Тематическое картографирование

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

1. Общие сведения о географических информационных системах

1.1 Понятияо географических информационных системах

Географическая информационная система или геоинформационная система (ГИС) - это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, анализ и отображение пространственных данных и связанных с ними непространственных, а также получение на их основе информации и знаний о географическом пространстве.

Считается, что географические или пространственные данные составляют более половины объема всей циркулирующей информации, используемой организациями, занимающимися разными видами деятельности, в которых необходим учет пространственного размещения объектов. ГИС ориентирована на обеспечение возможности принятия оптимальных управленческих решений на основе анализа пространственных данных.

Ключевыми словами в определении ГИС являются - анализ пространственных данных или пространственный анализ. ГИС может ответить на следующие вопросы:

Что находится в заданной области?

Где находится область, удовлетворяющая заданному набору условий?

Современные ГИС расширили использование карт за счет хранения графических данных в виде отдельных тематических слоев, а качественных и количественных характеристик составляющих их объектов в виде баз данных. Такая организация данных при наличии гибких механизмов управления ими, обеспечивает принципиально новые аналитические возможности.



1.2 «Данные», «информация», «знания» в геоинформационных системах

Конкретизируя термины "данные", "информация", "знания", применительно к оперированию ими в информационной системе, можно отметить, что, имея много общего, эти понятия различаются по своей сути.

Под данными понимается совокупность фактов, известных об объектах, либо результаты измерения этих объектов. Данные, используемые в ГИС, отличаются высокой степенью формализации. Данные - это как бы строительный элемент в процессе создания информации, поскольку она получается в процессе обработки данных.

Применительно к ГИС под информацией понимается совокупность сведений, определяющих меру наших знаний об объекте.

В таком контексте знания можно рассматривать как результат интерпретации информации. Наиболее общее определение: знание - результат познания действительности, получивший подтверждение в практике. Научное знание отличается своей систематичностью, обоснованностью и высокой степенью структуризации.

Информационные системы можно рассматривать как эффективный инструмент получения знаний.

Различия между терминами «данные», «информация» и «знания» прослеживаются в истории развития технических систем, так вначале появились банки данных, позднее информационные системы, затем появились системы, основанные на знаниях - интеллектуальные системы (экспертные системы).

В настоящее время на рынке программных продуктов представлено несколько видов систем, работающих с пространственно распределенной информацией, к ним в частности, относятся системы автоматизированного проектирования, автоматизированного картографирования и ГИС. ГИС по сравнению с другими автоматизированными системами обладают развитыми средствами анализа пространственных данных.

1.3 Обобщенные функции ГИС-систем

Большинство современных ГИС осуществляют комплексную обработку информации, используя ниже приведенные функции:

. Ввод и редактирование данных;

. Поддержка моделей пространственных данных;

. Хранение информации;

. Преобразование систем координат и трансформация картографических проекций;

. Растрово-векторные операции;

. Измерительные операции;

. Полигональные операции;

. Операции пространственного анализа;

. Различные виды пространственного моделирования;

. Цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей;

. Вывод результатов в разных формах.

1.4 Классификация ГИС

ГИС системы разрабатываются с целью решения научных и прикладных задач по мониторингу экологических ситуаций, рациональному использованию природных ресурсов, а также для инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, для принятия оперативных мер в условиях чрезвычайных ситуаций др.

Множество задач, возникающих в жизни, привело к созданию различных ГИС, которые могут классифицироваться по следующим признакам:

По функциональным возможностям:

- полнофункциональные ГИС общего назначения;

специализированные ГИС ориентированы на решение конкретной задачи в какой либо предметной области;

информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования.

Функциональные возможности ГИС определяются также архитектурным принципом их построения:

закрытые системы - не имеют возможностей расширения, они способны выполнять только тот набор функций, который однозначно определен на момент покупки.

открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования).

По пространственному (территориальному) охвату:

- глобальные (планетарные);

общенациональные;

региональные;

локальные (в том числе муниципальные).

По проблемно-тематической ориентации:

- общегеографические;

экологические и природопользовательские;

отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, геологические, туризма и т.д.);

По способу организации географических данных:

- векторные;

растровые;

векторно-растровые ГИС.



