Геоанализ и моделирование кратко
Обновлено: 02.07.2024
Методы географического анализа и геопространственного моделирования включают выполнение многопараметрических классификаций, построение физических и абстрактных поверхностей (в том числе, геостатистических), интерполяции и экстраполяции данных, создание физических и экспериментальных моделей процессов, моделей поддержки принятия решений и прогноза.
Среди методов пространственного анализа выделяют:
Классификацию объектов путем группировки значений их признака для объединения в классы близких величин или выявления закономерностей в данных. В этом способе границы классов определяют по характерным точкам статистического ряда их распределения, представляемого гистограммой – графиком, отображающим частоту встречаемости значений атрибута. Применяют при автоматизации выделения интервалов шкал географических данных, при статистическом анализе их структуры, при создании тематических слоев БД и карт , выборе графического приема отображения данных на карте – цветовых шкал, символов или диаграмм
Классификацию на основе методов многомерного статистического анализа. Они предназначены для решения главной задачи всякого исследования и научного анализа – выявления взаимосвязей совокупности разных исходных признаков, отражающих структуру географических комплексов, и способствуют формированию главных интегральных характеристик (факторов, компонент) на основе линейных комбинаций этих признаков, позволяют описать главные тенденции изучаемых комплексов меньшим числом признаков с минимальными потерями информации.
Исследование взаимосвязей объектов с использованием операций оверлея слоев, выбора объектов по пространственным критериям и построения атрибутивных запросов. Пространственные запросы часто выполняются в сочетании с построением буферных зон , например для зонирования территории по степени опасности, или решения проблем оценки недвижимости.
Среди методов и технологий геопространственного моделирования выделяют три главных направления: моделирование структуры геосистем, моделирование взаимосвязей и моделирование динамики, моделирования для обеспечения принятия решений.
Моделирование структуры геосистем базируется на комплексном изучении географических объектов и заключается в территориальной дифференциации на основе установления однородности свойств выделяемых районов. Проблема осложняется тем, что эти однородные свойства определяются многими факторами, часть из которых имеет корреляционные связи. Основные методы такого моделирования – многопараметрические классификации с созданием наборов интегральных характеристик. Для исследования закономерностей территориальных структур, особенно обладающих свойством сплошного распространения, используют методы построения и анализа концептуальных моделей реальности – географических полей или поверхностей. Эти методы широко применяются при исследовании рельефа земной поверхности и в гидрологических исследованиях (водотоков, водосборных бассейнов и т.п.). При построении пространственных моделей используют разные способы представления информации о природных объектах и процессах (физические поверхности) и расчетной, в том числе, социально-экономической, статистической информации (абстрактные поверхности). И в том и другом случаях используются методы пространственной интерполяции . В основе алгоритмов интерполяции лежит критерий наилучшего приближения каждой точки построенной поверхности к реальной, зависящий от представления явления в точках измерений и от их распределения. В зависимости от положения исходных точек выделяют три типа их организации: 1) регулярное расположение на прямоугольных сетках; 2) полурегулярное размещение точек по структурным линиям, профилям, изолиниям; 3) нерегулярное расположение по центрам площадей, характерным точкам, случайным сеткам.
Используются четыре основные класса методов моделирования поверхностей, отличающиеся разными математическими подходами:
1. Методы обратных взвешенных расстояний, основанные на предположении, что каждая измеренная точка имеет влияние, убывающее с расстоянием.
2. Методы сплайнов, исходящие из условия минимальной кривизны поверхности, проведенной через исходные точки.
3. Методы кригинга, в основе которых лежит предположение, что расстояние и направление изменений между точками указывает на пространственную корреляцию, помогающую описанию поверхности.
4. Методы выявления тренда, базирующиеся на вычислении полиномиальной математической функции для всех исходных точек методом наименьших квадратов, тем самым минимизируется отклонение от исходных точек.
Большая часть других разработок представляет различные модификации этих методов, использующие математические, либо полуэмпирические приемы для их усовершенствования и улучшения компьютерной реализации.
Наиболее востребованы цифровые модели рельефа земной поверхности, изображаемые либо способом послойной окраски, либо в виде трехмерных (3D) изображений.
Моделирование взаимосвязей предназначено для отражения причинно-следственных и пространственных связей исследуемых явлений, определения их важнейших факторов, и далее – для предсказания развития ситуаций и принятия решений. Основные способы моделирования взаимосвязей – создание слоев отношений факторов с использованием пространственных и атрибутивных запросов и логических процедур оверлея .
