Контрольная работа по «Географическим и земельно-информационным системам»

В 2004 году на международном уровне был принят новый документ[2], диктующий условия проведения измерений и установивший новые правила сличения государственных эталонов. Понятие «погрешность» стало устаревать, вместо него было введено понятие «неопределённость измерений»[источник не указан 580 дней], однако ГОСТ Р 50.2.038-2004[3] допускает использовать термин погрешность для документов, использующихся в России.

 

Определение погрешности

В зависимости  от характеристик измеряемой величины для определения погрешности  измерений используют различные  методы.

• Метод Корнфельда, заключается в выборе доверительного интервала в пределах от минимального до максимального результата измерений, и погрешность как половина разности между максимальным и минимальным результатом измерения:

• Средняя квадратическая погрешность:

• Средняя квадратическая погрешность среднего арифметического:

Классификация погрешностей

По форме представления

Абсолютная погрешность — ΔX является оценкой абсолютной ошибки измерения. Величина этой погрешности зависит от способа её вычисления, который, в свою очередь, определяется распределением случайной величины Xmeas. При этом неравенство: ΔX > |Xmeas − Xtrue | , где Xtrue — истинное значение, а Xmeas — измеренное значение, должно выполняться с некоторой вероятностью, близкой к 1. Если случайная величина Xmeas распределена по нормальному закону, то обычно за абсолютную погрешность принимают её среднеквадратичное отклонение. Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах измерения, что и сама величина.

Существует несколько  способов записи величины вместе с  её абсолютной погрешностью.

• Обычно используется запись со знаком ±. Например, рекорд в беге на 100 метров, установленный в 1983 году, равен 9,93±0,005 с.
• Для записи величин, измеренных с очень высокой точностью, используется другая запись: цифры, соответствующие погрешности последних цифр мантиссы, дописываются в скобках. Например, измеренное значение постоянной Больцмана равно1,380 6488(13)×10−23 Дж/К, что также можно записать значительно длиннее как 1,380 6488×10−23±0,000 0013×10−23 Дж/К.

Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины (РМГ 29-99):  ,  .

Относительная погрешность  является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.

Приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по формуле  , где Xn — нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:

• если шкала прибора односторонняя, то есть нижний предел измерений равен нулю, то Xn определяется равным верхнему пределу измерений;
• если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора.

Приведённая погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.

По причине возникновения

Инструментальные / приборные  погрешности — погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора.

Методические погрешности — погрешности, обусловленные несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики.

Субъективные / операторные / личные погрешности — погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.

В технике применяют приборы  для измерения лишь с определённой заранее заданной точностью — основной погрешностью, допускаемой в нормальных условиях эксплуатации для данного прибора.

Если прибор работает в  условиях, отличных от нормальных, то возникает  дополнительная погрешность, увеличивающая  общую погрешность прибора. К дополнительным погрешностям относятся: температурная, вызванная отклонением температуры окружающей среды от нормальной, установочная, обусловленная отклонением положения прибора от нормального рабочего положения, и т. п. За нормальную температуру окружающего воздуха принимают 20 °C, за нормальное атмосферное давление 101,325 кПа.

Обобщённой характеристикой  средств измерения является класс  точности, определяемый предельными  значениями допускаемых основной и  дополнительной погрешностей, а также  другими параметрами, влияющими  на точность средств измерения; значение параметров установлено стандартами  на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств, так как точность зависит также от метода измерений и условий их выполнения. Измерительным приборам, пределы допускаемой основной погрешности которых заданы в виде приведённых основных (относительных) погрешностей, присваивают классы точности, выбираемые из ряда следующих чисел: (1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0)*10n, где показатель степени n = 1; 0; −1; −2 и т. д.

По характеру  проявления

• Случайная погрешность — погрешность, меняющаяся (по величине и по знаку) от измерения к измерению. Случайные погрешности могут быть связаны с несовершенством приборов (трение в механических приборах и т. п.), тряской в городских условиях, с несовершенством объекта измерений (например, при измерении диаметра тонкой проволоки, которая может иметь не совсем круглое сечение в результате несовершенства процесса изготовления), с особенностями самой измеряемой величины (например при измерении количества элементарных частиц, проходящих в минуту через счётчик Гейгера).
• Систематическая погрешность — погрешность, изменяющаяся во времени по определённому закону (частным случаем является постоянная погрешность, не изменяющаяся с течением времени). Систематические погрешности могут быть связаны с ошибками приборов (неправильная шкала, калибровка и т. п.), неучтёнными экспериментатором.
• Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность — непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени. Она представляет собой нестационарный случайный процесс.
• Грубая погрешность (промах) — погрешность, возникшая вследствие недосмотра экспериментатора или неисправности аппаратуры (например, если экспериментатор неправильно прочёл номер деления на шкале прибора или если произошло замыкание в электрической цепи).

