Источники информации и способы ее передачи и приема

1. Наземные наблюдения. Измерения на поверхности земли с помощью топографических приборов – рулетки, лазерного дальномера, компаса, мензулы и кипрегеля, теодолитом, нивелиром, GPS-приемниками.

2. Данные типа «перепись» - данные статистики, включающие как позиционные, так и описательные данные.

3. Косвенные методы сбора данных:

a.Аэрофотосъемка – использование аналоговых или цифровых фотоаппаратов, для принятия изображения земной поверхности (оценка, управление лесами, земельными ресурсами, геология, городское хозяйство, военное дел).

b.космическая съемка– использование специальных цифровых устройств на спутниках Земли (сенсоры), работающие в нескольких спектральных диапазонах. Использование подобных данных позволяет обозревать большие площади без существенных временных затрат и очень оперативно.

c. телеметрические методы– используются различные датчики, удаленные от получателя информации, находящиеся на стратегически важных позициях (автоматическая метеостанция, датчики наблюдения за сейсмической активностью и тд.)

Тема 2

Организация информации в ГИС. ГИС как база пространственно распределенной информации. Изображения и таблицы. Модели представления графических данных. Электронная карта как многослойное изображение.

Окружающий нас мир сложен для нашего непосредственного понимания. Мы создаем модели реальности, имеющие в некоторых аспектах общие свойства с исследуемыми сущностями реального мира. На основе этих моделей создаются базы данных.

Моделирование является одним из наиболее распространенных в науке понятий. Первоначально под словом “модель” подразумевался “образец в малом виде”, уменьшенная копия предмета. Впоследствии моделями стали называть любые образы (изображения, описания, схемы, карты и т.д.) объектов, процессов, явлений, используемые в качестве “заместителя”, “представителя”, оригинала данной модели.

Современные геоинформационные системы представляют пространственное распределение сущностей в виде объектов: точек, линий, ломаных, путей, площадей,

поверхностей. Атрибуты содержат пространственную и непространственную информацию о сущностях и связаны с пространственными объектами ГИС.

Электронные картымогут быть представлены в виде двух форматов: векторном и растровом. Каждый объект описывается с двух сторон: как объект в пространстве (графическое представление) и как объект, имеющий различные количественные и качественные характеристики (атрибуты).

Координатные данные в векторном формате

Все объекты окружающего мира, отображенного на классической бумажной карте графически могут быть представлены в виде трех типов: точка, линия, полигон (область).

Координатные данные в растровом формате

Растровая модель данных основывается на представлении карты с помощью регулярной сетки одинаковых по форме и площади элементов – пикселов.

При увеличении изображения в первом случае увеличивается размер прямоугольных ячеек - элементов изображения (пикселей), из которых состоит растровое изображение. При этом ни форма, ни цвет прямоугольников (величина сигналов) не изменяется.

Добавление третьего измерения к полигональным объектам позволяет наблюдать и фиксировать поверхности(холмы, долины, скалы и тд). Поверхности могут описываться с указанием местоположения, занимаемой площади, ориентации и с добавлением третьего измерения, высот. Поверхности состоят из бесконечного числа точек со значениями высот. Мы считаем, что они непрерывны, поскольку эти точки распределены без разрывов, непрерывно, по всей поверхности. В действительно же, поскольку высота трехмерного объекта меняется от точки к точке, мы также можем измерять величину изменения высоты с перемещением от одного края к другому.

Описательные (не графические) данные

Второй тип данных, используемый в ГИС не является графическим. Это описательная информация, которая хранится в базе данных об объектах (точка, линия, площадь) расположенных на карте. Описательная информация называется атрибутивной.

Таким образом, атрибут (attribute) - свойство, качественный или количественный признак, характеризующий пространственный объект (не связанный с его местоуказанием).

Атрибут являющийся общим для всех объектов - это географическое местоположение, которому может быть дано имя атрибута МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ. Другие атрибуты зависят от типа характеристики объекта и от того, какое именно свойство объекта наиболее важно для отдельно выбранной цели или задачи. Для примера:

· участок земли имеет владельца, размер и цель для которой он используется владельцем

· нефтяной колодец имеет определённый тип и пропускную способность в единицу времени

· у улицы есть название, тип поверхности, и т.д.

Каждую из этих характеристик можно специально идентифицировать в ГИС, присвоив им имена атрибутов, такие как СОБСТВЕННИК, ТИП ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ, или название улицы.

Каждый атрибут имеет набор возможных значений относящихся к нему.