Моделирование динамики географических явлений, развития геосистем во времени заключается в последовательном представлении их состояний во времени и определении различий между ними. Модели изменений создают на основе разновременных карт, аэро и космических снимков.
Моделирование для обеспечения поддержки принятия решений. Возможности ГИС для интеграции информации, полученной из различных источников, в пространственном контексте делает их пригодными в качестве средств поддержки процедур принятия решений, построения модели принятия решений, которые должны формироваться с учетом множества факторов. Такие модели используют географически привязанную информацию, измеренную по этому множеству, для определения местоположений, размещений, путей и пространственных взаимодействий, являющихся оптимальными, или в некотором смысле предпочтительными. Для реализации этих моделей может потребоваться наличие в ГИС подсистем поддержки принятия решений. Они должны помогать человеку сформулировать проблемы, создать подходящие модели и оценить результаты, которые эти модели могут предсказывать. Реализации функций принятия решения в ГИС служат специальные экспертные подсистемы, объединяющие возможности компьютера со знаниями и опытом эксперта. Одной из их характеристик является способность пояснять ход рассуждений в понятной для спрашивающего форме. Она основана на наборе формальных решающих правил, называемых программированием. В каждое из таких решающих правил заложено знание конкретной ситуации, т.е. модель поведения человека в этой ситуации, что и позволяет относить экспертные системы к системам искусственного интеллекта.
Ценность географической информации в системах поддержки принятия решений особенно возрастает с включением в ГИС программных средств, базирующихся на технологиях и методах искусственного интеллекта – раздела информатики, связанного с моделированием разумной деятельности человека с помощью компьютера.
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.
Аннотация к презентации
Посмотреть и скачать бесплатно презентацию по теме "Геоанализ и моделирование", состоящую из 31 слайда. Размер файла 0.2 Мб. Каталог презентаций, школьных уроков, студентов, а также для детей и их родителей.
Содержание
Геоанализ и моделирование
Слайд 2
Общие аналитические операции и методы моделирования
выбор объектов по тем или иным условиям; редактирование информации и структуры баз данных; формирование и редактирование пространственных данных; геокодирование; построение буферных зон; оверлейные операции; сетевой анализ; картометрические функции; зонирование и районирование; создание моделей поверхностей.
Слайд 3
Геоанализ
во-первых, выявление закономерностей в размещении объектов, изменений их структуры (строения), а также количественных и качественных характеристик в пространстве; во-вторых, установление взаимосвязей между различными классами объектов и их влияния на пространственное размещение друг друга; и, наконец, в-третьих, выяснение тенденций развития явлений во времени и пространстве.
Слайд 4
Выбор объектов.1
Функция выбора объектов чаще других используется при анализе данных в ГИС. Под выбором понимается отбор из базы данных определенной части объектов, чьи характеристики (качественные или количественные) удовлетворяют заданным критериям или условиям. Набор таких объектов называется выборкой, а процесс ее получения – запросом. Для формализации запросов в большинстве ГИС используется особый язык программирования – SQL (Structured Query Language – структурированный язык запросов), ориентированный на реляционную структуру базы данных.
Слайд 5
Выбор объектов.2
Слайд 6
Выбор объектов.3
SQL-запрос: SELECT objFROM [Реки] WHERE [Длина] >100
Слайд 7
Выбор объектов.3а
SQL-запрос: SELECT objFROM [Реки] WHERE [Порядок] = 1 AND [Длина] >= 50
Слайд 8
Выбор объектов.4
Слайд 9
Редактирование информации в базах данных
Редактирование информации в базах данных предполагает выполнение операций по добавлению, редактированию и удалению записей.
Слайд 10
Формирование и редактирование пространственных данных
Под формированием и редактированием пространственных данных следует понимать средства добавления, редактирования и удаления объектов на информационных слоях. Фактически создание электронных карт сводится к процедурам векторизации растровой картинке, т.е. переводу растрового формата представления исходной информации (например, отсканированной карты или космического снимка) в более удобный для геоанализа и моделирования векторный формат.