По способу измерения

• Погрешность прямых измерений - вычисляются по формуле

где : t = Sxαs ; Sx — Средняя квадратическая погрешность среднего арифметического, а αs — коэффициент Стьюдента, а А — число, численно равное половине цены деления измерительного прибора.

• Погрешность косвенных воспроизводимых измерений — погрешность вычисляемой (не измеряемой непосредственно) величины:

Если F = F(x1,x2...xn), где xi — непосредственно измеряемые независимые величины, имеющие погрешность Δxi, тогда:

• Погрешность косвенных невоспроизводимых измерений - вычисляется по принципу прямой погрешности, но вместо xi ставится значение полученное в процессе расчётов.

 
2. ФОРМИРОВАНИЕ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ  ИЗОБРАЖЕНИЙ

 

Картографическими изображениями называют разнообразные генерализованные изображения Земли, других небесных тел или небесной сферы и относящихся к ним явлений, выполняемые в картографических условных знаках; их строят в картографической проекции (и тогда считают картами) или по другому математическому принципу - для глобусов и блок-диаграмм.

Подобно географическим картам, карты Луны и планет, изображающие их поверхность, рельеф, иногда также другие природные свойства, строят в картографических проекциях, используя картографические знаки и генерализацию. Система координат связывается с осью вращения и экваториальной плоскостью небесного тела. Проникновение человека в космос повлекло создание многих карт Луны, в том числе очень детальных. Посылка автоматических станций к другим планетам проложила пути к их исследованию и первоначальному картографированию с использованием радиолокационных съемок.

В настоящее время в различных организациях, занимающихся сбором и обработкой информации о территориях, накоплено и используется огромное количество картографических материалов на бумажной и жесткой основе. Использование этих материалов часто вызывает некоторые проблемы, такие как: недолговечность бумажной основы планшетов, неудобство в работе (особенно планшеты крупных масштабов), ограниченные возможности учета изменений ситуации.

В большинстве современных геоинформационных систем имеется возможность использования растровых подложек, которые представляют собой отсканированные изображения картографического материала территории различных масштабов и используются в качестве основы формирования векторных данных электронных карт. Но использование большого количества растров часто вызывает как технические так и технологические затруднения. Это обусловлено такими причинами как: 

• средний размер планшетов исходного картматериала (500×500 мм) больше формата общедоступных сканеров (A4–A3) и, соответственно, сканирование планшетов возможно только частями;
• проблемы пространственного совмещения фрагментов одного планшета и планшетов между собой;
• повышенные требования к аппаратному обеспечению из-за большого объема файлов растровых форматов (по сравнению с векторными данными), и др

В проектах GeoCad Systems™ эти проблемы решаются путем использования растровых полей – все отсканированные картографические материалы представляются в виде объектов двух типов: планшетов (векторные объекты, координаты границ которых соответствуют рамкам исходных планшетов) и растров (векторно-растровые объекты, представляющие собой векторные границы фрагментов изображений планшетов и растровые файлы, отображаемые в этих границах). Таким образом растровые подложки отображаются в единых координатах представления пространственных данных территории и в виде непрерывного (не ограниченного рамками планшетов) изображения (причем в память компьютера загружаются только те растровые файлы, отображение который требуется в настоящий момент).Непосредственно для создания растровых полей по приведенной выше методике и предназначена программа «Компоновщик растров» CPS Plan.

Оригинальные алгоритмы и простая  в освоении технология, реализованные  в программе, позволяют достигать  высокой точности «сшивки» изображений и их пространственной привязки

В цифровой картографии данный подход получил название послойного принципа (первый принцип) организации элементов  изображения.Второй принцип организации элементов изображения - объектно-ориентированный, когда объекты группируют в соответствии с логическими связями между ними, с построением различных иерархий и зависимостей.

В наиболее общем виде ГИС-технология создания цифровых карт следующая.

1. Подготовка исходных материалов  и ввод данных со следующих  источников информации:

с накопителей электронных тахеометров;

приемников GPS;

систем обработки изображений;

на основе дигитализации (цифрования) материалов обследований, авторских или составительских оригиналов, а также имеющихся планово-картографических материалов;

на основе сканирования исходных материалов и трансформирования полученного  растрового изображения.

2. Формирование и редактирование  слоев создаваемой карты и  таблиц к ним, а также формирование  базы данных.

3. Ввод табличных и текстовых  данных с характеристиками объектов (атрибутов).

4. Разработка знаковой системы  (легенды карты).

5. Совмещение слоев, формирование  картографического изображения  тематической карты и его редактирование.

6. Компоновка карты и формирование  макета печати.

7. Вывод карты на печать.

