Геоинформационная система

 

Последние два этапа называются также предобработкой данных.

Информация о качестве данных

Дата получения

Точность позиционирования

Точность классификации

Полнота

Метод, использованный для получения  и кодирования данных

 

Классификация - автоматическое разбиение  изображений по заданному признаку или совокупности признаков на однородные содержательно интерпретируемые области, т.е. выделение объектов или классов  объектов по их яркостным и/или геометрическим свойствам и их последующая обработка  или интерпретация различными методами.

Типы систем ввода данных

1. Ввод с помощью клавиатуры

Главным образом, для атрибутивных данных

Редко используется для пространственных данных

Может быть совмещен с ручным цифрованием

2. Координатная геометрия

 

Координатная геометрия - математические и программные средства, используемые для автоматизации обработки  данных геодезических съемок.

Очень высокий уровень точности, полученной, за счет полевых геодезических  измерений

Очень дорогой

Используемый для земельного кадастра

3. Цифрование.

 

Цифрование - преобразование аналоговых графических и картографических документов (оригиналов) в форму цифровых записей, соответствующих векторным представлениям пространственных объектов. По методу цифрование различают:

Цифрование с помощью дигитайзера с ручным обводом

Цифрование c использованием сканирующих устройств (сканеров) с последующей векторизацией растровых копий оригиналов;

ручное цифрование манипулятором типа "мышь" по растровой картографической подложке (map background) или полуавтоматическое видеоэкранное цифрование, а также гибридные методы.

 

Сканирование

Размер ячейки, который можно  отсканировать (минимальный фрагмент карты составляет около 20 микрон (0.02 мм)

Снимок нуждается в обработке  и редактировании для улучшения  качества

 

Ручное цифрование

наиболее широко используется при ввода пространственных данных с карт;

эффективность метода зависит от качества сканируемого материала, программного обеспечения цифрования и умения оператора;

требует много времени и допускает  наличие ошибок

4. Ввод существующих цифровых  файлов

 

В данном случае под цифровыми файлами  понимаем наборы данных различных ведомств и организаций

 

Приобретение и использование  существующих цифровых наборов данных является наиболее эффективным способом заполнения ГИС

Проблемы цифрования карт

Уровень ошибок в базе данных ГИС  непосредственно связан с уровнем  ошибок исходных карт

Карты не всегда адекватно отображают информацию и не всегда точно передают данные о местоположении

Глобальная Система Позиционирования - GPS

До недавнего времени  для определения своего местоположения не существовало ни одного удобного и  универсального способа. Появление  Глобальной Системы Позиционирования (GPS) произвело кардинальное изменение.

Сегодня в любой  точке на Земле и в околоземном  пространстве, в любое время суток  прибор GPS обеспечивает решение любых  задач, требующих определения местоположения и параметров движения.

Система GPS, созданная  США за 12 млрд. долл., состоит из 24 космических спутников и сети специальных наземных станций слежения, обеспечивающих регулярное определение  параметров движения спутников и  коррекцию бортовой информации об их орбитах.

Космические спутники непрерывно передают радиосигналы, создавая тем самым вокруг земного шара "информационное поле". GPS-приемник улавливает сигналы и путем измерения  дальностей до нескольких космических  спутников определяет координаты. При  этом спутники играют роль прецизионных опорных точек. Расстояние до спутника определяется путем измерения времени  прохождения радиосигнала от спутника до GPS-приемника.

Кроме определения  трех текущих координат (долгота, широта и высота над уровнем моря) GPS обеспечивает:

• определение трех составляющих скорости объекта;
• определение точного времени с точностью не менее 0,1 с;
• вычисление истинного путевого угла объекта;
• прием и обработку вспомогательной информации.

Сегодня эксплуатируется  спутниковая навигационная система (СНС) NAVSTAR, развернутая Министерством  обороны США и введенная в  эксплуатацию в 1988 году. Эксплуатацию этой СНС, включая сеть контрольных  станций, ведет МО США. Но ею разрешено  пользоваться бесплатно всем гражданским  организациям, правда, только с ограничением по точности определения координат (так называемый селективный доступ). Это обеспечивается путем зашумления радионавигационного сигнала используемого  для измерений. Для точных измерений  используется специальный дифференциальный метод.

Применение  приборов спутникового позиционирования в прикладных задачах и ГИС

Число областей применения GPS-средств  велико. Их можно систематизировать  по содержанию основных задач.

Землеустроительные  задачи, картография и координирование  строительных объектов относятся к  такой группе приложений, как измерение  Земли и ее поверхности. Здесь  могут использоваться не только отдельные  приемники, но и целые измерительно-вычислительные комплексы, точность измерений которыми доходит до долей сантиметра.

На основе сочетания  возможностей GPS и других технических  средств создаются информационно-измерительные  системы, позволяющие получать новые  качества в решении старых задач.

GPS-приемник становится  миниатюрным и дешевым и, вероятно, в ближайшее время может стать  новым "бытовым прибором", таким  же привычным, как телефон.

GPS позволяет "присвоить"  уникальный адрес буквально каждому  квадратному метру поверхности  Земли, а это означает, что человек  престанет теряться и метаться  в поисках нужного объекта.

Области применения GPS-средств в дорожном хозяйстве

В зависимости от точности необходимых данных, использование GPS в дорожном хозяйстве может  вестись в следующих направлениях: навигация, топография, геодезические  работы.

Использование GPS-оборудования для навигации

Традиционно первой является область навигации подвижных  объектов. Ей соответствуют GPS-приемники  навигационного класса, определяющие местоположение с погрешностью не хуже нескольких десятков метров. За исключением специальных задач, это - очень высокая точность навигации. Эти приемники используются на автомобилях, речных, морских и воздушных судах, на космических аппаратах и при перемещениях пешком. Общим для всех подвижных объектов является наличие скорости их движения по отношению к земной поверхности и традиционный набор штурманских задач. Прежде, чем начать движение по маршруту, т.е. подняться в воздух, отплыть из гавани или отправиться в путь на автомобиле, штурман экипажа осуществляет детальную проработку предстоящего маршрута. Он делает прокладку маршрута по карте, определяет все контрольные путевые точки, проводит расчет необходимой скорости движения и графика ее изменения по различным отрезкам пути, расчет продолжительности движения и времени прибытия, запаса горючего. А так же определяет многие другие элементы предстоящего маршрута, которые он будет контролировать и корректировать в процессе полета, плавания или поездки.

Помимо указанных  выше основных задач современные GPS-приемники навигационного класса в полуавтоматическом режиме выполняют также всю штурманскую работу, как по "предполетной подготовке", так и в "полете". В зависимости от назначения приемника его встроенный компьютер решает значительное количество сервисных задач. Таких, как:

" хранение и  выдача информации об условиях  навигации самолетов и судов  кораблей в окрестностях мировых  морских портов и аэропортов (обновляемые  магнитные карты);

" связь по  стандартным интерфейсам с внешним  оборудованием и вычислительными  средствами и, в частности,  работа в среде различных навигационных  и информационных комплексов;

" накопление  во внутренней памяти приемника  массивов данных измерений для  проведения различного рода статистических  обработок; 

" выполнение  значительного количества вспомогательных  операций, обеспечивающих оперативный  контроль за работой систем приемника в меняющихся условиях приема спутниковых сигналов;

" дружественный  интерфейс с оператором.

Наличие скорости движения накладывает ряд специфических  требований, которые учитываются  при схемном проектировании приемников. Например, навигационные приемники  авиационного назначения должны быть достаточно быстродействующими, чтобы  не отставать в определении текущих  координат и скорости от самого объекта  и не создавать дополнительных "динамических" погрешностей.

Естественно, что  объекты различаются по диапазонам скоростей движения и интенсивности  маневров. А их штурманам необходим  несколько различный набор сервисных  задач. Поэтому разрабатываются  и находят широкое применение штурманские GPS-приемники для самолетов и вертолетов, кораблей и наземного транспорта. С их применением безопасность движения и достоверность и точность решения навигационных задач существенно возрастают.

Для региональных съемок мелких и средних масштабов (1:100 000, 1:50 000), движения по заданным маршрутам  и поиска пунктов в режиме навигации  подвижных объектов (самолеты, корабли, космические аппараты, автомобили и  т.д.) предназначен специальный класс  портативных GPS приемников.

Точность пространственных координат, получаемых почти сразу  после включения, составляет около 100 метров, а со специальной функцией осреднения результатов в неподвижном  положении повышается до 30 метров.

Оператору достаточно нажать кнопку включения и последовательно  выводить на экран или текущие  координаты в выбранной системе, или навигационную информацию для  выхода на любую из путевых точек  в различных маршрутах, которые  можно задать заранее с карты  или из каталога. При этом можно  выводить на экран азимуты и расстояния до них, а также курсовые отклонения и даже расчетное время прибытия.

Использование GPS-оборудования для топографии (приборы дециметрового-метрового уровня точности)

Для сбора точных ГИС данных и картографических работ  среднего класса точности предназначено  оборудование дециметрового-метрового уровня точности. Использование новейших GPS технологий в сочетании с мощными накопителями данных и программным обеспечением позволяет получать точные результаты съемки, которые эффективно используются при геофизических и гидрографических изысканиях, в дорожном строительстве, при прокладке и обследовании коммуникаций, в лесном и сельском хозяйстве, для создания и обновления ГИС.

С помощью топографических GPS-приборов обеспечивается точность определения  координат объектов в диапазоне  от 5 метров до 30 сантиметров каждую секунду измерений даже в движении, что позволяет существенно увеличить  число точек съемки при создании карт в масштабе от 1:2000 и мельче. При ответственных работах используется специальный режим повышенной точности. Кроме трехмерных координат GPS-приемники позволяют сохранять и развернутые описания объектов съемки из заранее подготовленных словарей. Координаты объектов можно получать как в принятых Государственных Системах, так и в любых местных системах координат.

При оснащении комплекта GPS-приборов специальным радиоканалом для передачи поправок высокая точность съемки становится возможной и в  реальном масштабе времени. Это позволяет  решать задачи по выносу объектов в  натуру, выполнить точную навигацию  или поиск пунктов. С помощью  ГИС или информационной программы  эту работу можно выполнить наглядно сразу на экране компьютера по электронным  картам-подложкам.

Использование GPS геодезического класса (миллиметровый-сантиметровый уровень точности)

Весьма обширной областью применения GPS-средств и  методов является ЗЕМЛЕМЕРИЕ в самом  широком понимании этого слова.

В настоящее время GPS приемники этого класса получили сертификаты Госстандарта и широко используются в геодезии, геофизике, для топографии и земельного кадастра, для выноса проектов в натуру, при  геодинамических и гидрографических исследованиях.

Важнейшей особенностью подавляющего большинства этих проблем  является требование исключительной точности определения координат, моментов времени  и временных интервалов. Здесь  счет погрешностям идет на доли метра  и доли сантиметра при измеряемых расстояниях в десятки километров.

Наиболее мощные приемники геодезического класса представляют собой не отдельные приемники, а  целые измерительно-вычислительные станции и комплексы. Они снабжены и линиями радиосвязи, и внешними компьютерами, и разветвленными программами  постпроцессорной, так называемой камеральной обработки данных, накопленных во время полевых измерений.

Геоинформационные системы и управление ресурсами

В связи с растущей стоимостью земли и потребностью в соответствующих  природных ресурсах, большие надежды  возлагаются на специалистов, решения  которых позволят лучше организовать управление этими средствами. Такие  инструменты, как компьютерные Геоинформационные  Системы и системы управления ресурсами обеспечивают механизм записи, хранения и поиска больших объемов  географических данных.