Введение. Что такое САПР. Что такое ГИС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный строительный университет»

Утверждено

На заседании кафедры ГСХ

«   »                            2013 г.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

по дисциплине

«Основы проектирования с использованием информационных и ГИС технологий»

по специальности «Экспертиза и управление недвижимости»,

«Городское строительство и хозяйство»

(всех форм обучения)

Ростов-на-Дону–2013

УДК.

Шеина С.Г., Матвейко Р.Б. Основы проектирования с использованием информационных и ГИС технологий: учебное пособие. – Ростов-н/Д: Рост.гос.строит. университет. 2013 - с.

В пособии рассматриваются вопрогсы эффективного управления недвижимостью с использованием современных информационных технологий и комплексного подхода к методике экспертизы жилых зданий, включая комплексно-статистический метод с применением информационных технологий

Пособие предназначено для проведения лекционных, практических и лабораторных занятий со студентами специальности «Экспертиза и управление недвижимостью» и «Городское строительство и хозяйство» (всех форм обучения).

              СОСТАВИТЕЛЬ: д.т.н., проф. Шеина С.Г., к.т.н. Матвейко Р.Б.

РЕЦЕНЗЕНТ: В.А. Макеев, д-р экон. наук., проф. (зав. каф. «Экономика и предпринимательство», РГУПС);

                                          Редактор Гладких Н.Е.

                                          Темплан 2013, поз.

ЛР № 020818 Подписано в печать                     Формат 60х84/16

Бумага писчая              Ризограф                                        Уч.-изд.л.2,5

Тираж 100 экз.

Редакционно-издательский центр Ростовского государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

Содержание

1. Введение. Что такое САР. Что такое ГИС.

2. История ГИС. ГИС в России

3. ПО семейства ArcGIS

4. Данные ГИС

5. Хранение данных ГИС

6. Проект в ГИС

7. Системы координат

8. Требования к способам отображения на картах точечных линейных и площадных объектов

9. Понятия о базах данных и их разновидностях

Цель и задачи дисциплины

Дисциплина имеет целью формирование у будущего специалиста пространственного мышления, позволяющего оценивать территорию застройки, влияющие на процесс строительства и эксплуатации факторы; привития навыков работы с электронной картой и инструментами обработки пространственной информации.

Основными задачами(компетенциями) дисциплины являются:

• приобретение

− навыков пространственного мышления, способности обобщения, анализа, восприятия географической информации, постановкой цели вы бором путей ее достижения;

− знаний нормативной базы в области инженерных изысканий, принципов построения электронных карт планировки и застройки населенных мест;

• овладение

− умением логически верно, аргументировано и ясно строить устную речь;

− стремлением к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства;

− основными законами геометрического формирования, построения и взаимного пересечения моделей плоскости и пространства, необходимыми для чтения и построения чертежей и карт;

− основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки пространственной информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией;

− пространственным моделированием на бае стандартных пакетов автоматизации проектирования и исследований, методами постановки и проведения экспериментов по заданным методикам;

• формирование:

− умения использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

− способности работать с информацией в локальных и глобальных компьютерных сетях;

− способностей составлять отчеты по выполненным работам, участвовать во внедрении результатов исследований и практических разработок.

Введение. Что такое САПР. Что такое ГИС

Система автоматизированного проектирования (САПР) или CAD (англ. Computer-Aided Design) – система, предназначенная для выполнения проектных работ с применением компьютерной техники, позволяющая создавать конструкторскую и технологическую документацию на отдельные изделия, здания и сооружения.

Компоненты САПР:

1. Математическое обеспечение – математические модели, методики и способы их получения (например, программные расчетные программы производят расчет конструкций по немного различающимся алгоритмам, в результате инженерам нужно выбирать, что им ближе),

2. Лингвистическое обеспечение – наличие корректных переводов на русский язык.

3. Техническое обеспечение – устройства ввода, обработки и вывода данных, средства поддержки архива проектных решений, устройства передачи данных.