1.5 Источники данных и их типы

В качестве источников данных для формирования ГИС служат:

- картографические материалы (топографические и общегеографические карты, карты административно-территориального деления, кадастровые планы и др.). Сведения, получаемые с карт, имеют территориальную привязку, поэтому их удобно использовать в качестве базового слоя ГИС. Если нет цифровых карт на исследуемую территорию, тогда графические оригиналы карт преобразуются в цифровой вид.

Данные дистанционного зондирования (ДДЗ) все шире используются для формирования баз данных ГИС. К ДДЗ, прежде всего, относят материалы, получаемые с космических носителей. Для дистанционного зондирования применяют разнообразные технологии получения изображений и передачи их на Землю, носители съемочной аппаратуры (космические аппараты и спутники) размещают на разных орбитах, оснащают разной аппаратурой. Благодаря этому получают снимки, отличающиеся разным уровнем обзорности и детальности отображения объектов природной среды в разных диапазонах спектра (видимый и ближний инфракрасный, тепловой инфракрасный и радиодиапазон). Все это обуславливает широкий спектр экологических задач, решаемых с применением ДДЗ.

К методам дистанционного зондирования относятся и аэро- и наземные съемки, и другие неконтактные методы, например гидроакустические съемки рельефа морского дна. Материалы таких съемок обеспечивают получение как количественной, так и качественной информации о различных объектах природной среды.

Материалы полевых изысканий территорий, включают данные топографических, инженерно-геодезических изысканий, кадастровой съемки, геодезические измерения природных объектов, выполняемые нивелирами, теодолитами, электронными тахеометрами, GPS приемниками, а также результаты обследования территорий с применением геоботанических и других методов, например, исследования по перемещению животных, анализ почв и др.

статистические данные содержат данные государственных статистических служб по самым разным отраслям народного хозяйства, а также данные стационарных измерительных постов наблюдений (гидрологические и метеорологические данные, сведения о загрязнении окружающей среды и т. д)).

литературные данные (справочные издания, книги, монографии и статьи, содержащие разнообразные сведения по отдельным типам географических объектов).

В ГИС редко используется только один вид данных, чаще всего это сочетание разнообразных данных на какую-либо территорию.

1.6 Основные компоненты ГИС

К основным компонентам ГИС относят: техническое, программное, информационное обеспечение. Требования к компонентам ГИС определяются, в первую очередь, пользователем, перед которым стоит конкретная задача (учет природных ресурсов, либо управление инфраструктурой города), которая должна быть решена для определенной территории, отличающейся природными условиями и степенью ее освоения.

Техническое обеспечение

Техническое обеспечение - это комплекс аппаратных средств, применяемых при функционировании ГИС: рабочая станция или персональный компьютер (ПК), устройства ввода-вывода информации, устройства обработки и хранения данных, средства телекоммуникации.

Рабочая станция или ПК являются ядром любой информационной системы и предназначены для управления работой ГИС и выполнения процессов обработки данных, основанных на вычислительных или логических операциях. Современные ГИС способны оперативно обрабатывать огромные массивы информации и визуализировать результаты.

Ввод данных реализуется с помощью разных технических средств и методов: непосредственно с клавиатуры, с помощью дигитайзера или сканера, через внешние компьютерные системы. Пространственные данные могут быть получены электронными геодезическими приборами, непосредственно с помощью дигитайзера и сканера, либо по результатам обработки снимков на аналитических фотограмметрических приборах или цифровых фотограмметрических станциях.

Устройства для обработки и хранения данных сконцентрированы в системном блоке, включающем в себя центральный процессор, оперативную память, внешние запоминающие устройства и пользовательский интерфейс.

Устройства вывода данных должны обеспечивать наглядное представление результатов, прежде всего на мониторе, а также в виде графических оригиналов, получаемых на принтере или плоттере (графопостроителе), кроме того, обязательна реализация экспорта данных во внешние системы.

Программное обеспечение

Программное обеспечение - совокупность программных средств, реализующих функциональные возможностей ГИС, и программных документов, необходимых при их эксплуатации.

Структурно программное обеспечение ГИС включает базовые и прикладные программные средства.

