Геоинформационная система (географическая информационная система, ГИС) - система сбора, хранения, анализ и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информации о необходимых объектах.

Понятие геоинформационной системы также используется в более узком смысле-как инструмента, позволяющего пользователями искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности, так и дополнительную информацию об объектах.

Геоинформатика - наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем (ГИС), по разработке геоинформационных технологий, по приложению ГИС для практических и научных целей. Основные задачи геоинформатики:

1. создание без геоданных и управление ими;

2. Анализ и моделирование геоданных;

3. разработка программного обеспечения для первых двух задач.

Цель работы: Научится работать с источниками данных разных форматов для создания геоинформационных систем.

Задачи:

Графика - результат визуального представления реального или воображаемого объекта, полученное традиционными методами рисования или печатанием художественных образов, представленных на двухмерных поверхностях.

Компьютерная графика - раздел информатики который изучает средства и способы создания изображения с использованием компьютера.

Вида компьютерной графики:

1. Растровая

2. Венторная

3. Трехмерная

4. Франтальная

Растровая графика - распространенный тип изображения который формулируется с помощью точек называемых пикселями, которые образуют матрицу фиксируемого размера. Пиксел - неделимая точка в графическом изображении; наименьший адресуемый элемент растрового изображения. Каждый пиксель имеет свои геометрические параметры и цвет. Из-за крохотного размера человеческий глаз не может выделить отдельный пиксель и в большинстве случаев изображение кажется однородным. Но при значительном увеличение становится заметным, что оно состоит из разноцветных прямоугольников. Основной параметр - разрешение, которое определяется количеством пикселей размещающихся по горизонтали и вертикале на единицу измерения длинны (дюйм).

Растровые данные используются в ГИС когда необходимо отобразить непрерывное по площади явление, которое нельзя легко разбить на векторные объекты

Достоинство растровой графики:

1. Возмжность воспроизведения изображения любого уровня сложности.

2. Точная передача цветовых переходов.

3. Наличие множества программ для отображения и редактирования.

Недостатки:

1. Большой размер файла

2. Трудности с масштабированием

3. Наличие искажений при операции поворота

Чаще всего ввод растрового изображение осуществляется при помощи сканеров.

Сканер - устройство для ввода графической информации.

Виды сканеров:

1. Планшетные;

2. Барабанные;

3. Ручные.

Барабанные имеют основное преимущество, из-за возможности сканировать документы форматы А2 и более.

В данной конструкции сканера материал помещается на специальный барабан, который вращаясь, приводит его в движение и и чувствительные элементы выполняют сканирование. Для работы со сканированным изображением выполненным барабанным сканером необходимо использовать специальное программное обеспечение позволяющее исключить ошибки связанные с диффамацией бумаги и искажений возникающих в процессе движения сканируемого материала.

Растровую графику редактируют с помощью растровых графических редакторов. Создаётся растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, а также путём экспорта из векторного редактора или в виде снимков экрана.

Работа с растровыми данными больших форматов

Изображение карты можно создать путем сохранения области онлайн-карты, отображаемой в видовом экране листа или текущем виде на вкладке "Модель". Также изображение карты можно создать путем сохранения прямоугольной области, заданной на онлайн-карте. Изображения карты создаются на текущем слое в МСК или на плоскости, параллельной МСК. Изображения карты встраиваются под панелью порядка прорисовки над онлайн-картой. Изображения карты вписываются в прямоугольную рамку. Эта рамка аналогична границе видового экрана листа. При увеличении изображения карты путем редактирования его рамки с помощью ручек размер самого изображения не меняется. Вместо этого рамка растягивается, в результате чего отображаются дополнительные области карты.

Рис. 1 Трансформирование сканер карты.

При повороте изображения карты путем редактирования его границы с помощью ручек оно поворачивается, в результате чего отображается ранее скрытая этим изображением новая область карты. Аналогичным образом, при перемещении путем перетаскивания границы изображение карты смещается, в результате чего отображается ранее скрытая этим изображением новая область карты.

Каждый раз при редактировании изображения карты с помощью ручек для заполнения новой области, включаемой в рамку изображения, выполняется загрузка новых изображения из службы онлайн-карт.

Редактировать изображения карты таким образом можно, только если выполнен вход в AutoCade Civil 3D. Можно заблокировать слой, содержащий изображение карты, чтобы его нельзя было случайно удалить, переместить или изменить его размеры. Как правило, оптимальное разрешение для просмотра на экране не является оптимальным для печати. Для сведения к минимуму отображения пикселей при печати можно настроить разрешение изображений карты. Каждый раз при изменении разрешения изображения карты из службы онлайн-карт загружаются новые изображения. Поэтому изменить разрешение можно, только если выполнен вход в AutoCade Civil 3D. Для регулировки параметров яркости, контрастности и слияния с фоном изображения карты можно использовать команду ИЗОБРЕГУЛ. Эта позволяет исправлять недостатки отображения, если геометрия, расположенная поверх карты, недостаточно четко видна на фоне изображения карты.

1.3 Привязка космических снимков к заданной проекции в системе координат в MapINFO

Рис. 2 Привязка космических снимков

Результаты полевых геодезических измерений могут быть представлены в виде классических журналов измерений, оформленных в рукописном варианте. Либо в виде электронного полевого журнала, полученного с геодезического прибора по различным каналам связи и в различных форматах. Если работа происходит с рукописными полевыми журналами, то последующая обработка данных осуществляется путем ручного ввода на клавиатуре. В AutoCADугловые данные могут быть представлены в нескольких форматах. При работе с пространством чертежа угловые данные представляются в 2-х форматах:

1. Десятичная, где градусы-целое число, а минуты и секунды представляются в десятичном виде и указываются после точки;

2. Градусная (градусы, минуты, секунды), после величины градуса пишется "d", а после минуты "'" и "”" после секунды соответственно.

При работе с полевыми журналами с помощью модуля "геодезическая съемка", угловые измерения указываются в градусах, минутах и секундах, при этом градусы - целое число, а минуты и секунды указываются после точки без перевода в десятичную форму.

PhotoMod (комплекс). В данной программе угловые измерения представляются в виде "градусы, минуты, секунды" разделенных пробелом. При записи секунд может использоваться символ "точки" для представления десятичной части доли секунды.

При работе с электронными журналами рекомендуется использовать режим "импорта данных", который предусмотрен в той или иной программе для исключения ошибок. Файл полевого журнала имеет формат *. fbl. прииспользование данного формата системы позволяют выполнить импорт данных без участия пользователя. Практически все модели электронных приборов позволяют переделать результаты, кроме собственного формата представить в текстовом формате (*. txt), которые открываются с помощью текстового редактора.

Большинство программ позволяют выполнить импорт данных из текстового формата, например программа AutoCAD.

Рис.4 Электронного полевого журнала

Цифровая модель местности (ЦММ) представляет собой совокупность данных (плановых координат и высот) о множестве её точек. Указанная совокупность может представлять собой отдельно цифровую модель рельефа (ЦМР) и цифровую модель контуров (ЦМК), т.е. ситуации местности. В последнем случае элементы ситуации могут быть заданы только плановыми координатами Х и Y. Цифровая модель рельефа обязательно задаётся одновременно плановыми координатами и высотами Н.

ЦММ эффективно пользоваться при аналитических проектных работах. В этом случае такие модели строят с помощью топографических карт. Очевидно, что при построении дискретной картины местности (количество точек ограничено) криволинейные контуры необходимо заменять отрезками ломаных линий. При этом отклонение криволинейного контура от сглаживающей ломаной линии не должно быть больше 0,3 мм. Точки контуров (углы зданий, углы поворота линейных объектов и т.п.) определяют их координатами, измеренными непосредственно по карте, либо используют их значения, полученные в процессе топографической съёмки.