4. Информационное обеспечение – информационная база САПР, автоматизированные банки данных, системы управления базами данных (СУБД).

5. Программное обеспечение

6. Программные компоненты – наличие дополнительных модулей.

7. Методическое обеспечение – наличие корректного и понятного руководства пользователя.

8. Организационное обеспечение – техническая поддержка производителя, наличие обратной связи: форумов, горячей линии, проведение семинаров по использованию САПР и т.п.

Информационная система – это система, выполняющая процедуры над данными для получения информации, полезной для принятия решений

Геоинформационные системы (ГИС – географическая информационная система) – системы, предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных объектах.

Структура ГИС:

1. Данные (пространственные данные).

2. Аппаратное обеспечение (ЭВМ, сети, накопители, сканер и т. п.).

3. Программное обеспечение.

4. Технологии (аналитические процедуры и методы).

5. Специалисты.

Науки, вошедшие в основу создания ГИС:

- Геодезия.

- Математика.

- География.

- Статистика.

- Дистанционное зондирование Земли.

- Теория управления.

- Информатика.

- Топография.

- Картография.

- Фотограмметрия.

Области использования ГИС

- Экология и природопользование.

- Земельный кадастр и землеустройство.

- Управление городским хозяйством.

- Региональное планирование.

- Демография и исследование трудовых ресурсов.

- Управление дорожным движением.

- Оперативное управление и планирование в чрезвычайных ситуациях.

- Социология и политология.

- Оборона.

- Метеорология.

- Геология.

Возможности ГИС:

- интегрирует пространственную и любые иные типы информации;

- предлагает единую концептуальную, методическую и технологическую основу для организации географически координированных данных;

- позволяет рассматривать данные, основанные на признаках географического взаиморасположения объектов (близости/удаленности) в реальном окружающем нас мире;

- предлагает новые, более близкие к аналоговым и потому легко воспринимаемые, способы манипулирования и отображения данных (посредством картографических образов). – в противовес прежним, когда оператор ГИС работал только с цифрами и уравнениями на компьютере.

Специалисты, работающие в области ГИС и геоинформационных технологий занимаются: накоплением первичных данных: проектированием баз данных: проектированием ГИС; планированием, управлением и администрированием геоинформационных проектов; разработкой и поддержкой ГИС; маркетингом и распространением ГИС-продукции и геоданных; образованием и обучением ГИС-технологиям.

По территориальному охвату ГИС различают:

- глобальные (global GIS);

- субконтинентальные;

- национальные, зачастую имеющие статус государственных;

- региональные (regional GIS);

- субрегиональные;

- локальные или местные (local GIS).

Основы построения географических информационных систем

Двумя основными типами информации для ГИС являются пространственные и атрибутивные или тематические базы данных. В ГИС графическая и семантическая информация хранится как единое целое, что позволяет управлять не только объектами, но и связями между ними. Пространственная информация описывает расположение и очертания графических объектов. Тематическая информация содержит описание количественных и качественных характеристик объектов и связей между ними.

Каждый объект на карте может быть описан одним или несколькими геометрическими примитивами и атрибутами. К геометрическим примитивам относятся прежде всего точки, линии и полигоны.

Атрибуты – это числовые или символьные характеристики, содержащиеся в базе данных, они могут относиться как к самим примитивам, так и к объектам. Данные, хранящиеся в атрибутах этих видов, принадлежат, как правило, к целым, вещественным и символьным типам. По мере развития ГИС разнообразие используемых атрибутов увеличивается. Многие ГИС используют графические и аудио-атрибуты (фотографии и звуковое описание объекта), а также атрибуты «действия» или «поведения», т.е. функции, которые должны быть выполнены при определенных условиях.

