Функциональные возможности ГИС

Краткий курс лекций

По дисциплине

«ГИС и ЗИС»

Волгоград

ИПК «Нива» ВГСХА

2011

УДК 004.4:91

ББК 32.81:65.32-5

М-78

М-78Краткий курс лекций по дисциплине «ГИС и ЗИС» /Сост. С.С. Марченко - Волгоград: ИПК ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА «Нива», 2011. – 56 с.

Рекомендовано методической комиссией эколого-мелиоративного факультета ВГСХА от 20 ноября 2010 г., протокол №4

УДК 004.4:91

ББК 32.81:65.32-5

© ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия, 2011

© Марченко С.С., 2011

ВВЕДЕНИЕ.. 5

1. Принципы создания и функционирования географических информационных систем... 6

1.1. Понятие географической информационной системы.. 6

1.2. Принципы функционирования ГИС.. 6

1.3. Классификация ГИС.. 7

1.4. Структура ГИС.. 7

1.5. Функциональные возможности ГИС.. 8

2. Аппаратные средства и программное обеспечение ГИС 10

2.1. Обзор технических средств ГИС.. 10

2.2. Программное обеспечение. 16

3. Информация в ГИС.. 17

3.1. Виды информации в ГИС.. 17

3.2. Структурные особенности географической и картографической информации 17

3.3. Принципы организации и способы представления данных в ГИС.. 17

3.4. Идентификаторы, классификаторы, форматы данных. 21

3.5. Стандартизация информационного и иного обеспечения. 23

4. Картографические возможности ГИС.. 25

4.1. Картографические возможности ГИС.. 25

4.2. Общая технологическая схема создания карт земельных ресурсов. 26

4.3. Создание слоев и таблиц. 27

4.4. Разработка легенды карты.. 27

4.5. Компоновка карты и зарамочное оформление. 28

5. Картографирование средствами MapInfo.. 28

5.1. Основные характеристики и картографические особенности системы 28

5.2. Технология создания и анализа карт. 29

6. Система земельно-кадастровой информации.. 44

6.1. Информационное обеспечение автоматизированной системы Государственного земельного кадастра. 44

6.2. Виды, структура, источники информации. 45

6.3. Точность информации. 46

6.4. Генерализация земельно-кадастровой информации. 48

6.5. Формирование земельно-кадастровых баз и банков данных. 48

7. Земельно-информационные системы (ЗИС). 49

7.1. Понятие ЗИС. 49

7.2. Классификация ЗИС. 51

7.3. Место ГИС в информационном обеспечении земельного кадастра и землеустройства. 52

7.4. Цель и задачи разработки и применения ЗИС в земельно-кадастровых и землеустроительных действиях. 53

Список литературы... 54

ВВЕДЕНИЕ

Значительная часть информационных ресурсов так или иначе относится к пространственным данным, и их эффективное использование в управленческой деятельности, экономике, социальной сфере и обороне эффективно при наличии мощных инструментов по их обработке. Одним из таких инструментов являются географические информационные системы. В настоящем пособии приводятся теоретические сведения об основах функционирования географических информационных систем, программных комплексах, реализующих эти принципы, а также приемы работы с конкретными геоинформационными системами.

Данное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Землеустройство», «Земельный кадастр» и «Городской кадастр» и соответствует государственному образовательному стандарту по этим специальностям.

Принципы создания и функционирования географических информационных систем

Понятие географической информационной системы

Впервые термин «Географическая информационная система» (geographical information system) появился в англоязычной литературе и получил сокращенное наименования GIS. Чуть позже он появился и в русском языке как «географическая информационная система» или «геоинформационная система», или в сокращенной форме «ГИС».

Географические информационные системы – это информационные системы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку, отображение и распространение пространственно-распределенных данных, а также получение на их основе новой информации и знаний о пространственно-координированных явлениях[1].

Данные – это термин, который наиболее часто используется при изучении дисциплины «Географические и земельные информационные системы».

Данные – совокупность фактов и сведений, представленных в каком-либо формализованном виде для использования в в науке или других сферах человеческой деятельности.

Элемент данных содержит три главных элемента: атрибутивные сведения (семантические данные), которые описывают сущность (семантику), характеристики, переменные, значения и тому подобные его квалификации; географические сведения, характеризующие его положение в пространстве относительно других данных; временные сведения, описывающие момент или период времени, для которого предоставляются данные.

Принципы функционирования ГИС

Функционирование ГИС должно быть основано на применении следующих принципов [1]:

1) соответствия структуры ГИС, ее характеристик и возможностей предъявляемым к ней требованиям пользователей. Этот принцип реализуется в результате разработки вариантов структуры ГИС, их анализа и выбора лучшего варианта;

2) системности, то есть использование системного подхода при создании и использовании ГИС. Этот принцип заключается в рассмотрении объекта исследования как целостной системы, состоящей из набора подсистем, взаимосвязанных между собой;

3) комплексности системы, этот принцип заключается в возможностях совместного анализа больших групп параметров в их взаимной связи, что важно для изучения сложных природных и антропогенных процессов;

4) эффективности системы, суть этого принципа заключается в повышении эффективности функционирования ГИС и решения задач на их основе, причем под эффективностью понимают соотношении затрат на создание и эксплуатацию системы и получаемых результатов;

5) полноты информационного обеспечения управлением территории в процессе эксплуатации системы;

6) открытости системы, то есть обеспечение возможности модернизации, доработки, наладки и настройки системы для решения различных типов задач.

Классификация ГИС

Классификация ГИС возможна по нескольким критериям: пространственному охвату; объекту и предметной области информационного моделирования; проблемной ориентации; функциональным возможностям; уровню управления [1].

