О возложении обязанностей врио директора

В связи с истечением срока и прекращением трудового договора с директором Федерального государственного учреждения науки Института природных ресурсов, ...

Все объявления

Геоинформационные системы в современном информационном пространстве

Автор: Фалейчик Лариса Михайловна

Дата: 27.01.2015

При решении разного рода задач и принятии решений люди используют информацию о различных объектах и явлениях окружающего нас мира. Львиная доля этой информации имеет пространственную и временную компоненту - будь то данные о численности и возрастном составе населения, их доходах, экономическом развитии и природных ресурсах регионов, типах ландшафтов, лесов и почв, чрезвычайных ситуациях, производственной деятельности компаний или другая информация об объектах, явлениях и событиях на нашей планете. Каждый объект, процесс или явление имеют свое местоположение, которое можно определить, например, с помощью географических координат: широты и долготы. Тем самым можно сказать, что каждый объект и явление реального мира имеют географическую, или пространственную, привязку. Часто именно местоположение является основным связующим звеном среди огромного объема, казалось бы, несопоставимых фактов, явлений и событий, информацию о которых мы получаем или имеем. Анализ пространственных взаимоотношений позволяет некоторым образом упорядочить имеющуюся информацию, привести ее к более удобному для осмысления виду, получить общую картину реальности, увидеть некоторые закономерности, которые не прослеживаются в условиях оторванности одной информации о пространственном объекте от другой и от информации об окружающих объектах.

Пространственная (географическая) информация вследствие своей универсальности и интеграционной способности является информационной основой, базовым элементом, как в процедуре принятия решений, так и при решении различных задач управления территорией. При выборе наилучшего маршрута путешествия, прокладке курса судна, поиска дома по адресу, в задачах нахождения оптимальных маршрутов городского транспорта, наилучшего расположения школ, больниц, детских учреждений, защиты населенных пунктов от наводнений, селей, оползней, прокладки городских инженерных коммуникаций и др. обязательно используется информация о местоположении объектов и их пространственных взаимоотношениях.

Технология географических информационных систем (ГИС) позволяет накапливать знания об окружающем нас мире в современной цифровой форме и наглядно отображать их в виде различных электронных карт. Она позволяет также интегрировать поступающую из различных источников разнородную информацию по любым объектам, территории, региону и распространять ее в режиме реального времени. Эта технология объединяет традиционные операции при работе с базами данных, такими, как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Кроме того, ГИС является новым языком общения и сотрудничества, дающим возможности совместной работы специалистам разных областей знания и разных стран.

Технология ГИС позволяет устранить разрыв, существующий между различными формами представления информации, разрыв между пространственными и непространственными данными. Она позволяет интегрировать средства пространственного анализа и другие технологии.

Географические информационные системы обладают возможностью комплексного учета и совместного анализа различных составляющих окружающего нас мира: физической, биологической, социально-экономической, культурной, демографической, исторической, инженерно-технической и др. Использование этой возможности на разных организационных и масштабных уровнях помогает и позволяет людям принимать более обоснованные и более эффективные решения. ГИС – это не инструмент для выдачи решений, а средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений.

Организация данных в ГИС

Вся информация о реальном мире, с которой работает ГИС, организована по тематическому принципу в виде тематических слоев, которые объединены на основе их географического положения. Слой (в разных ГИС он именуется по-разному: layer – слой, theme – тема, coverage – покрытие) является основной функциональной единицей представления географической информации на электронной карте. В нем связаны наборы пространственных объектов и их атрибутивная информация.

Каждый слой – это совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одной теме, в пределах некоторой территории и в системе координат, общей для набора слоев: слой рек, слой озер, слой дорог, слой населенных пунктов, слой земельных участков, разделенных по принципу землепользования, слой административных единиц территории, слой границ этих административных единиц, слой почв и т.д. и т.п. Слой можно определить как картографическое представление географических данных. Ему можно назначить определенный способ отображения объектов, определить выборку отображаемых объектов, диапазон масштабов отображения.

Слой можно представить в виде прозрачной пленки с нанесенными на нее однородными объектами. Последовательно накладывая такие прозрачные пленки одна на другую, можно получить карту определенного содержания. Если данные всех слоев находятся в одной системе координат, они четко ложатся послойно друг на друга (пространственно связаны). Разные сочетания слоев дадут разные тематические карты территории.

Слои могут использоваться многими пользователями по всей организации без дублирования географических данных. Слой может ссылаться на данные в любом компьютере, подключенном к сети.

ГИС дает возможность работать с большим количеством тематических слоев одновременно и изменять порядок их взаимного расположения. Набор слоев для одной географической области образует базу данных ГИС.

Пространственные объекты разного типа в ГИС моделируются разным образом. Для представления дискретных объектов и явлений служат векторные и растровые модели, для непрерывных – растровые и триангуляционные модели.

Модели представления данных в ГИС

С помощью ГИС пространственные данные можно представить как совокупность отдельных объектов в векторном формате (векторная модель), как матрицу ячеек со спектральными или атрибутивными данными (растровая модель) или как набор точек триангуляции, моделирующий поверхность (триангуляционная модель).