Совокупность примитивов и атрибутов образует простой объект. Совокупность объектов может образовать сложный или составной объект. Использование объектов очень удобно, поскольку обеспечивает наследование. Таким образом, изменения объекта или атрибута порождает изменения во всех объектах, частью (или предком) которых он является. Не все ГИС допускают обращения к сложному объекту, состоящему из нескольких примитивов или объектов, как к целому. Такие системы, как ArcView 3.2, различают только линейные, точечные и полигональные объекты, наследственность в них отсутствует. В какой-то степени ее можно имитировать. В версии ArcGIS 10 используется модель СОМ для объектов, что позволило полностью использовать все преимущества объектной модели данных, в том числе наследование. Объектно-ориентированный подход используется практически во всех современных ГИС.

Наиболее характерным подходом в представлении информации в ГИС является послойный, когда объекты одного типа попадают в один слой и могут иметь только простые примитивы.

Все объекты и примитивы имеют свой идентификатор (номер), при помощи которого происходит привязка тематической информации к графической. Использование идентификатора позволяет проводить всесторонний анализ информации, содержащейся в БД. Указав объект, можно определить атрибуты, относящиеся к этому объекту или даже несколько БД и, наоборот, по атрибутам определить графический объект.

Понятие слоя

Физически геометрические примитивы записываются как последовательность пар координат. Окружности и кривые показываются ломаными линиями, т.е. списком координат, полигон записывается как серия пар координат или серия пар идентификаторов ломаных или отрезков. Совокупность точек, линий и площадей образует цифровое представление карты.

Карта во многих системах логически организована как набор слоев информации. Слои составляют объекты, объединенные одной темой, например гидрография. В традиционной картографии этому примерно соответствуют цветные слои карты. Могут существовать, например, слой дорог, слой жилых построек и т.п. В слое могут содержаться объекты одного типа: точки, линии или полигоны. Иногда ГИС допускает наличие в слое объектов, разных и по типу и по теме, но чаще встречается логическое разбиение информации на слои.

Система координат

Все объекты земной поверхности, представляемые на карте, являются двумерными, т.е. задаются координатами X,Y. Картографическая информация может поступать из источников, имеющих различные системы координат. Свои системы координат имеют также дигитайзеры. Актуальной проблемой для ГИС является преобразование координат в некую единую систему для работы или в такую, которая нужна для выдачи конечного продукта.

Обычно ГИС работают с наиболее распространенными проекциями: Меркатора, Ламберта, прямоугольной и др. Список из 10-15 поддерживаемых проекций имеет практически каждая система, однако такое количество, как правило, не нужно для систем, работающих с крупными масштабами, в которых используется максимум 1-2 проекции.

История ГИС. ГИС сегодня

История ГИС насчитывает четыре основных этапа: пионерский период,  период государственных инициатив, период коммерческого развития и пользовательский период. Рассмотрим каждый из них более подробно.

1. Пионерский период(поздние 1950-е – ранние 1970-е)

Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы. Создание формальных методов пространственного анализа. Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах. Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х.

Создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров.

Создание программных средств управления базами данных.

2. Период государственных инициатив(нач. 1970-х – нач. 1980-х)

Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям (автоматизированные системы навигации, Системы вывоза городских отходов и мусора, движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т. д.).

3. Период коммерческого развития(ранние 1980-е – настоящее время)

Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

4. Пользовательский период(поздние 1980-е – настоящее время)

Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

Обзор ГИС-продуктов

Развитие ГИС в последние годы можно сравнить со взрывом, произошедшим благодаря отмене ограничения на производство и использование пространственных данных. Широкое распространение получили GPS-приемники и онлайн-сервисы, позволяющие находить кратчайший маршрут, выполнять поиск ближайших магазинов, или просто виртуально путешествовать, рассматривая космические снимки и панорамные фотографии интересных мест.

Среди многообразия продуктов ГИС можно выделить 2 группы:

- онлайн-сервисы и бесплатные настольные приложения;

- профессиональные программные комплексы.

ГИС-разработчики предлагают, как правило, комплекс продуктов, покрывающий первые три группы, выпуская на одной платформе настольное и мобильное приложение, и предоставляя интернет-портал.

