Геоинформационные системы в развитии современного общества

     - время: временная изменчивость фиксируется разными способами:

1) интервалом времени, в течение  которого существует объект;

2) скоростью изменчивости объектов;

3) временем получения значений  свойств.

 

 

           2.2. Геоинформационные структуры и модели данных

Для визуализации геоинформационной  структуры используют

растровые и. векторные модели данных [рис. 4].

                     

 

    Рис. 4. Растровая и векторная модели пространственных данных [2]

        В растровых моделях данных, в отличие от векторных, нет объектов как обособленных сущностей, в них объекты понимаются как области однородных характеристик. Растровые данные всегда обладают собственной системой координат: каждый пиксел адресуется номером ряда и столбца, на пересечении которых он расположен. Для всякого растрового изображения известны его размеры по горизонтали и вертикали. При использовании растра в качестве подложки для векторных цифровых карт производится так называемое трансформирование растра, обеспечивающее совмещение обоих изображений. При трансформировании выполняется преобразование координат пикселов из пиксельной системы координат в систему координат карты.

        Векторные модели данных. Модель данных имеет в основе так называемую линейно-узловую топологию, или структуру узлов и дуг. Дуги являются основным (базовым) типом линейных объектов, узлы – это специальный тип точечных объектов, существующий совместно с дугами. В основе линейно-узловой структуры [рис. 5] лежит принцип последовательного конструирования линейных объектов из точечных и площадных из линейных. Так, два несовпадающих узла определяют начальную и конечную точки одного линейного объекта (дуги), при этом они могут также соединяться с одной или несколькими другими дугами.

 

 

 

 

              

 

          

                  Рис. 5. Пространственные объекты линейного типа [9]

Узел – это либо свободное окончание или начало каждой дуги,

или точка пересечения дуг.

Дуга – это самостоятельный линейный объект, состоящий, как

минимум, из двух узлов – начального и конечного.

       Топология - одна из ключевых концепций ГИС. Это пространственные взаимоотношения межу смежными и близлежащими объектами. Топология отражается в структуре данных. Топологические

структуры более предпочтительны [pис. 6].

 

 

Типы топологий:

1. Линейно-узловые топологические отношения;

2. Объектные топологии:

• внутриобъектные топологические отношения;
• Межобъектные топологические отношения;
• Узловые топологические отношения;
• Межобъектные топологические отношения в пределах одного слоя;
• Межслойные топологические отношения между объектами.

3. Топологические межобъектные  ресурсные связи;

4. Концептуальные топологические  отношения (отношения между

классами объектов, или логические связи).

     

         Рис. 6. Топологическое представление векторных объектов [14]

Рассмотрим  преимущества растровой и векторной  моделей.

          Растровая  модель:

• картографические проекции просты и точны, т.е. любой объект

неправильной формы описывается с точностью до одной ячейки растра;

• непосредственное соединение в одну картину снимков дистанционного

зондирования (спутниковые  изображения или отсканированные  аэрофотоснимки);

• поддерживает большое разнообразие комплексных пространственных

исследований;

• программное обеспечение для растровых ГИС легче освоить и оно более

дешевое, чем для векторных ГИС.

Векторная модель:

• Хорошее визуальное представление географических ландшафтов.
• Топология местности может быть детально описана, включая

телекоммуникации, линии электропередач, газо- и нефте-трубопроводы.

• Превосходная графика, методы которой детально моделируют реальные

объекты.

• Отсутствие растеризации (зернистости) графических объектов при

масштабировании зоны просмотра [рис. 7].

       Рис. 7. Сопоставление растровой и векторной моделей данных [14]

Выделим преимущества растровой и векторной моделей данных.

Растровая модель:

1) простая структура данных;

2) эффективные оверлейные операции;

3) работа со сложными структурами;

4) работа со снимками.

Векторная модель:

1) компактная структура; 

2) топология; 

3) качественная графика.

               2.3. Классификация и функциональные подсистемы ГИС

     ГИС системы разрабатываются с целью решения научных и прикладных задач по мониторингу экологических ситуаций, рациональному использованию природных ресурсов, а также для инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, для принятия оперативных мер в условиях чрезвычайных ситуаций и др. Множество задач, возникающих в жизни, привело к созданию различных ГИС, которые могут классифицироваться по следующим признакам:

       По функциональным возможностям:

- полнофункциональные ГИС общего назначения;

- специализированные ГИС ориентированы на решение конкретной задачи в какой либо предметной области;

- информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования.