 

Векторные модели представляют пространственные объекты в виде точек, линий и полигонов. Они лучше всего подходят для моделирования дискретных объектов, которые имеют точную форму и положение. В основе этой модели представления данных лежит разделение всех пространственных объектов на элементы – вершины (vertexes), имеющие свои координаты, и соединяющие их дуги (арки). Все вершины имеют пару координат (X, Y). Для каждого объекта хранится набор атрибутивной информации.

  • Местоположение точечного объекта записывается и хранится как одна пара координат. Совокупность точечных объектов образует точечный слой данных.
  • Линейный объект – это линия, состоящая из нескольких линейных сегментов. Его местоположение и форма описываются последовательной цепочкой двух и более вершин и соответствующих им пар координат. Совокупность линейных объектов – линейный слой.
  • Полигональный (площадной) объект – это внутренняя область, образованная замкнутой последовательностью линейных сегментов. Его местоположение и форма хранятся в виде замкнутой цепочки пар координат (вершин), в которой первая и последняя пары координат (вершины) совпадают. Совокупность полигональных объектов образует полигональный слой данных.

Способы представления в ГИС географической области
(слева – векторная модель, справа – растровое изображение)

Растровые модели данных могут представлять все, что характеризует земную поверхность: от таких как рельеф, растительность, до космоснимков, отсканированных карт и фотографий. Лучше всего подходят для хранения и работы с непрерывными данными: высота местности, уровень минерализации почв, температура поверхности, уровень грунтовых вод, концентрация загрязняющих веществ в почве, фоновый уровень шума. В растровой модели части реального мира представляются в виде поверхности, равномерно разделенной на ячейки. Все ячейки имеют одинаковые ширину и высоту. В результате получается матрица (грид), каждый из элементов которой можно описать двумя координатами (x, y, или колонка, ряд) и дополнительным значением для каждой ячейки (Z).

Для каждой ячейки растра хранится единственное значение, зависящее от того, как растр был получен. Например, если это изображение, полученное со спутника, то каждая его ячейка (пиксел) представляет собой преобразованное в цифровое значение определенное количество световой энергии, отраженной от участков земной поверхности и попавшей на чувствительную ячейку матрицы прибора (сенсор).

 

                       изображение                                           поверхность

Растровые данные в каждой ячейке могут содержать информацию о высоте над уровнем моря в данной точке или любую другую характеристику данной области, например, температуру почвы или воздуха, типы землепользования или почв, код района или класс растительности, среднюю зарплату в регионе или плотность популяции некоторого вида и т.д.

Триангуляционная модель данных части реального мира представляет в виде сети связанных треугольников, начерченных между неравномерно распределенными точками, заданными тройкой координат (х, y, z): поверхность нерегулярно разбивается на множество треугольников (триангуляционная нерегулярная сеть – TIN). TIN состоит из точек, каждой из которых сопоставлено вещественное значение, которое обычно соответствует высоте. Эти значения могут также представлять концентрацию химических веществ, уровень грунтовых вод или количество осадков. По этим точкам производится построение сети треугольников, т.е. триангуляция, которая образует непрерывную поверхность в трехмерном пространстве.

 

Эти модели особо хороши для построения моделей земной поверхности, так как плотность точек в любой части поверхности можно брать пропорционально пересеченности рельефа: для горного, особенно на участках резких перепадов высот – нужна высокая плотность точек, для равнинного участка – низкая.

Модель данных TIN – эффективный способ хранения и анализа различных поверхностей. При заданном объеме хранимых данных триангуляционная поверхность позволяет более точно, в сравнении с растровой, моделировать неоднородные поверхности, в которых существуют резкие перепады на одних участках и незначительные – на других.

Наложение на поверхность TIN растрового изображения, изолиний, векторной информации и др. объектов позволяет получить реалистичную «плоскую» карту или трехмерный перспективный вид участка земной поверхности.

Если на TIN поверхность сверху наложить фотографическое изображение данной территории, то можно получить фотореалистическое отображение рельефа данной местности.

Все три основных способа представления пространственных данных – векторный, растровый и триангуляционный – обладают своими достоинствами и недостатками, не исключают друг друга и успешно применяются для определенного класса задач пространственного анализа и картографии. Можно иметь в базе данных все три представления пространственной информации для изучаемой территории, чтобы в определенный момент работы с данными использовать наиболее подходящий для решения конкретной задачи. В ГИС имеется возможность преобразования данных из одного формата в другой.

Растровые и триангуляционные данные часто служат фоном для отображения векторной информации, чтобы обеспечить фотореалистический эффект и наглядно представить форму земной поверхности.

  

 

Количество просмотров: 5011

Вернуться

 

Солодухина М. А.

Темы научных исследований: Геохимия и биогеохимия химических элементов в ...

Подробнее

Усманов М. Т.

Темы научных исследований: гидрогеохимия, гидрогеология, геокриология, гидрология, компьютерное моделирование минеральных ...

Подробнее

Тяпкина А. Г.

Темы научных исследований: нет

Подробнее