского. – М., «Картгеоцентр- Геодезиздат», 1999.- 46 с.

Вся история развития человечества подразделяется на 3 эпохи:

1. 6000 лет длилась сельскохозяйственная эпоха

2. 150 лет длилась эпоха промышленная (индустриальная)

3. На рубеже XX и XXI веков человечество вступило в

информационную эпоху

Это означает, что основным фактором развития человеческой цивилизации становятся информационные ресурсы , а

информация является неотъемлемой частью всех видов человеческой деятельности.

Важнейшей составляющей информации является геоинформация – пространственно-координированная информация об окружающем нас географическом пространстве.

В задачах территориального управления около 70% решений связаны с использованием геоинформации.

Вопросы получения и использования геоинформации базируются на

новом понятии – геоинформатика .

Определение геоинформатики

Геоинформатика произошла как средство анализа и исследований окружающей среды в географии и определяется в трех аспектах:

1. Как наука

2. Как информационная технология

3. Как производство (информационная индустрия)

Геоинформатика как наука :

«Научная дисциплина, изучающая природные

и социально-экономические геосистемы посредством

компьютерного моделирования

на основе баз данных и географических знаний»

Геоинформатика как

информационная технология:

«Технология сбора, обработки, накопления, хранения, преобразования, анализа и отображения пространственно- координированной информации»

Геоинформатика как

производство:

«Производственная деятельность по получению и переработке пространственно- координированной информации и подготовке пространственных решений, а также по созданию и эксплуатации геоинформационных систем и технологий»

Связь геоинформатики со смежными областями науки и производства

Геодезия Картография

География Геоинформатика Геоэкология

Дистанционное Информатика зондирование

Важнейшие особенности геоинформатики:

1. Однозначная идентификация объектов пространства с помощью координатной привязки

2. Моделирование всех объектов

пространства как точек, линий и площадей, абстрагируясь от их сущности

3. Математическая обработка

абстрактных объектов – точек, линий и площадей

Составные разделы геоинформатики

Геоинформационное картографирование

- создание пространственного информационного ресурса

ГИС-обработка - п ереработка пространственного ресурса в пространственные решения

Cлайд 1

Cлайд 2

Геоинформационные системы - это инструменты для обработки пространственной информации, обычно явно привязанной к некоторой части земной поверхности и используемые для управления ею.

Cлайд 3

ГИС имеют следующие подсистемы: Подсистема сбора данных, которая собирает и проводит предварительную обработку данных из различных источников. Эта х данных (например, от изолиний топографической карты к модели рельефа ГИС). 2. Подсистема хранения и выборки данных, организующая пространственные данные с целью их выборки, обновления и редактирования. 3. Подсистема манипуляции данными и анализа, которая выполняет различные задачи на основе этих данных, группирует и разделяет их, устанавливает параметры и ограничения и выполняет моделирующие функции. 4. Подсистема вывода, которая отображает всю базу данных или часть ее в табличной, диаграммной или картографической форме. Это определение позволяет легко сравнить современные компьютерные ГИС с традиционными бумажными картами, особенно если рассмотреть этапы картографического процесса

Cлайд 4

Cлайд 5

Структура ГИС 1 Данные (пространственные данные): позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности. непозиционные (атрибутивные): описательные. 2 Аппаратное обеспечение (ЭВМ, сети, накопители, сканер, дигитайзеры и т. д.). 3 Программное обеспечение (ПО). 4 Технологии (методы, порядок действий и т. д.).

Cлайд 6

Задачи, которые решает ГИС. ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняет пять процедур (задач) с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Сущность и основные понятия ГИС Геоинформационные системы (также ГИС) предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Другими словами ГИС - современная компьютерная технология для картографирования и анализа объектов реального мира, происходящих и прогнозируемых событий и явлений.

ГИС-система позволяет: определить какие объекты располагаются на заданной территории; определить местоположение объекта (пространственный анализ); дать анализ плотности распределения по территории какого-то явления(например плотность расселения); определить временные изменения на определенной площади); смоделировать, что произойдет при внесении изменений в расположение объектов (например, если добавить новую дорогу).

Классификация ГИС По территориальному охвату: глобальные ГИС; субконтинентальные ГИС; национальные ГИС; региональные ГИС; субрегиональные ГИС; локальные или местные ГИС. По уровню управления: федеральные ГИС; региональные ГИС; муниципальные ГИС; корпоративные ГИС. По функциональности: полнофункциональные; ГИС для просмотра данных; ГИС для ввода и обработки данных; специализированные ГИС. По предметной области: -картографические; -геологические; -городские или муниципальные ГИС; -природоохранные ГИС и т. п.

Области применения ГИС Управление земельными ресурсами, земельные кадастры. Инвентаризация, учет, планирование размещения объектов распределенной производственной инфраструктуры и управление ими. Проектирование, инженерные изыскания, планировка в строительстве, архитектуре. Тематическое картографирование. Управление наземным, воздушным и водным транспортом. Управление природными ресурсами, природоохранная деятельность и экология. Геология, минерально-сырьевые ресурсы, горнодобывающая промышленность Чрезвычайные ситуации. Военное дело. Решение широкого круга специфических задач, связанных с расчетом зон видимости, оптимальных маршрутов движения по пересеченной местности с учетом противодействия и т. п. Сельское хозяйство.