Слайд 11
Векторизацию растра можно выполнять тремя способами: в автоматическом режиме, полуавтоматическом и ручном. Первый вариант для массового создания ГИС не используется. В полуавтоматическом режиме программа по специальным алгоритмам отслеживает пиксели, образующие линии одинакового цвета и толщины, которые задаются пользователем, а затем преобразовывает их по точкам перегиба в полилинии и полигоны. Полуавтоматическая векторизация дает хорошие результаты только при наличии четких контуров. В ручном вводе информации точность выше, т.к. оператор форму объектов передает интуитивно, каждый раз анализируя ситуацию. Обводка же объектов производится с помощью инструментов рисования – точка, линия, полигон для передачи точечных, линейных и площадных объектов. Ручной ввод пространственных данных, сопровождающийся заполнением к каждому создаваемому объекту базы данных, – самый продолжительный этап создания электронной карты.
Слайд 12
Вне зависимости от способа получения векторной карты все уже созданные объекты можно редактировать – изменять их геометрию. Стандартным средством является коррекция формы: добавление узлов их удаление изменение местоположения. добавление узла удаление узла смещение узла
Слайд 13
Помимо коррекции формы линейных и площадных объектов весьма распространены операции по их разбиению, слиянию и вычитанию. При выполнении указанных операций можно задать способ вычисления значений каждого поля создаваемых объектов: при разбиении – оба объекта наследуют одинаковые значения, один объект наследует, а у второго – пусто, значения присваиваются пропорционально площади каждого объекта; при слиянии – объект наследует характеристики только одного (например, большего) объекта, объекту присваивается сумма, объекту присваиваются значения пропорционально площади исходных объектов.
Слайд 14
1 линия разреза 1 2 1 2 1 линия разреза Разбиение линейных и площадных объектов 1 Слияние линейных и площадных объектов 2 1 1 2 1 Вычитание площадных объектов 1 2 1
Слайд 15
В рамках редактирования пространственных данных предусмотрены операции по автоматизированной генерализации картографического изображения. Следует отметить, что подобного рода процедуры формализуются крайне плохо и хорошие результаты дают лишь при интерактивном участии человека. Разреживание узлов Совмещение узлов Удаление избыточных полигонов
Слайд 16
Разреживание узлов
Самый простой способ автоматизированной генерализации – разреживание узлов. Он строится на том допущении, что чем короче расстояния между соседними узлами и меньше коллинеарное отклонение (стрела прогиба для трех точек), тем больше оснований для удаления узла. Этот прием соотносится с упрощением очертаний как стороной генерализации. A B E F G l1 l2 c DB= l1× l2× c >Dst A B C D E F G l1 l2 c DD= l1× l2× c
Слайд 17
Совмещение узлов
Другой прием связан с совмещением узлов разных объектов при удалении некоторых промежуточных в порядке генерализации. В качестве параметра совмещения устанавливается некоторый максимальный допуск расстояния до совмещаемых узлов объектов. dmax
Слайд 18
Удаление избыточных полигонов
Наконец, третий прием автоматизированной генерализации сводится к удалению избыточных полигонов – таких, площадь которых меньше заданной. Этот прием можно отождествить с отбором и исключением объектов согласно установленных цензов. S
Слайд 19
Геокодирование
Большое внимание в современных ГИС отводится геокодированию– привязке к карте объектов, расположение которых в пространстве задается сведениями из таблиц баз данных. Эта информация может быть представлена различным образом: координатами широты и долготы (φ, λ), адресами объектов в адресной системе урбанизированных территорий расстояниями от начала линейных маршрутов
Слайд 20
Фактически геокодирование заключается в расстановке точечных объектов на карте по их известным координатам. Частным случаем является нанесение линий (профилей, маршрутов) по известным точкам, равноудаленным друг от друга. Y X X1, Y1 X2, Y2 X3, Y3 X4, Y4 X5, Y5
Слайд 21
Буферные зоны
Буферные зоны -- это полигоны, границы которых отстоят на определенное расстояние от границ исходных объектов (например, санитарно-защитные зоны, располагаемые на расстоянии до 2 км от источника загрязнения, зоны отчуждения вокруг трубопроводов, зоны равных расстояний и т.п.). Буферные зоны могут создаваться для точечных, линейных и площадных объектов. В некоторых ГИС предусмотрено построение сразу нескольких буферных зон разных радиусов. Во многих случаях расстояние от границы объекта до полигона может зависеть от атрибутивных данных.
