Презентация Геоинформационные системы

Геоинформационные системы

Географические информационные технологии

Системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, Gallileo)
Системы спутников, которые позволяют определять координаты объектов с точностью до сантиметров
Системы геосъемки
Спутники или самолеты с фотоаппаратурой высокого разрешения
Геоинформационные системы
Программные системы с возможностями ввода, управления, анализа и отображения географических данных
Первые два пункта – системы для ввода данных в ГИС. ГИС обеспечивает управление данными с этих систем

2

Четыре шага к ГИС

3

Графический редактор (Corel Draw, Photoshop)

Дополнительные данные из других источников

Запросы по атрибутивной информации

Сложные запросы

Точки зрения

Хранителей карт. ГИС - система поиска и выдачи на экран монитора карт определенной территории, а также их легенд, объяснительных текстов, табличных данных, графиков, диаграмм и др.
Создателей карт. ГИС должна быть скорее исследовательской или проектной средой, нежели просто справочным инструментом

4

Определение ГИС(географическая информационная система)

Внутренне позиционированная автоматизированная пространственная информационная система, создаваемая для управления данными, их картографического отображения и анализа
Интегрированная компьютерная система, которая осуществляет сбор, хранение, манипулирование, анализ, моделирование и отображение пространственно соотнесенных данных

5

Процесс создания ГИС

6

Упрощенная структурная схема

В основе – сцена – то, что подлежит картированию
Сцена описывается значениями признаков – свойств пространственных структур.
Способ картирования – измерение и оценка данных признаков
Классифицированные и определенным образом организованные значения признаков образуют легенду карты –жесткий каркас из ранее заданных свойств

7

Состав ГИС

ГИС – открытая система, включающая:
набор данных о каких-либо пространственных объектах,
инструкции по получению этих данных,
инструменты для их обработки,
инструменты для преобразования их в изображение
хорошо организованные правила получения нужной информации из системы

8

Зачем нужны ГИС?

9

Зачем изучать ГИС?

80% деятельности правительственных организаций имеет отношение к геоданным
управление земельными ресурсами, уборка мусора, размещение пожарных и милиции, размещение объектов жизнеобеспечения
Активное использование в бизнесе
анализ потребителей, управление маршрутами
эксплуатация естественных ресурсов (нефть, газ, …)
управление объектами сельского хозяйства, строительство
В армии
управление военными операциями
интерпретация данных со спутников
В научных исследованиях
география, геология, ботаника, социология, экономика, эпидемиология, криминология

10

Что особенного дают ГИС?

Автоматизация деятельности, связанной с геоданными
Интеграция данных из независимых источников
Взаимодействие сложных геоинформационных паттернов
Сложные геоинформационные запросы
Комплексное геоинформационное моделирование (моделирование природных катаклизмов, управление ресурсами)

11

Базовые понятия

ГИС-технологии – технологическая основа создания географических информационных систем, позволяющая реализовать их функциональные возможности
Геоинформационный анализ – анализ размещения, структуры, взаимосвязей объектов и явлений с использованием методов пространственного анализа
Цифровое покрытие – семейство однотипных пространственных объектов в пределах некоторой территории

12

Пространственный объект

- цифровое представление объекта реальности, содержащее его местоуказание и набор свойств.
Точечные
Линейные
Полигональные
Поверхности

13

Функциональные возможности ГИС

Ввод данных в машинную среду при помощи импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью оцифровки источников
Преобразование данных, конвертация между форматами, изменение систем координат
Хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных
Картометрические операции
Средства персональных настроек пользователей

14

Геоинформатика

- наука, технология и производственная деятельность:
по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию ГИС
по разработке ГИС-технологий
по прикладным аспектам или приложениям ГИС для практических или геонаучных целей

15

Что интересует нас?

Позиционирование и навигация
Координаты. Навигационные системы
Пространственная информация в геоинформационных системах
Картографические и геоинформационные структуры данных
Программирование ГИС
Нормативно-правовые аспекты ГИС

16

История ГИС

1950-70 гг. «Новаторский период»
Исследование принципиальных возможностей ГИС, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, теоретические работы
1970-80 гг. «Период государственного влияния»
Развитие крупных ГИС-проектов под эгидой государства, формирование геоинформационных госструктур, снижение роли отдельных групп исследователей

17

История ГИС

1980-… гг. «Период коммерческого развития»
Широкий рынок разнообразных ГИС, расширение области их применения путем интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей
Конец 1980-… гг. «Пользовательский период»
Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей ГИС, появление пользовательских «клубов», связанных единой тематикой возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

18

Задачи ГИС

Стратегическое планирование, прогнозирование и выявление потребностей в проектировании
Анализ деятельности действующих предприятий
Мониторинг состояния окружающей среды
Оперативное реагирование на аварийные ситуации
Информационное обеспечение профилактических и аварийных ремонтных работ.