В картографии насчитывается 11 способов изображения тематического содержания: значковый; линейных знаков; качественного  фонда; количественного фонда; изолиний; локализованных диаграмм; знаков движения; ареалов; точечный; картограммы; картодиаграммы.

Такое разнообразие способов вызвано  тем, что различные объекты и  явления могут изменяться во времени  и пространстве, иметь разный характер распространения, а именно - сплошной повсеместный (воздушные массы, почвы), ограниченный по площади (месторождения  полезных ископаемых), рассредоточенный (посевы сельскохозяйственных культур), локализованный по пунктам (промышленные предприятия), линейный или полосной (транспортные пути). Для их отображения на тематических картах используют следующие способы изображения объектов и явлений:

способ значков, способ линейных знаков, способ качественного фонда, способ количественного фона, способ изолиний, способ локализованных диаграмм, способ знаков движения, способ ареалов, точечный способ, способ картограммы, способ картодиаграмм.

             Современные тенденции развития геоинформационных систем, а также реализация разнообразных проектов на их основе свидетельство того, что ГИС становятся универсальным инструментом, позволяющим объединить разрозненные информационные ресурсы организаций, предприятий, регионов и муниципальных образований на основе данных с координатной привязкой, т. е. обладающих географической составляющей, которая дает общую основу для построения единого информационного пространства. 
             Модульный принцип построения ГИС позволяет быстро и эффективно реализовать проекты любого уровня сложности. 
Разработанное ОАО «ОЭГ «Петросервис» семейство продуктов MAPPL включает следующие основные компоненты и библиотеки: 
ГИС-компонент MAPPL; 
программная оболочка ГИС-компонента MAPPLGIS; 
сервер репликаций MAPPLReplication; 
корпоративный Web-сервер MAPPLWeb. 
              ГИС-компонент MAPPL является полнофункциональной геоинформационной системой, выполненной в виде программного компонента, что позволяет встроить в пользовательское приложение компактное, эффективное, быстродействующее ядро с обширным набором инструментов. 
               Отличительными особенностями ГИС-компонента MAPPL являются высокая скорость поиска и отображения картографической информации за счет эффективного механизма пространственной индексации, который существенно сокращает время формирования картографического изображения, и механизма кэширования, устраняющего повторные обращения к серверу СУБД, поддержка всего спектра картографических проекций. 
Взаимодействие компонента с реляционными СУБД организованно через систему виртуальных драйверов, позволяющую хранить картографическую и семантическую информацию одного проекта на серверах различных СУБД (Oracle, MS SQL, SQLite и т. д.) в рамках локальной сети. 
 
Компонент поддерживает послойную организацию картографических проектов с возможностью группировки слоев карты, каждый из которых имеет собственный сетевой путь. Поведение группы слоев и каждого слоя в отдельности определяется набором соответствующих свойств, настройка которых может осуществляться как интерактивно, так и программно через соответствующий программный интерфейс. Слой может содержать объекты любых типов (площадные, линейные, точечные, надписи, растровые изображения). Отображение каждого объекта (цвет линии, раскраска, значок и т. д.) определяется его стилем, ссылка на который содержится в структуре описания объекта и хранится в базе данных. Стили картографических слоев хранятся в специальных файлах. ГИС-компонент позволяет организовать многопользовательскую работу со стилями, сохраняя возможность индивидуальной настройки стилей на каждом клиентском месте. 
          Для создания и редактирования векторных объектов различных типов, а также их стилей в ГИС-компоненте MAPPL предусмотрены графические редакторы с обширным набором инструментов. Для макрообъектов, состоящих из совокупности объектов (например, крупная река, представленная в базе данных совокупностью отдельных объектов, имеющих одно и то же название), имеются инструментальные возможности автоматизированного построения таблиц соответствия, позволяющие запоминать состав макрообъектов и в дальнейшем работать с ними. 
           Каждый объект, в том числе точечный, может быть многосвязным, т. е. состоять из нескольких частей. Растровые объекты, представляющие собой изображения различных форматов, могут быть привязаны к объектам электронной карты в характерных точках. Для растровых объектов предусмотрена пирамидальная структура хранения информации, позволяющая сократить время отображения фрагмента карты с учетом степени детализации растровых изображений. 
            Отображение объектов слоя осуществляется в соответствии с их уникальными индексами. При необходимости порядок отображения объектов может быть изменен при помощи встроенного механизма.В компоненте MAPPL реализован инструментарий динамической подписи объектов любых типов, обеспечивающий возможность подписать объект даже тогда, когда на экране отображается лишь его часть. При этом осуществляется оптимизация размещения подписей с устранением взаимных пересечений и наложений с учетом приоритетов картографических слоев и стилей отображения объектов внутри слоя. Помимо этого, каждый объект может иметь произвольное число фиксированных подписей, располагаемых пользователем по своему усмотрению.