История ГИС Пионерский период (поздние 1950е ранние 1970е гг.) Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы. Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах. Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х. Создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров. Создание формальных методов пространственного анализа. Создание программных средств управления базами данных. Период государственных инициатив (нач. 1970е нач. 1980е гг.) Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям: Автоматизированные системы навигации. Системы вывоза городских отходов и мусора. Движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т. д. Период коммерческого развития (ранние 1980е настоящее время) Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных. Пользовательский период (поздние 1980е настоящее время) Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

Перспективы ГИС ГеоДизайн это эволюционный этап развития ГИС. Он очень важен для процесса планирования и развития территорий, особенно в сфере землепользования и охраны окружающей среды, но широко востребован и практически во всех других прикладных и научных областях. Будущее за ГИС-технологиями с элементами искусственного интеллекта на базе интеграции ГИС и экспертных систем. Преимущества такого симбиоза вполне очевидны: экспертная система будет содержать в себе знания эксперта в конкретной области и может использоваться как решающая или советующая система. Современный статус новых компьютерных геотехнологий определяется крупными государственными программами, зарубежными инвестициями, направленными на широкое использование аэрофотоснимков и космических снимков, цифровых карт, визуализации баз данных. Городская ГИС будущего будет позволять не только получать по запросу семантическую информацию об объектах на карте, но и прогнозировать развитие территории, позволять руководству города проигрывать варианты директивных решений, возможного строительства нового района города и т.п. При этом ГИС вместе с системой имитационного моделирования сможет показать градостроителям, как перераспределятся нагрузки в городских инженерных сетях, мощность транспортных потоков, как изменится цена объектов недвижимости в зависимости от проведения дополнительных магистралей или постройки нового торгового центра в том или ином районе.

Заключение В данный момент ГИС системы являются одними из самых быстро развивающихся и интересных в плане коммерциализаций, с их удобным пользовательским интерфейсом и огромным количеством содержавшейся в них информации делают их незаменимыми при всё ускоряющемся мире. На данный момент в России около 200 организации занимаются разработкой и внедрением ГИС систем, создание земельного кадастра позволит на основе его карт строить другие, предметно ориентированные карты и дополнять их соответствующим атрибутивным наполнением, что позволит нашим системам конкурировать с западными образцами. При большем развитии мобильного доступа в сеть через различные устройства Гис системы с применением спутниковых снимков в купе с трехмерным моделированием позволят даже заурядному пользователю безо всяких проблем ориентироваться на любой местности и получать от данных систем всю нужную информацию просто задав вопрос.

1 слайд

2 слайд

3 слайд

Географическая информационная система (ГИС) - это современная информационная технология для визуализации и анализа объектов реального мира, также событий, происходящих на нашей планете. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной 2D и 3D визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта.

4 слайд

В настоящее время ГИС - это многомиллионная индустрия, в которую вовлечены сотни тысяч людей во всем мире. ГИС изучают в школах, колледжах и университетах. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности - будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и 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.

5 слайд

Составные части ГИС Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.

6 слайд

Аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

7 слайд

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам.

8 слайд

Данные. Это вероятно наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных.

9 слайд

Исполнители. Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

10 слайд

Методы. Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

11 слайд

Задачи, которые решает ГИС ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняет пять процедур (задач) с данными - ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

12 слайд

Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо, при небольшом объеме работ, данные можно вводить с помощью дигитайзера. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.

13 слайд

Манипулирование. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи.

14 слайд

Управление. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД), то специальными компьютерными средствами для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, как ГИС, так и не ГИС приложениях.

15 слайд

Запрос и анализ. При наличии ГИС и географической информации Вы сможете получать ответы простые вопросы (Кто владелец данного земельного участка?) и более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы (Где есть места для строительства нового дома?). С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу “что будет, если…”. Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией. Он помогает ответить на вопросы типа: Сколько домов находится в пределах 100 м от этого водоема? Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о почвах, уклоне, растительности и землевладении со ставками земельного налога.

16 слайд

Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались на столетия. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками и таблицами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

17 слайд

Что ГИС могут сделать для Вас? Делать пространственные запросы и проводить анализ. Улучшить интеграцию внутри организации Принятие более обоснованных решений Создание карт

18 слайд

Делать пространственные запросы и проводить анализ. Способность ГИС проводить поиск в базах данных и осуществлять пространственные запросы позволила многим компаниях сэкономить миллионы долларов. ГИС помогает сократить время получения ответов на запросы клиентов; выявлять территории подходящие для требуемых мероприятий; выявлять взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью с/х культур); выявлять места разрывов электросетей. Риэлторы используют ГИС для поиска, к примеру, всех домов на определенной территории, имеющих шиферные крыши, три комнаты и 10-метровые кухни, а затем выдать более подробное описание этих строений. Запрос может быть уточнен введением дополнительных параметров, например стоимостных. Можно получить список всех домов, находящих на определенном расстоянии от определенной магистрали, лесопаркового массива или места работы.

19 слайд

Улучшить интеграцию внутри организации Многие применяющие ГИС организации обнаружили, что одно из основных ее преимуществ заключается в новых возможностях улучшения управления собственной организацией и ее ресурсами на основе географического объединения имеющихся данных и возможности их совместного использования и согласованной модификации разными подразделениями. Возможность совместного использования и постоянно наращиваемая и исправляемая разными структурными подразделениями база данных позволяет повысить эффективность работы, как каждого подразделения, так и организации в целом.

20 слайд

Принятие более обоснованных решений ГИС, как и другие информационные технологии, подтверждает известную поговорку о том, что лучшая информированность помогает принять лучшее решение. ГИС помогает, например, в решении таких задач, как предоставление разнообразной информации по запросам органов планирования, разрешение территориальных конфликтов и т. д. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффектный и эффективный.

21 слайд

Создание карт Картам в ГИС отведено особое место. Процесс создания карт в ГИС прост и гибок. Он начинается с создания базы данных. В качестве источника получения исходных данных можно пользоваться и оцифровкой обычных бумажных карт. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (без деления на отдельные листы и регионы) и не связанными с конкретным масштабом. На основе таких баз данных можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) на любую территорию, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее выделением и отображением требуемыми символами.

• Геоинформатика – наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по приложению ГИС для практических и научных целей.

Геоинформационная система (ГИС)-

это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и анализ пространственных (пространственно-координированных) данных.

Данные (пространственные данные):

• позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности, его координаты в выбранной системе координат;
• непозиционные (атрибутивные, или метаданные) - описательные текстовые, электронные документы, данные графического типа, включая фотографии объектов, трехмерные изображения объектов, видеоматериалы и т.д.

• ввод данных в машинную среду (data input) путем их импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью оцифровывания источников;
• преобразование или трансформация данных (data transformation), включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;
• хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;
• картометрические операции (см. картометрия), включая вычисление расстояний между объектами в проекции карты или на эллипсоиде, длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов;

• операции обработки данных геодезических измерений (COGO);
• операции оверлея (наложение);
• операции "картографической алгебры" (map algebra) для логико-арифметической обработки растрового слоя как единого целого;
• пространственный анализ (spatial analysis) - группа функций, обеспечивающих анализ размещения связей и иных пространственных отношений объектов, включая анализ зон видимости/невидимости, анализ соседства (см. анализ близости), анализ сетей, создание и обработку цифровых моделей рельефа, анализ объектов в пределах буферных зон и др.;

• пространственное моделирование или геомоделирование (spatial modeling, geo-modeling), включая операции, аналогичные используемым в математико-картографическом моделировании и картографическом методе исследования;
• визуализация исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки, включая картографическую визуализацию, проектирование и создание (генерацию) картографических и иных пространственных изображений, включая трехмерные;
• вывод данных (data output) - графической, табличной и текстовой документации, в том числе ее тиражирование, документирование, или генерацию отчетов (reporting);
• обслуживание процесса принятия решений (decision making)

• цифровая обработка изображений (данных дистанционного зондирования);
• средства экспертных систем;
• средства настройки на требования пользователя (customization);
• средства расширения функциональных возможностей ГИС:

• встроенные макроязыки (макросы); инструментарии разработчика (developer"s toolkit).
• встроенные макроязыки (макросы);
• инструментарии разработчика (developer"s toolkit).

• Каждому пространственному объекту соответствует запись в базе данных с набором атрибутивной информации
• ГИС хранит информацию в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения

Примеры слоев

• Населенные пункты
• Автомобильные дороги
• Железные дороги
• Гидротехнические сооружения (шлюзы, каналы, насосные станции, дамбы)
• Мосты
• Газопроводы
• Заповедные территории (местного, национального и международного значения)
• Сельхоз угодья (пашни, сады, виноградники, пастбища, рисовые чеки)
• Земли водного, лесного, природоохранного и с/х назначения
• Растительный покров (плавни, леса)
• Административное деление, государственная граница
• Водотоки (реки, протоки, малые реки)
• Водоемы (озера, рыбпруды и т.д.)
• Рельеф

Векторная и растровая модели данных

• В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y (в современных ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата). Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств (например, плотность населения).

Классы решаемых задач

• Информационно-справочные задачи
• Сетевые задачи

(Анализ географических сетей: улиц, рек, дорог, трубопроводов, линий электропередачи или связи и др.)

• Пространственный анализ и моделирование

Примеры запросов, на которые может ответить ГИС

• Получение информации по местоположению
• Определение местоположения по информации
• Временной анализ изменений объектов на территории
• Показать пространственные соотношения и взаимосвязи между объектами на заданной территории
• Что, если …?(анализ “what if”)

Сферы применения ГИС

• Кадастр
• Оперативные службы (МВД, МЧС..)
• Нефть и газ
• Транспорт
• Экология
• Лесное хозяйство
• Водные ресурсы
• Недропользование
• Сельское хозяйство
• Геодезия, картография, география
• Телекоммуникации
• Инженерные коммуникации
• Бизнес
• Торговля и услуги

• http :// www . geoportal . fr /
• http :// gki . com . ua