Слайд 22
Оверлейные операции
Оверлейные операции представляют довольно мощное средство геоанализа множества разноименных и разнотипных по характеру локализации объектов. Суть его состоит в наложении двух и более информационных слоев с генерацией производных объектов, возникающих при их геометрическом наслоении, и наследованием их семантики (атрибутов). Причем в алгоритмах операции наложения могут присутствовать логические операторы типа AND, OR, XOR и NOT. Наиболее практически важен и распространен случай оверлея двух полигональных слоев. Оверлейные операции исключительно ресурсоемкие – главные вычислительные трудности связаны с большими затратами машинного времени на поиск координат всех пересечений линейных сегментов полигонов.
Слайд 23
Оверлейные операции.1
A B C 1 2 A1 B2 C2 B1 C1
Слайд 24
Оверлейные операции.2
A B A and B C C E A or B D C D A xor B C A not B
Слайд 25
Сетевой анализ
Сетевой анализ позволяет решать различные задачи на пространственных сетях связных линейных объектов (реки, дороги, трубопроводы, линии электропередачи и т.п.). В классическом представлении сеть считается набранной из линий, которые могут иметь не более двух общих точек с другими линиями – начала и конца. Точку соединения принято называть узлом
Слайд 26
Сетевой анализ
узел элемент сети
Слайд 27
Картометрические функции
К картометрическим функциям, выполняемым в большинстве ГИС,относятся расчеты длин, периметров, площадей и объемов. Расстояния между двумя точками на плоскости (например, на плане или топокарте) могут быть вычислены по теореме Пифагора: При вычислении того же расстояния между удаленными точками на сфере придется воспользоваться формулами сферической тригонометрии: Для полигона, заданного прямоугольными координатами на плане, площадь может быть вычислена по довольно простой формуле: где сумма вычисляется для всех n вершин полигона, при этом для первого слагаемого Xi-1 – это X-координата последнего n-ного узла, а для последнего слагаемого Xi+1 – это X-координата первой вершины.
Слайд 28
Зонирование и районирование
Основное назначение функций этой группы состоит в выделение зон и районов, т.е. участков, однородных в каком-либо отношении. Границы зон и районов могут совпадать с границами ранее существовавших объектов (например, определение запасов древесины по сетке квартального деления лесных массивов), либо строится в результате различных видов моделирования (например, отыскание зон рекреационной благоприятности с учетом геоморфологических, гидро-климатических и геоботанических данных). Выделение может производится как при работе с векторными, так и с растровыми моделями, как по одной, так и по группе характеристик. Результаты зонирования и районирования могут быть представлены как в аналитической форме, так и в синтетической – обобщенной по заданным критериям.
Слайд 29
1 2 3 … n I II III IV 1 2 3 1 2 1 2 3 4 II I II III
Слайд 30
Создание моделей поверхностей
Создание моделей поверхностей включает в себя различные методы по двух- и трехмерной визуализации географических полей. Расчет моделей производится по содержащимся в базах данных численным характеристикам точек, характеризующих поле. Сами точки могут располагаться регулярно или нерегулярно. Методы интерполирования позволяют на основе дискретной сети точек рассчитать значение поля в любой произвольной точке.
Слайд 31
Двухмерная визуализация осуществляется в виде изолинейных карт. В автоматическом режиме для таких изображений можно подбирать наилучшее сечение или шкалу изолиний, послойную окраску. Трехмерная визуализация предполагает в первую очередь построение блок-диаграмм, для которых можно подбирать оптимальное положение точки обзора, соотношение вертикального и горизонтального масштаба, способа отрисовки (отмывка, сетчатая модель, рендеринг, прозрачность и т.п.), имитировать полет над местностью.
ГЕОИНФОРМАТИКА И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ: ИСТОРИЯ ИХ РАЗВИТИЯ И СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ
1 Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Веселовская средняя общеобразовательная школа №2
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
СОДЕРЖАНИЕ
Глава 1. Геоинформационная система (ГИС): понятие, программы. Из истории развития геоинформатики и ГИС
1.1. Понятие о геоинформационной системе (ГИС)
1.2. Программное обеспечение ГИС
1.3. Из истории развития геоинформатики и ГИС
Глава 2. Применение и связь ГИС с другими научными дисциплинами и технологиями
2.1. Применение ГИС
2.2. Связь ГИС с другими научными дисциплинами и технологиями
Работа выполнена при поддержке: профессора кафедры Кадастра и мониторинга земель НИМИ ДГАУ Ткачевой О.А.;
учителя информатики и географии МБОУ ВСОШ №2 Лямкиной Н.В.