19

Области знаний ГИС-инженера

20

Информатика(Computer Science)
компьютерная графика
визуализация
базы данных
администрирование
защита баз данных

География и смежные науки:
картография
геодезия
фотография
геостатистика

Область использования:
администрирование
геология
планирование
полезные ископаемые
управление лесами
маркетинг
строительство
криминология

ГИС-специализации

Накопление первичных данных
Проектирование баз данных
Проектирование ГИС
Планирование, администрирование, управление ГИС-проектами
Разработка и поддержка ГИС
Маркетинг и распространение ГИС-продукции
Образование и обучение ГИС-технологиям

21

Архитектура ГИС

22

сбор данных

Запросы

Геоинформационная база данных

Представление и отчеты

Преобразования и анализ

Базовые компоненты ГИС

Аппаратная платформа
Программное обеспечение
Данные
Аналитик (человек)


Затраты на оборудование – малая часть от затрат на приобретение о обработку данных

23

Модель данных ГИС

24

Назначение модели данных

Представить географические особенности реального мира в цифровом формате в виде базы данных таким образом, чтобы они были представлены в абстрактной форме в виде карты и позволяли манипулировать данными для решения некоторых проблем

25

26

Слои модели данных

27

Реализация модели данных

28

Данные организованы в виде слоёв. Каждый слой содержит некоторый класс объектов
Слои интегрируются при помощи единой системы координат на земной поверхности

Модель данных ГИС (пример)

Три слоя:
дороги
водные ресурсы
топография
Их можно изучать совместно, поскольку они заданы в единой системе координат
Слои содержат два типа данных:
географические
атрибутивные
Два типа слоёв:
векторный
растровый
4 свойства географических данных:
проекция, масштаб, разрешение и точность

29

дороги

широта

широта

широта

Внутренняя база данных

географическая информация – описывает месторасположение объектов и служит для отображения информации (хранится в shapefile, «Таблица данных векторного изображения»)
атрибутивная информация – данные, описывающие качественные и количественные параметры объектов («Таблица внутренних атрибутов», «Таблица внешних атрибутов»)

30

Географические и атрибутивные данные?

31

Представление данных в растровом и векторном форматах

Растровая модель
Растровое изображение (raster) – изображение содержит сетку, у каждого элемента которой есть дополнительные атрибуты
Картинка (image) – простое изображение, состоящее из пикселей
Векторная модель (vector)
Любой географический объект в реальном мире может быть представлен в векторной форме одной из фигур: точки, линии, многоугольники

32

Вектор и растр

33

Реальный мир

Векторное представление

Растровое представление

Проекция, масштаб, точность и разрешение

Проекция (projection) – метод, с помощью которого двумерные координаты карты будут отображаться на трехмерную поверхность земли
Масштаб (scale) – параметр, который ставит в соответствие расстояние на карте расстоянию на земной поверхности

34

Проекция, масштаб, точность и разрешение

Точность (accuracy) – точность с которой информация из базы данных отражает реальный мир
Позиционирование
Согласованность
Полнота
Разрешение (resolution) – размер наименьшего элемента, который может соответствовать растровым данным
Для растровых данных измеряется в пикселях

35

Термины растрового слоя

Площадная зона – набор соседствующих местоположений одинакового свойства
Значение – единица информации, хранящаяся в слое для каждого пикселя объекта
Местоположение – наименьшая единица картографического пространства, для которого могут быть определены характеристики или свойства

36

Обозначения на векторных картах

37

ГИС и цифровая картография

Карты со сложным содержимым (Corel Draw, InDesign, Publisher) – не ГИС
В ГИС – географическая привязка объектов и единое координатное пространство
В ГИС – аналитическая обработка (буферизация, объединение, вырезание, наложение)
В ГИС – возможность задавать вопросы (с помощью запросов)

38

Отличие цифровой карты от ГИС-карты

39

Аппаратная платформа ГИС

Простые ГИС
Персональный компьютер, ОС Windows, Linux
Профессиональные ГИС
Рабочая станция на RISC-процессорах, монитор>21’, многозадачная ОС Unix, Solaris, VMS
Зачем мощные машины?
Векторизаторы
Высокая детализация карт
Значительные объемы данных (>ТБ)

40

Устройства ввода/вывода

41

Устройства ввода/вывода

42

Классификация ГИС(по функциональности)

Профессиональные – руководство крупными отраслями и территориями (ESRI, Autodesk, Simens)
Настольные – прикладные научные задачи, оперативного управления и планирования (MAP Info, ArcView, Atlas)
Вьюверы, электронные атласы – системы информационно-справочного использования. Нет возможности редактирования

43

Классификация ГИС(по типам представления графической информации)

ГИС на основе растровой модели
цифровое представление графических объектов – совокупность ячеек растра
ГИС на основе векторной модели
Объект как набор координатных чисел

44

Словарь

Accuracy – точность
GIS – Geographic Information Systems
Image – простое изображение
Projection – проекция
Raster – изображение с сеткой и атрибутами
Resolution – разрешение
Scale – масштаб
Shapefile – файл, содержащий векторные данные

45