Базовые программные средства включают: операционные системы (ОС), программные среды, сетевое программное обеспечение и системы управления базами данных. Операционные системы предназначены для управления ресурсами ЭВМ и процессами, использующими эти ресурсы. На настоящее время основные ОС: Windows и Unix.

Любая ГИС работает с данными двух типов данных - пространственными и атрибутивными. Для их ведения программное обеспечение должно включить систему управления базами тех и других данных (СУБД), а также модули управления средствами ввода и вывода данных, систему визуализации данных и модули для выполнения пространственного анализа.

Прикладные программные средства предназначены для решения специализированных задач в конкретной предметной области и реализуются в виде отдельных приложений и утилит.

1.7 Информационное обеспечение

Информационное обеспечение - совокупность массивов информации, систем кодирования и классификации информации. Информационное обеспечение составляют реализованные решения по видам, объемам, размещению и формам организации информации, включая поиск и оценку источников данных, набор методов ввода данных, проектирование баз данных, их ведение и метасопровождение. Особенность хранения пространственных данных в ГИС - их разделение на слои. Многослойная организация электронной карты, при наличии гибкого механизма управления слоями, позволяет объединить и отобразить гораздо большее количество информации, чем на обычной карте. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные могут подготавливаться самим пользователем либо приобретаться. Для такого обмена данными важна инфраструктура пространственных данных.

Инфраструктура пространственных данных определяется нормативно-правовыми документами, механизмами организации и интеграции пространственных данных, а также их доступность разным пользователям. Инфраструктура пространственных данных включает три необходимых компонента: базовую пространственную информацию, стандартизацию пространственных данных, базы метаданных и механизм обмена данными.



1.8 Запросы. Пространственный анализ

Аббревиатура SQL расшифровывается как StructuredQueryLanguage - Структурированный Язык Запросов. Многие программные пакеты, работающие с базами данных, в том числе и MapInfo, поддерживают синтаксис команд SQL.

SQL-запрос - это эффективный инструмент извлечения информации. В одних случаях SQL-запрос позволяет фильтровать данные, в других - сортировать и группировать, вычислять промежуточные суммы и т.д.

Практически все современные развитые ГИС содержат исчерпывающий набор запросных функций. Это относится как к инструментальным ГИС, так и к ГИС-вьюерам. Запросы позволяют формировать множество различных объектов (в том числе - пространственных) на основе заданных критериев, которые можно формулировать на языке пространственных взаимоотношений. Самой простой формой пространственных запросов являются получение характеристик объекта по указанию его курсором на экране и отображение объектов с заданными значениями атрибутов (обратная операция). В более развитых системах можно отбирать объекты, например, по признаку их удаленности от других объектов, соседства, совпадения и др. Классические функции пространственного анализа включают полигональный оверлей, анализ близости, буферизацию, алгебру карт, построение и анализ моделей рельефа, моделирование сетей. Операция буферизации обеспечивает такие возможности как, например, построение карт зон зашумленности, доступности, распространения загрязнения по территории. При помощи оверлеев можно рассчитывать статистику и строить карты совместной встречаемости явлений. Результатом анализа сетей могут стать, например, карты транспортной доступности, распространения загрязнений по речной сети. Многие из этих операций требуют очень серьезных вычислительных затрат. Дополнительно ГИС предоставляют такие функции, как измерение длин, площадей, углов и т.д.

Приведем далее краткий перечень основных функций пространственного анализа.

Полигональные операции: наложение полигонов, определение принадлежности точки полигону, определение принадлежности линии полигону, снятие границы и слияние полигонов.

Анализ близости: построение буферных зон - на множестве точек, относительно кривых, на множестве полигонов, возможность взвешивания, генерация полигонов Тиссена.

Анализ сетей: поиск кратчайшего пути, суммирование значений атрибутов по элементам сети, размещение центров и распределение ресурсов сети, поиск пространственной смежности, поиск ближайшего соседа, поиск по адресам.

Функции картографической алгебры: перекодирование и переклассификация, средние, максимальные и минимальные значения ячейки по множеству слоев, логические комбинации слоев, сложение/вычитание, умножение/деление слоев карт, возведение в степень, дифференцирование, операции анализа в режиме скользящего «окна», группировка или идентификация неразрывных зон равных значений, характеристики формы (вытянутость, фрагментированность).