Введение
География является связующим звеном информации, получаемой из многочисленных источников. Прежде всего, это различные типы карт: планы застроек, топографические и разнообразные тематические карты. Кроме того, данные могут поставляться с аэро- и космических снимков, они поступают из файлов на магнитных дисках, из отчетов и компьютерных систем, из результатов полевых измерений.
Значительная часть географических данных быстро меняется с течением времени и поэтому иногда неприемлемым становится использование бумажных карт: быстроту получения информации и ее актуальность может гарантировать только автоматизированная система. Первыми попытками применения автоматизации в географии стали банки географической информации. Однако с течением времени накапливался опыт сбора, хранения и управления данными, нарабатывались библиотеки программ, решающих стандартные задачи. Современная географическая информационная система (ГИС) представляет собой автоматизированную систему, имеющую большое количество графических и тематических баз данных, соединенную с модельными и расчетными функциями для манипулирования ими и преобразования в пространственную картографическую информацию для принятия на ее основе разнообразных решений и осуществления контроля.
Геоинформационные системы сочетают в себе хорошо отработанные технологии реляционных СУБД и компьютерную графику высокого класса в целях управления информацией, описывающей земную поверхность либо относящейся к ней. ГИС позволяют обрабатывать разнообразные типы данных об объектах либо характеристиках земной поверхности — координаты, формы, связки (пространственная информация), описательные сведения и цифры (непространственная информация). Все многообразие данных интегрируется в единую логичную модель. После этого интерактивные, базирующиеся на графике инструменты обеспечивают управление данными, их корректировку, создание запросов, анализ и вывод результатов, то есть все необходимое для ведения и понимания географической и связанной с ней информации.
XXI век называют веком компьютеризации (информатизации) всей сферы жизнедеятельности человека: управления, образования, здравоохранения, сельского хозяйства и многих других сфер. Одним из бурно развивающих направлений компьютеризации является использование геоинформационной системы.
Геоинформационная система (ГИС) в настоящее время внедряется во все сферы жизни человека, в том числе и в муниципальное управление, где она нашла разнообразные формы применения, речь о которой пойдет на данном реферате.
Объект исследования: геоинформационная система.
Предмет использования: использование ГИС в различных сферах деятельности человека.
Цель исследования: ознакомление с геоинформационной системой, изучение использования ГИС, выявление связи ГИС с другими научными дисциплинами и технологиями
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
изучить научную литературу по данной проблематике;
проанализировать ГИС-технологии и программы;
выявить основные направления использования ГИС;
обобщить полученные данные.
Глава 1. Геоинформационная система (ГИС): понятие, программы
Понятие о Геоинформационной системе (ГИС)
Геоинформационная система (ГИС) – это программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной и атрибутивной информации по объектам территории. Одна из основных функций ГИС – создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений (Берлянт, 2001). Основой любой информационной системы служат данные. Данные в ГИС подразделяются на пространственные, семантические и метаданные.
Пространственные данные – данные, описывающие местоположение объекта в пространстве. Например, координаты угловых точек здания, представленные в местной или любой другой системе координат. Семантические (атрибутивные) данные – данные о свойствах объекта. Например, адрес, кадастровый номер, этажность и прочие характеристики здания.
Метаданные – данные о данных. Например, информация о том, кем, когда и с использованием какого исходного материала, в систему было внесено здание (Томилин, 2007).
ГИС охватывает все пространственные уровни - глобальный, региональный, национальный, локальный, муниципальный - интегрируя самую разнообразную информацию о нашей планете: картографическую, данные дистанционного зондирования, статистику и переписи, кадастровые сведения, гидрометеорологические данные, материалы полевых экспедиционных наблюдений, результаты бурения и подводного зондирования и т.п. В создании ГИС участвуют международные ассоциации (ООН, ЮНЕП, ФАО и др.), крупнейшие государственные учреждения, министерства и ведомства, картографические, геологические и земельные службы, статистические управления, частные фирмы, научно-исследовательские институты и университеты. На разработку ГИС ассигнуются значительные финансовые средства, в деле участвуют целые отрасли промышленности, создается разветвленная геоинформационная инфраструктура, сопряженная с телекоммуникационными сетями.
ГИС предназначены для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления окружающей средой и территориальной организацией общества.
При создании разветвленной ГИС-инфраструктуры к этим центрам предполагается привязать местные и отраслевые ГИС разной проблемной ориентации, а также центры сбора и обработки аэрокосмической информации. В сеть ГИС обязательно должны быть включены научные и научно-производственные банки и базы тематических данных, существующих в институтах Академии наук, вузах, отраслевых учреждениях и ведомствах.