Исходными данными для создания цифровых моделей местности являются результаты топографической съемки, данные о геологии и гидрографии местности.

По способу размещения исходной информации и правил ее обработки на ЭВМ цифровые модели местности делятся на регулярные, нерегулярные, структурные. Цифровая модель местности, в которой опорные точки с известными координатами располагаются в узлах геометрических сеток различной формы, например, в виде сети квадратов или равносторонних треугольников называется регулярной. Цифровая модель местности, в которой точки располагаются произвольно в пределах однородных по рельефу, геологии, гидрологии участков местности без какой-либо определенной системы, но с заданной густотой и плотностью называется нерегулярной. Цифровая модель местности, которая состоит из точек с известными координатами, расставленных в вершинах переломов структурных (орографических) линий рельефа называется структурной. Для математического представления поверхности используют 2 типа моделей: GRID, TIN

В AutoCADCivil 3Dдля представления объектов используется 3 типа:

1. Точки

2. Группа точек

3. Облако точек

Точка - объект, положение которой в пространстве чертежа задано координатами (X, Y, Z).

Отдельные точки могут быть объедены в группы, в этом случае формат, стили отображения точки задается для всех точек входящих в данную группу.

Для работы с большими массивами данных используют понятие "облако точек", которое позволяет объединить несколько групп точек в одно целое.

Прежде чем выполнять импорт данных необходимо создать требуемые группы точек, выполнить настройку стиля и в дальнейшем точки полученные в результате импорта размещать в нужно группе. Элементы импорта содержать настройки:

1. Указание количество столбцов;

2. Формат разделения столбцов;

3. Начальным номер импорта;

4. Количество импорта записей;

5. Задание обозначения для каждого ряда данных.

При обозначения свойств ряда точек задается точность и формат данных. Импортированные результаты съемки необходимо выполнять в определенную группу точек.

Основой для представления данных о земной поверхности является цифровая модель рельефа. В ГИС системах и в САПР (система автоматического проектирования) для отображения цифровой модели рельефа используется специальный объект который называется поверхностью (Surfer). Поверхность - это объекты, которые чаще всего распределены по области и заданы координатами "X, Y" характерных точек. Цифровые модели рельефа используют для компьютерного представления земных поверхностей в виде математической модели рельефа.

Построение цифровой модели рельефа требует определенную форму представления исходных данных: набора координат точек и способа их структурного описания. Способ описания позволяет восстановить поверхность путем интерполяции или аппроксимации исходных данных. Рельеф получается:

1. По топографическим картам путем векторизации горизонталей;

2. По аэро - и космоснимкам (путем фотограмметрической обработки);

3. По результатам геодезических измерений или лазерного сканирования

Для математического представления поверхности используют 2 типа моделей: GRID, TIN, как это было сказано ранее.

GRIDмодель основывается на представление поверхности по точкам имеющие регулярное распределение. Между опорными точками проводится горизонталь путем интерполяции в окружающих точках, с учетом отметки их близости. Интерполяция - восстановление функции на заданном интервале по известным ее значениям конечного множества точек. В настоящее время известны определенные методы интерполяции, среди которых наиболее распространены:

1. Линейная;

2. Метод обратно взвешенных расстояний;

3. Сплайн-интерполяция;

4. Тренд-интерполяция;

5. Кридинг.

TINмодель. Регулярная структура данных не всегда в полной мере подходит для описания изменчивости поверхности. TINмодель основана на использование нерегулярной сети треугольников и представляет поверхность в виде непрерывного набора неперекрывающихся треугольных граней. Значение поверхности в пределах координатной сети можно вычислить. Основой преимущество TIN-это отсутствие потери информации. Недостаток - это большой объем вычислений и более высокая стоимость получения исходных данных.

Рис.5 Топографический план участка местности.

3. Картографирование территорий по результатам анализа картографических материалов

3.1 Способы преобразования картографических материалов в векторные данные