        Функциональные возможности ГИС определяются также архитектурным принципом их построения:

- закрытые системы - не имеют возможностей  расширения, они способны выполнять только тот набор функций, который однозначно определен на момент покупки;

- открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования).

        По пространственному (территориальному) охвату:

- глобальные (планетарные) (global GIS);

- субконтинетальные;

- общенациональные;

- региональные (regional GIS);

- субрегиональные;

- локальные (local GIS);

-в том числе муниципальные (urban GIS) [11].

       По проблемно-тематической ориентации:

- общегеографические;

- экологические и природопользовательские;

- отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, геологические, туризма и т.д.) [2].

       По типу представления географической информации:

- ГИС на основе растровой модели представления данных. В таких ГИС цифровое представление географических объектов формируется в виде совокупности ячеек растра (пикселей) с присвоенным им значением класса объекта;

- ГИС на основе векторной модели представления данных. В этом случае цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов осуществляется в виде набора координатных чисел.

       Различают еще такие геоинформационные системы как:

- интегрированные ГИС (ИГИС) (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде;

- полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation) обеспечивая графическое, или картографическое воспроизведение данных любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением;

- пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными [11].

ГИС представляет собой набор следующих подсистем:

• подсистема сбора данных, которая собирает и проводит

предварительную обработку данных из различных источников. Эта

подсистема также в основном отвечает за преобразования различных

типов пространственных данных;

• подсистема хранения и выборки данных, организующая

пространственные данные с целью  их выборки, обновления и редактирования;

• подсистема манипуляции данными и анализа– это сердце ГИС, то,

ради чего ГИС существует. Общие  задачи анализа:

1. Картирование местоположения  объектов и явлений.

2. Картирование по величине.

3. Картирование плотности.

4. Поиск объектов, попадающих  внутрь других объектов.

5. Поиск объектов, находящихся на расстоянии от других объектов.

• подсистема вывода, которая отображает всю базу данных или

часть ее в табличной, диаграммной  или картографической форме. Благодаря работе и функционированию этих подсистем мы получаем значительный перевес, в картографическом процессе, в сторону ГИС, относительно традиционных бумажных карт [табл. 3]. 

                                                                                                                        Таблица 3

                                Сравнение ГИС и традиционных  карт

Карта	ГИС
Процесс картографирования
Сбор данных: аэрофотоснимки, геодезические работы и др. Обработка данных: агрегирование, классификация и т.д.; линейный процесс Производство карты: конечная стадия (без распространения)   Тиражирование карты	Сбор данных: аэрофотоснимки, геодезические работы и др. Обработка данных: агрегирование, классификация, плюс анализ; циклический процесс Производство карты: не всегда конечный этап. Обычно на основе одной карты создаются и другие Тиражирование карты
Функции подсистемы ввода
Ввод: запись (компиляция) на бумаге - точки - линии - области Источники: - аэрофотосъемка - цифровое ДЗЗ - геодезические работы - словесные описания и зарисовки - статистические данные и др.	Ввод: запись в память компьютера - точки - линии - области Источники – то же, что и для карт плюс: - готовые цифровые карты - цифровые модели рельефа - цифровые ортофотоснимки - цифровые базы данных
Функции подсистемы хранения и выборки
Точки, линии и области рисуются на бумаге с помощью символов       Выборка – это просто чтение карты	Точки, линии и области хранятся как растры или координаты и идентификаторы в компьютере Таблицы атрибутов связаны с  координатами Выборка требует эффективных методов компьютерного поиска
Функции подсистемы анализа
Требуются линейка, планиметр, транспортир  и другие инструменты, используемые человеком- аналитиком Возможности ограничены данными, сгруппированными и представленными на бумажной карте	Используются возможности компьютера для измерения, сравнения и описания информации в базе данных Обеспечивает быстрый доступ к  исходным данным, позволяет группировать и переклассифицировать данные для дальнейшего анализа
Функции подсистемы вывода
Только графическое представление Многие формы карт Модификации могут включать картограммы и др.   Включают также таблицы, графики, диаграммы, фотографии и др.	Карта – лишь один из видов вывода в ГИС За малыми исключениями, ГИС предлагают те же возможности, что и традиционные карты Включают также таблицы, графики, диаграммы, фотографии и др.