Полное цифровое описание пространственных объектов, состоит из геометрической (картографической) и непозиционной (атрибутивной) части. Для управления этими данными в программных продуктах ГИС используются различные средства: собственные средства для управления позиционными данными и стандартные коммерческие средства СУБД, как правило, реляционного типа (INFO, dBASE и т.п.). Связывается пространственная и атрибутивная информация через идентификаторы.

Карта с точки зрения ГИС

Исходя из выше сказанного, каждый тип объектов описывается своим набором атрибутов. И каждый тип объектов можно поместить только в отдельный слой карты.

Слои. Большинство ГИС позволяют Вам разделять информацию на карте в логические категории называемые картографическими слоями. Слои обычно содержат информацию только об одном типе объектов, подобно тип почвы участков, или о небольшой группе связанных объектов, например, коммунальные транспортные магистрали (телефонные, электрические и газовые линии).

Данные логично разделяют на слои карты, так чтобы ими можно было манипулировать и анализировать в пространстве либо по отдельности, либо совместно с другими слоями. Для получения более значимых аналитических результатов слои в ГИС должны быть связаны друг с другом через общую систему координат базы данных.

Слои можно использовать для создания композитных карт, совмещая их на дисплее компьютера, подобно тому, как используют слайды на прозрачной основе при показе на проекторе. При анализе новых перекрытий создаются математически комбинированные перекрытия уже существующих. Новые комбинации можно использовать для создания альтернативных сценариев. Логически разделённые данные по слоям облегчают управление и использование базы данных и её производных.

Этот принцип лежит в основе создания цифровых карт – принципмногослойности. Объекты разных типов и различные по смыслу располагаются в отдельных слоях электронной карты, как слои в пироге.

Модели данных в ГИС.

Таким образом, можно сказать, что существует два модели графического изображения пространства: векторная и растровая.

Векторные модели.       

Векторныйметод представления данных позволяет создавать точные пространственные координаты явным образом. Здесь подразумевается, что изображаемое пространство является непрерывным, а не квантованным на дискретные ячейки. Это достигается приписыванием точкам пары координат (ХУ) координатного пространства, линиям – связнойпоследовательности пар координат их вершин, полигонам – замкнутой последовательности соединенных линий, начальная и конечная точка которых совпадают.

Векторная модель показывает геометрию картографических объектов. Чтобы придать свойства объектам, последние связывают с атрибутивными данными, хранящиеся в отдельном файле или в базе данных. В этом случае графические примитивы хранятся отдельно от атрибутов.

Некоторые примитивные объекты существуют самостоятельно и имеют определенную атрибутивную информацию, другие, более сложные наборы данных. Например, дорожная сеть, содержит не только информацию о типе дороги и ей подобную, но и показывает возможное направление движения. Эта информация должна быть сообщена каждому отрезку, чтобы сообщать пользователю об изменении направления движения. Другие коды, могут содержать данные об узлах, соединяющих эти отрезки. Это могут быть перекрестки дорог, светофоры и тп. Эти дополнительные атрибуты определяют по всей сети, чтобы компьютер знал присущие реальности взаимоотношения, которые этой сетью моделируются. Такая информация о связности и пространственных отношениях объектов называется топологической.

Растровые модели.

Растровый метод использует квантование, или разбиение пространства на множество элементов, каждый из которых представляет собой малую, но вполне определенную часть земной поверхности. Такой метод создает растровое изображение. Чаще всего использую квадраты, или ячейки, которые в растровых моделях одинаковы по размеру. Растровые структуры не обеспечивают точной информации о местоположении, поскольку пространство поделено на дискретные ячейки конечного размера. Вместо точных координат точек мы имеем отдельные ячейки растра, в которых эти точки находятся. В этом случае точка изображается с помощью простой ячейки, линия – как цепочки ячеек. Эта структура данных изображает линии ступенчатым образом. Таким же образом отображаются полигоны.

В растровых системах есть два способа включения атрибутивной информации об объектах. Простейшим является присвоение значения атрибута каждой ячейке растра (например, индекс растительности). Но в таком варианте каждая ячейка имеет только одно значение атрибута. Второй подход – связывание каждой ячейки растра с базой данных, так что любое число атрибутов может быть присвоено каждой ячейке растра.

Ячейки растра примыкают друг к другу для покрытия всей области. Поэтому мы можем использовать номера ячеек по вертикали и по горизонтали в качестве координат. В то же время, ячейки или пикселы результатов дистанционного зондирования сразу создаются в некоторой проекции, и для измерения на растр может быть помещена более точная координатная сетка.

Растры содержат информацию трех видов:

1. тематические данные (тип растительности, ориентация или уклон склона и тд);

2. данные дистанционного зондирования (аэрофо- и космосъемка);

3. обычные цветные изображения (сканированные карты или фотографии).