Основу ГИС составляют автоматизированные картографические системы, а главными источниками информации служат различные геоизображения.
Геоинформатика изучает принципы, технику и технологию получения, накопления, передачи, обработки и представления данных и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях.
Сегодня геоинформатика предстает в виде системы, охватывающей науку, технику и производство. Геоинформатика - научная дисциплина, изучающая природные и социально-экономические геосистемы (их структуру, связи, динамику, функционирование в пространстве и времени) посредством компьютерного моделирования на основе баз данных, и географических знаний. С другой стороны, геоинформатика - это технология (ГИС-технология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно - координированной информации, имеющая целью решения задач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами. Наконец, геоинформатика, как производство - это изготовление программных и аппаратных средств, включая создания баз данных, систем управления, стандартных, коммерческих ГИС различного целевого назначения и проблемной ориентации.
Сфера деятельности геоинформатики связана с картографией и дистанционным зондированием, а также затрагивает фотограмметрию, топографию. Геоинформатика располагается в одном ряду с методами (математическими, картографическими, дистанционного зондирования и др.) и связывается с науками о земле геологией, почвоведением, лесоведением, географией, экономикой, биологией и т.д.
Взаимосвязи картографии и геоинформатики проявляются в следующих аспектах:
тематические и картографические карты - главный источник пространственно-временной информации.
системы географических и прямоугольных координат и картографическая разграфка, служат основой для координатной привязки (географической локализации) всей информации, поступающей и хранящейся в ГИС.
карты - основное средство географической интерпретации и организации данных дистанционного зондирования и другой используемой в ГИС информации (статистической, аналитической и т.п.)
картографический анализ - один из наиболее эффективных способов выявления географических закономерностей, связей, зависимостей при формировании баз знаний, входящих в ГИС.
математико-картографической и компьютерное - картографическое моделирование - главное средство преобразования информации в процессе принятия решений, управления проведения экспертиз, составление прогнозов развития геосистем и т.п.
картографическое изображение - целесообразная форма представления информации потребителям.
Ближайшее окружение геоинформатики и ГИС образуют:
Картография - наука о картах как особом способе изображения действительности, их
создании и использовании.
Дистанционное зондирование - неконтактная съёмка данных с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных фототеодолитных станций.
1.2. Программное обеспечение ГИС
Чем шире становится область применений ГИС, тем сильнее ощущается “однобокость” существующих ГИС. Хотя в настоящее время на рынке имеется большое число программных пакетов ГИС, но почти все они являются симбиозом чисто картографических систем с графическими средствами и методами моделирования САПР. Из отечественных ГИС можно назвать систему пакетов GeoDraw, GeoGraph, дополняемую системой Геоконструктор. Из зарубежных систем наиболее известными являются ArcCAD, ArcViev, AtlasGIS, WinGIS, SICAD/open, MapInfo, ArcInfo и др. Имея достаточно развитые средства унификации, преобразования и хранения входной информации, графического моделирования и визуализации, все они характеризуются явно недостаточными средствами анализа имеющейся информации и поддержки принятия решений. Таким образом, для эффективного использования ГИС-технологий в перечисленных выше новых практических приложениях интеллектуальность современных ГИС явно недостаточна. Фактически они способны лишь в удобной и наглядной форме отображать заложенную в них координатно-привязанную информацию и выполнять расчеты некоторых количественных характеристик отображаемых объектов, чего явно недостаточно для поддержки принятия управленческих решений.
Виды архитектуры ГИС:
Закрытые системы не имеют возможностей расширения, у них отсутствуют встроенные языки, не предусмотрено написание приложений. В случае даже незначительного изменения задачи, такая система оказывается неспособной её решить. Имеют низкие цены и короткий жизненный цикл. Предъявляют очень скромные требования к ПК. - Системы для домашнего и информационно-справочного использования.
Открытые системы открыты для пользователя, т.е. обладают лёгкостью приспособления, расширения, изменения, возможностью адаптации к новым форматам, изменившимся данным, связью между существующими приложениями. Обычно имеют от 70 до 90% встроенных функций и на 10-30% могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата создания приложений. Открытые системы обычно дороги первоначально, но имеют большой жизненный цикл.