Яндекс, например, предлагает карты, работающие онлайн, и имеющие мобильные версии (http://maps.yandex.ru). Отдельного упоминания заслуживает Народная Яндекс карта, которую рисуют все желающие интернет-пользователи, а карта Яндекс-Пробки составляется по данным, отправляемыми обычными водителями со своих коммуникаторов или смартфонов в автоматическом режиме, и позволяет отслеживать дорожные заторы и планировать свои поездки (рис. 88). Сервис Карты Google предлагает аналогичные услуги (http://maps.google.com), а также кроме мобильных, имеет настольное приложение Google Earth. Портал OpenStreetMap (http://www.openstreetmap.org) является мировым аналогом Народной Яндекс карты.

Онлайн-справочники позволяют выполнять поиск фирм и магазинов, задавая нужные параметры запроса, и выбирая наиболее удобные по расположению варианты. Также, как правило, они позволяют прокладывать кратчайшие маршруты по городу, как на автомобиле, так и используя общественный транспорт с указанием возможных пересадок и общим временем в пути. Наиболее ярким представителем этой категории сервисов явлется Дубль-ГИС (http://www.2gis.ru), также в этом направлении работают Сам5гис (http://sam5gis.ru), 4гео (http://rostov.4geo.ru), Вектор (http://surgut.vmp.ru).

Публичная кадастровая карта (http://maps.rosreestr.ru/PortalOnline) позволяет предоставить неограниченно широкому кругу лиц сведения государственного кадастра недвижимости на единой картографической основе. Кроме этого, любой пользователь может получить дополнительные сведения о земельном участке, выполнить поиск участка или единицы кадастрового деления по кадастровому номеру, перейти на портал оказания госудрственных услуг Росреестра для оформления запроса на получение сведений по выбранному объекту (рис. **).

Рисунок ** – Публичная кадастровая карта

Платформа OrbisMap, разрабатываемая компанией Орбис Системс, позволяет строить на своей основе интернет-решения различных масштабов. На ней созданы и функционируют Инвестиционная карта Российской Федерации (http://invest.gov.ru/map), Социально-экономические показатели РФ (http://www.orbissocial.com), и другие проекты, предназначенные для мониторинга различных процессов в масштабе Российской Федерации и ее субъектов.

Среди производителей профессиональных программных комплексов можно выделить ArcGIS (ESRI); MapInfo (Pitney Bowes Software); AutoCAD Map 3D, MapGuide (Autodesk); MicroStation (Bentley), GeoMedia (Intergraph); Zulu (Политерм); IndorGIS (ИндорСофт).

Появилось множество ГИС организаций и сообществ:

- ГИС-Ассоциация объединяет организации и специалистов, занятых в области разработки и применения геоинформационных технологий.

- Дата+ дистрибьютор геоинформационных систем, занимается продажей, методическим и лингвистическим сопровождением геоинформационных систем ArcGIS ESRI, EasyRtace и др.

- GIS-Lab («ГИС Лаборатория») является независимым информационным ресурсом, посвященным Географическим информационным системам и Дистанционному зондированию Земли, и одновременно, сообществом людей занимающихся и интересующихся этими областями знаний.

- ИндорСофт – разработчик программного обеспечения для проектирования, строительства, эксплуатации автомобильных дорог и электрических сетей (рис.**).

Рисунок ** – IndorRoad: Геоинформационная система автомобильных дорог

- Геоинформика - российская компания, работающая на рынке информационных технологий в секторе геоинформационных систем. Компания представляет на российском ГИС-рынке передовые программные продукты и технологии для создания и управления пространственными данными любого масштаба от европейских и мировых разработчиков геоинформационных систем.

- Политерм занимается разработкой программного обеспечения в области геоинформационных технологий и компьютерного моделирования инженерных коммуникаций.

- Intergraph Corporation организация-разработчик в области таких технологий, как компьютерная графика, геоинформационные системы, аппаратные ускорители компьютерной графики, полноценная среда для проектирования и твердотельного моделирования.