Цифровое моделирование рельефа: вычисление углов наклона, определение экспозиций склонов, интерполяция высот, определение границ зон видимости для точечных объектов, определение зон видимости для линейных объектов и полигонов, генерация горизонталей с задаваемым пользователем сечением, расчет дренажной сети и оптимального пути по поверхности, генерация профилей поперечных сечений, вычисление объемов относительно заданной плоскости.

Прочие функции: логические операции с множеством карт, генерация случайной пространственной сети опробования, работа с базами атрибутивной информации.

В качестве средств работы с атрибутивной информацией ГИС могут использовать внутренние или внешние СУБД.

Как правило, внутренние СУБД обладают более узким набором возможностей.

Для мощных систем характерно наличие «живых» связок с мощными серверами реляционных баз данных.

1.9 Общие представления о системах координат и картографических проекциях

Картографические проекции служат для представления сферической поверхности Земли на плоскости бумажной или компьютерной карты. Системы координат (СК) определяют, как двумерная спроецированная карта описывает реальные местоположения на Земле с помощью координат. Выбор картографической проекции и системы координат зависит от географической области, которую Вы хотите показать на карте, от задач, стоящих перед будущей картой, и часто от доступности данных.

Подробнее о картографических проекциях:

Традиционный метод представления формы Земли - это глобус. Тем не менее, здесь возникает ряд проблем. Хотя глобусы достаточно точно передают форму Земли и очертания континентов, их невозможно носить с собой в кармане. Также они подходят для использования в очень малых масштабах (примерно 1 к 100 млн). Большинство тематических данных, используемых в картографических приложениях, имеют гораздо более крупный масштаб. Типичные наборы геоданных имеют масштаб 1:250 000 или крупнее, в зависимости от уровня детализации. Глобус подобного масштаба было бы трудно произвести и еще более трудно сдвинуть с места. Поэтому картографы разработали ряд математических техник, называемых картографическими проекциями, разработанных для представления сферической поверхности Земли в двух измерениях.

Смотря на Землю с близкого расстояния, люди воспринимают ее плоской. Тем не менее, из космоса она выглядит шарообразной. Карты, как известно, являются представлением реальности. Они создаются для представления не только самих объектов, но и их формы, размеров и пространственных отношений. Каждая картографическая проекция имеет достоинства и недостатки. Выбор лучшей проекции зависит от масштаба карты и от цели ее создания. Например, проекция, которая будет иметь неприемлемые искажения в случае создания карты на весь африканский континент, может быть отличным решением для составления крупномасштабной (детальной) карты одного из африканских городов. Свойства картографической проекции также воздействуют на визуальные характеристики карты. Некторые проекции хороши для малых областей, некоторые - для территорий с большим протяжением с запада на восток, третьи - с севера на юг.

Три семейства картографических проекций:

Процесс создания картографической проекции может быть наглядно показан путем помещения источника света внутрь прозрачного глобуса с обозначенными параллелями и меридианами. Свет падает на лист бумаги. Различные способы проецирования имитируются оборачиванием глобуса листом в форме цилиндра, конуса, или просто прикладыванием плоского листа. Каждый из этих методов называется семейством картографических проекций. Таким образом, существуют семейства цилиндрических, конических и плоскостных проекций.

Точность картографических проекций

Картографические проекции по определению не могут передать сферическую поверхность со 100% точностью. В ходе проецирования любая карта будет иметь искажения углов, расстояний или площадей. Картографическая проекция может быть компромиссной, т.е. искажать все три свойства в некоторых допустимых пределах. Примером компромиссной проекции служит проекция Робинсона), часто используемая для карт мира. Как уже сказано, при перенесении Земли на плоскость сохранить точность всех характеристик одновременно невозможно. Это означает, что если Вам нужно осуществлять точные аналитические операции по карте, Вы должны выбрать картографическую проекцию, которая наилучшим образом сохраняет точность характеристики, которую Вы будете измерять. Например, если Вы хотите измерять расстояния на Вашей карте, Вам следует выбрать проекцию, которая обеспечивает высокую точность расстояний.