Типы программного обеспечения
Основные прародители современных ГИС
CAD: 1) Computer-AidedDesign- система автоматизированного
2) Computer-AidedDrafting- система автоматизированного черчения CAD-системы - это системы для автоматизированного проектирования с использованием средств машинной графики. CAD работают с техническими чертежами, их применяют в различных областях промышленности.
CAD-системы могут быть ориентированы и на рабочие станции, и на персональные компьютеры.
CAD-системы предыдущих поколений были малопригодны для решения задач, стоящих перед ГИС. Во-первых, они неспособны обеспечить работу с картой, поскольку пользуются условной декартовой системой координат и манипулируют только с геометрическими объектами: кругами, эллипсами, цилиндрами, кубами и т.п., а не с реальными объектами. Во-вторых, у них в описании объектов отсутствует тематическая часть, без которой практически невозможно решение задач анализа.
В последних версиях CAD-систем так же как и в ГИС появились базы данных.
AM - Automated Mapping Management - система автоматизированной картографии.
АМ-системы - программные продукты, специально предназначенные для профессионального производства карт. Они позволяют создавать качественные стандартные карты типа морских навигационных, геологических или топографических, где все элементы содержания известны заранее.
АМ-системы в основном базируются на рабочих станциях, хотя встречаются и настольные системы для ПК.
АМ-системы не предназначены для управления данными и практически лишены средств анализа и возможностей моделирования.
В последнее время происходит сближение АМ-систем и ГИС. AM снабжаются средствами ГИС-анализа и возможностями обмена данными с ГИС.
FM - AutomatedFacilitiesManagement - система управления сетями инженерных коммуникаций:
FM-системы - системы управления сетями (водопровод, трубопровод, энергетические и телефонные сети и т.д.), т.е. пространственно распределенными объектами, с каждым из которых связана существенная содержательная информация. В этом много общего между ГИС и FM-системами.
Для решения большинства задач сетевого управления не важно действительное положение объектов в пространстве. В этом много общего между CAD-системами и FM-системами.
В последнее время происходит расширение функций FM-систем функциями управления сетевыми объектами, задачами проектирования и эксплуатации. Возникла необходимость точной координатной привязки сетей и совместного использования этой информации с другой пространственной информацией о расположении реальных объектов (сетей, зданий и сооружений, природных объектов и т.п.).
В 90-е годы XX века - AM/TM/G1
Системы мелкомасштабного пространственного анализа:
Системы мелкомасштабного пространственного анализа связаны прежде всего с задачами природопользования, а также территориального планирования и управления.
Одним из первых разработчиков ГИС был Институт Исследований Систем Окружающей Среды (ESRI) в США.
В России такого рода системы также появились впервые в организациях геологического и географического профиля. (Фирма Ланэко, ЦГИ ИГ РАН, географический факультет МгУ).
Информационно-картографическая аналитическая система DataGraf (Институт охраны природы).
СУБД - Системы управления базами данных
База данных (БД) - организованный набор взаимосвязанных файлов.
СУБД предназначены для манипулирования текстовыми, графическими и числовыми данными с помощью персонального компьютера или рабочих станций.
СУБД выполняют функции формирования наборов данных, поиска, сортировки и корректировки данных.
СУБД позволяют работать с данными путем реализации ограниченного числа часто используемых функций и определения последовательности их выполнения.
Классификация современных ГИС-программ по функциональным возможностям:
Базовые программные средства универсальные специализированные
Модули приложения (решение специализированных задач)
Вспомогательные средства, или утилиты (выполнение отдельных операций)
Фирмы-разработчики создают семейства программных продуктов для решения различных по направлениям и объёму задач, реализации различных групп функций (ГИС-вьюеры, Настольные, Серверные, Интернет-серверы, Интернет-вьюеры, Мобильные ГИС и т.д.)
Слайды и текст этой презентации
ГЕОАНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
Обязательные функции ГИС
функции организации выбора объектов по тем или иным условиям;
редактирования структуры и информации в базах данных;
картографическая визуализация;
картометрические функции;
построение буферных зон;
анализ наложений;
сетевой анализ и проч.
Операции поддерживаемые многими ГИС:
процедуры кластеризации и классификации;
построение изолиний;
проверка статистических зависимостей (факторный и корреляционный анализы);
геометрические и проекционные преобразования геометрических данных.