По пространственному охвату различают глобальные, субконтинентальные, национальные, межнациональные, региональные, локальные, муниципальные ГИС.

В зависимости от предметной областиинформационного моделирования бывают природоохранные, земельные, муниципальные ГИС, ГИС для целей предотвращения и локализации последствий чрезвычайных ситуаций.

По проблемной ориентацииГИС бывают инвентаризационные, издательские, учебные, справочные, исследовательские.

По функциональным возможностямГИС делят на универсальные и специализированные.

По уровню управления ГИС бывают федерального, регионального и отраслевого уровня.

Структура ГИС

Структурно ГИС состоит из следующих подсистем:

- ввода данных;

- хранения данных;

- пространственного анализа;

- выдачи данных.

Подсистема ввода данных.Исходными данными для ГИС служат карты, планы и фотоснимки, а также другие внешние источники, позволяющие получить цифровые данные – статистические, результаты полевых исследований и съемок, данные стационарных измерительно-наблюдательных сетей. Ввод данных осуществляется с помощью специализированных программ через обменные форматы, что будет рассмотрено далее, или непосредственно средствами самой ГИС.

Подсистема хранения данныхзависит от варианта работы пользователя с системой. Чаще всего для хранения данных используются возможности СУБД, в которую входят две составляющие, одна из которых предназначена для хранения позиционных данных (координат), а другая для атрибутивных (описательных) данных.

Подсистема пространственного анализапредназначена для анализа близости (окрестности), расчета зон видимости/невидимости, анализа сетей (топологий), расчета и построения буферных зон, анализ и расчет наложений. Кроме того подсистема решает задачи по выбору объектов в зависимости от ряда критериев.

В ряде геоинформационных систем в рамках подсистемы пространственного анализа реализовано цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей.

Подсистема выдачи данныхпредназначена для представления различных данных ГИС и результатов анализа в удобной для потребителя форме. Технические средства этой системы включают плоттеры, принтеры, мультимедиапроекторы, программное обеспечение для публикации в интернет, а также другие устройства, позволяющие наглядно демонстрировать результаты проделанной в ГИС работы.

Функциональные возможности ГИС

Функциональные возможности ГИС можно объединить в следующие группы:

1) Ввод и редактирование данных. Сюда входит аналогово-цифровое преобразование данных (при помощи дигитайзеров, сканеров с последующей векторизацией, импорт цифровых данных, проверка корректности цифровой модели).

2) Поддержка моделей пространственных данных. Полученная цифровая модель может существовать в рамках определенных представлений информации – растровой, векторной, квадротомической и некоторых других.

3) Хранение данных включает проектирование и ведение баз данных атрибутивной информации ГИС, поддержка функций систем управления базами данных (ввод, хранение, манипулирование, обработка запросов, поиск, выборка, сортировка, обеспечение целостности, защита данных) в рамках одной из моделей организации баз данных - иерархической, сетевой, реляционной.

4) Преобразование систем координат и трансформация картографических проекций предназначены для перехода от прямоугольных декартовых координат к географическим, пересчета для координат из одной картографической проекции в другую, и других операций выполняемых на эллипсоиде или шаре.

5) Растрово-векторные операции обеспечивают возможность совместного использования растрового и векторного представления пространственных данных, взаимное преобразование и совмещение в рамках одной карты.

6) Измерительные операции и операции аналитической (координатной) геометрии реализуют измерения длин отрезков, кривых, площадей, характеристик формы объектов и т.д., а также автоматизацию геодезических измерений.

7) Полигональные операции включают определение принадлежности точки полигону, линии полигону, наложение полигонов (оверлей), слияние полигонов.

8) Пространственно-аналитические операции включают функции по анализу окрестности, анализ зон видимости/невидимости, анализ сетей, построение буферных зон.

9) Пространственное моделирование – построение и использование моделей пространственных объектов, их взаимосвязей и динамики процессов.

10) Цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей – создание и обработка цифровых моделей рельефа, расчет производных морфометрических характеристик.

11) Вывод данных– генерация отчетов, документирование результатов в текстовой, графической, табличной формах с использованием различных графических периферийных устройств, экспорт данных.

1.6. Интерфейс делает возможным взаимодействие и его реализация наиболее сильно влияет на удобство работы пользователя в ГИС.

Интерфейс ГИС может быть реализован разными способами или их сочетанием. Среди основных элементов интерфейса выделяют следующие:

- командная строка – место для набора специальных команд, реализующих различные функции системы;

- меню – текстовые или пиктографические элементы управления, позволяющие выбрать нужную команду или действие из возможного на данный момент перечня (списка);

- окна – одновременный или последовательный вывод на экран изображений или текста в ограниченных рамками участках рабочего поля программы;

- панели – плавающие или закрепленные в различных областях экрана наборы кнопок, дублирующие команды или пункты меню.

1.7. При использовании ГИС общего назначения в какой-либо предметной области неизбежно возникают задачи, для решения которых недостаточно функций, изначально созданных разработчиками. Для расширения количества функций, и, следовательно, круга задач, которые можно решать в рамках используемой ГИС, используют встроенные языки программирования. Особенность встроенных языков заключается в том, что программы, написанные с их использованием, работают только в среде соответствующей ГИС.

Встроенный язык программирования имеет в своем составе инструменты (типы данных, команды) позволяющие непосредственно работать со свойствами объектов карты и с самими объектами карты и базы данных. Таким образом, использование встроенных средств программирования сильно упрощает и ускоряет адаптацию ГИС к решению задач любой отрасли хозяйствования.