Равноугольные картографические проекции

На глобусе главные направления розы ветров (север, запад, юг и восток) всегда находятся под углом 90 градусов друг к другу. Другими словами, меридианы всегда находятся под прямым углом к параллелям. Такие углы могут быть сохранены на картографической проекции, называемой равноугольной. Также такая проекция называется конформной, или ортоморфической.Подобные проекции используются, когда важно сохранить правильные углы, в частности для навигационных и метеорологических задач. Важно помнить, что сохранение правильных углов на карте ведет к искажению других характеристик и действительно на малых площадях. Так, конформная проекция искажает площади, т.е. если на карте с конформной проекцией будут измерены площади, их значения будут неправильными. Чем больше область, изображенная на карте, тем больше будут искажены площади. Примеры конформных проекций - Проекция Меркатора и Конформная Коническая Проекция Ламберта. Подобные проекции используются на многих картах Геологической Службы США. географический тематический картографирование

Равнопромежуточные проекции

Когда площади объектов на карте имеют те же пропорциональные отношения, что и площади объектов на Земле, это означает, что использована равновеликаяпроекция. Такие проекции широко используют на картах общего назначения, а также на образовательных картах. Как подсказывает название, эти карты лучше всего подходят для расчетов площадей. Например, если Вам нужно проанализировать конкретный район города, чтобы определить, достаточно ли там свободного места для нового супермаркета, лучшим выбором для карты будет равновеликая проекция. С одной стороны, чем больше будет территория покрытия Вашей карты, тем более точными будут Ваши измерения площадей в случае использования равновеликой проекции по сравнению с другими типами. С другой стороны, равновеликая проекция приводит к искажению углов при больших территориях охвата. На малых площадях искажения углов будут незначительными. Примеры равновеликих проекций, часто используемых в ГИС: Равновеликая Проекция Альберса, Равновеликая Проекция Ламберта и Равновеликая Цилиндрическая Проекция Мольвейде.

Помните, что картографические проекции - это очень сложная тема. Существуют сотни различных проекций, каждая из которых подходит для определенных территорий и задач. Чаще всего выбор правильной проекции лежит на ГИС-специалисте. Во многих странах есть свои популярные проекции, и в случае обмена данными люди просто следуют национальным тенденциям.



2.Тематическое картографирование

2.1 Основные понятия

Тематическая Картография - это инструмент для анализа и визуализации пространственных данных. Тематические (или специальные) Карты и Картограммы отображают какое-либо явление или группу явлений физико-географического или социально-экономического характера. Некоторые явления и тенденции практически невозможно увидеть в табличной форме, но они хорошо проявляются на тематической Карте.

В MapInfoProfessional можно создавать тематические Карты семи типов:

диапазоны значений;

размерные символы;

плотность точек;

растровые;

поверхности;

индивидуальные значения;

столбчатые и круговые диаграммы.

Кроме того, на Карте, посвященной отображению одного явления, можно показывать отдельные его аспекты, используя при этом различные способы Картографического изображения.

Тематическими называются карты (слои), объекты на которых выделены графическими средствами в зависимости от сопоставленных им значений. К графическим средствам наряду с раскраской относятся - штриховки, виды символов и такие методы представления, как графики и круговые диаграммы.

Операция создания тематических карт так же называется условным выделением.

В MapInfoтематические карты создаются путем присвоения графическим объектам на карте цветов, штриховок и типов символов в зависимости от того, какое значение соответствует им в таблице. Столбчатые и круговые диаграммы позволяют сравнивать несколько видов данных одновременно.

Созданные в Map Info Professional тематические Карты добавляются в окно Карты в виде отдельного слоя. Слой с тематической картой помещается поверх того слоя, на основе которого она создавалась. Выделение тематических Карт в качестве самостоятельных слоев позволяет реализовать следующие важные возможности:

* тематические Карты с помощью метода размерных символов необязательно создаются на основе точечных объектов. Размерные символы могут быть построены для любых типовых графических объектов. Поэтому, даже если базовая Карта содержит области или линейные объекты, на ее основе все равно можно создавать тематические Карты методом размерных символов;

* на основе одного слоя Карты можно создать несколько тематических Карт. При этом для создания каждого последующего тематического слоя нет необходимости копировать базовый слой Карты. Можно просматривать несколько тематических слоев одновременно, а также создавать так называемые двухтемные Карты, т.е. Карты, на которых явление или объект характеризуется по двум признакам;

* с помощью диалога Управление слоями можно регулировать показ тематических слоев. При этом также может показываться базовый слой. Для каждого из тематических слоев можно устанавливать свой масштабный эффект.

Для создания тематических (или условных) карт используются три диалога, в которых можно выбрать тип тематической карты, название таблицы и ее поля, по которым следует строить карту, а также выбрать различные настройки.

Создание тематической карты методом круговых диаграмм:

Этот метод выделения используется для выделения объектов с использованием нескольких значений из соответствующих объектам записей.

Для создания тематической карты методом круговых диаграмм:

1. Для запуска процесса создания открываем нашу карту:

Рисунок 1 - Карта Иркутской области

Выполняем команду Карта> Создать тематическую Карту, и на экран будет выведен диалог "Создание тематической Карты - Шаг 1 из 3".

Рисунок 2 - Окно диалога Создание тематической карты - Шаг 1 из 3



2. Нажимаем на кнопку "Диапазоны" и нажмите на кнопку "Дальше", и на экран будет выведен диалог "Создание тематической Карты - Шаг 2 из 3".

Рисунок 3 - Окно диалога Создание тематической карты - Шаг 2 из 3

Выберите таблицу, для объектов которой будут строиться диаграммы, и выберите поля или составьте выражения, значения которых будут показаны в графиках.

Каждый тип имеет свое назначение и особенности:

? Карта диапазонов. Каждый цвет представляет диапазон численных значений.

? Столбчатая диаграмма. Столбчатые диаграммы помещаются в центре каждого объекта и раскрашиваются.

? Круговая диаграмма. Круговые диаграммы помещаются в центре каждого объекта и раскрашиваются.

? Градуированные символы. Символы различного размера используются для представления величины значений. Символы большого размера соответствуют большим значениям и наоборот.

? Плотность точек. Точки помещаются в пределах областей, и общее число точек внутри каждой из областей отображает значение, которое соответствует данной области.

? Индивидуальные значения. Каждое отдельное значение представлено собственным цветом или значком.

? Поверхность - растровый массив, полученный в результате интерполяции значений точечных данных.

Нажимаем на кнопку "Дальше", и на экран будет выведен диалог "Создание тематической Карты - Шаг 3 из 3". Задайте настройки тематической карты и ее легенды.

Рисунок 4 - Окно диалога Создание тематической карты - Шаг 3 из 3

Нажмите на кнопку "OK". В окне карты будет создан тематический слой.

Рисунок 5 - Тематическая карта круговых диаграмм

2.3 Показ тематических слоев

Показ тематических слоев можно регулировать таким же образом, как и показ всех прочих слоев карты. Из диалога Управление слоями к тематическим слоям применимы установки Оформления (только масштабный эффект) и диалог Настройка Тематической Карты (Стиль и Легенда тематического слоя).

Тематические слои всегда обрисовываются на карте после обрисовки базовых слоев. Поэтому они расположены выше в списке слоев в диалоге Управление слоями, причем обозначены особым образом.

2.4 Настройка стиля круговых диаграмм тематической карты

Для изменения стандартных настроек для метода выделения круговыми диаграммами Вы можете использовать следующие кнопки в диалоге третьего шага:

Кнопка "Стили"

Кнопка "Легенда"

Настройка стилей включают в себя настройку диаметра диаграмм, цвета каждого сектора, типа диаграммы, расположение диаграммы относительно центроида объекта, задания стартового угла и направления секторов.

MapInfo создает легенду автоматически при создании тематической карты. Вы можете использовать стандартную настройку легенды или изменить ее. Для вызова диалога, в котором можно изменить легенду, надо нажать на кнопку "Легенда" в диалоге "Создание тематической Карты - Шаг 3 из 3". Смотрите далее раздел "Настройка легенды тематической карты".

Размещено на Allbest.ru

...