Цель пространственного анализа:
выявление закономерностей в структуре или особенностей распределения объектов, а также их характеристик в пространстве;
определение наличия и вида взаимосвязей в пространственном распределении нескольких классов объектов или отдельных характеристик;
анализ тенденций развития явлений в пространстве и во времени;
выбор решения с учетом пространственных характеристик.
Функции работы с базами данных
изменение структуры баз данных;
ввод новых данных и редактирование имеющихся;
выполнение специальных процедур анализа;
простой поиск сведений;
поиск необходимых данных с использованием запросов типа SQL;
вычисление новых значений поля по характеристикам других полей базы данных или других баз;
создание производных баз данных путем объединения записей исходной базы или выбором части полей исходной базы;
объединение баз по общему полю и др.
переход к собирательным, обобщенным характеристикам объектов, сгруппированным по различным критериям
Первый способ группировки - объединение объектов одной темы в соответствии с их размещением внутри полигональных объектов другой темы.
Второй способ - объединение объектов по равенству значений определенного атрибута.
Формирование и редактирование пространственных данных
разбиение полигонов линиями;
слияние полигонов;
создание полигона с дыркой, задаваемой вторым полигоном;
удаление области перекрытия между полигонами (вычитание одного полигона из другого);
получение пересечения полигонов;
совмещение узлов разных объектов;
разреживание узлов/генерализация;
удаление избыточных полигонов.
привязка к карте объектов, расположение которых в пространстве задается сведениями из таблиц баз данных
Информация может быть представлена следующим образом:
координатами объектов прямоугольными или географическими;
адресами объектов в адресной системе урбанизированных территорий;
почтовыми индексами;
расстоянием от начала линейных маршрутов.
Построение буферных зон
Буферные зоны - полигоны, границы которых отстоят на определенное расстояние от границ исходных объектов
наложение двух разноименных слоев с генерацией производных объектов, возникающих при их геометрическом наслоении, и наследованием их семантики.
позволяет пользователю решать различные задачи на пространственных сетях связных линейных объектов (реки, дороги, трубопроводы, линии электропередач и т.п.)
Задачи:
определение ближайшего (кратчайшего) и наиболее выгодного пути,
подготовка маршрутного листа,
задачи диспетчеризации и управления движением,
определение уровней нагрузки на сеть,
определение зон влияния на объекты сети других объектов,
определение зон доступности (обслуживания).
Расчет первичных показателей:
площадей,
длин,
периметров,
объемов, заключенных между поверхностями.
Расчет вторичных характеристик:
углы наклона,
экспозиции склонов,
зоны видимости и др.
построении новых объектов - зон, т.е. участков территорий, однородных в смысле выбранного критерия или группы критериев
Задачи:
выделение зон различной степени проходимости,
зон экологического риска,
зонирование урбанизированных территорий по транспортной доступности,
построение зон обслуживания поликлиник и т.д.
метод размытых (нечетких) множеств;
метод нейронных сетей;
теория хаоса;
теория катастроф;
фрактальный анализ.
Размытые (нечеткие) множества
Геоситуационный анализ - многомерный анализ, учитывающий историческую ретроспективу, современное состояние взаимосвязи и взаимодействия множества факторов - природных, экономических, социальных, экологических, политических, национальных и т.п.
Должны соответствовать условиям:
1) наличию строго упорядоченной системы признаков относительно порядка их восприятия;
2) возможности специфического усиления признаков любой ступени восприятия.
метод позволяет определить, насколько хаотичное поведение отдельных звеньев пространственных структур способно повлиять на пределы нормальных вариаций их параметров
Хаос - скопление элементов без динамических связей; возможны лишь контакты соседства.
Хаос - неотъемлемое фундаментальное свойство материи
Основой развития хаотического режима является состояние риска.
сочетание вероятности и последствий проявление опасности, вытекающее из комплексного негативного воздействия компонентов среды
сочетание вероятности и последствий возможной опасности (опасного события)
вероятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для природной среды и вызванного негативным воздействием хозяйственной и иной деятельности
один из основных методов для изучения прерывных изменений, качественных скачков. Позволяет оценить не только стабильность форм, но и их появление, развитие и исчезновение
В основе этого подхода лежит представление о географической (территориальной) катастрофе как динамическом процессе
удобный инструмент для описания и моделирования географических процессов и явлений, порождающих структуры, обладающие в полной мере свойствами самоподобия и представляющие сходные закономерности в различных пространственных и временных масштабах
Фрактальность - результат постоянного (регулярного) процесса, порождающего нерегулярные формы.
Читайте также: