Электронные ГИС и бумажные карты
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Гродненский государственный университет имени Янки Купалы»
Физико-технический факультет
контрольная работа № 1
по дисциплине: «Геоинформационные технологии в системах управления»
Вариант 14
Выполнил: студент 5 курса
группы, заочного отделения
Специальности информационно-измерительная техника
Проверил преподаватель:
Гродно, 2014 г.
Геоинформационное картографирование
Электронные ГИС и бумажные карты
Бумажные карты являются простейшими геоинформационными системами (позволяют хранить, анализировать, создавать географическую информацию).
Неудобства для работы: разные масштабы, проекции, необходимость большого количества листов карт (бумаги), трудность работы одновременно с несколькими разными картматериалами (например, при оценке видового разнообразия, поиске возможных местообитаний, расчетах площадей и длин и тд.), сложности создания определенных карт, большие затраты времени и людских ресурсов.
Преимущества ГИС:
§ возможность сопоставления карт разных масштабов и проекций;
§ удобства хранения и обработки огромных объемов географической информации;
§ оперативный анализ пространственных и логических связей различных объектов и свойств отдельных элементов;
§ простота создания своих собственных данных и карт;
§ широкий диапазон изобразительных свойств;
§ для картируемого объекта можно выбрать различные виды классификации, подчеркивающие ту или иную закономерность;
§ широкие возможности для моделирования и экстраполяции данных;
§ экономия времени и людских ресурсов в результате автоматизации рутинной работы.
Также электронные ГИС и бумажные карты можно сравнить по содержанию этапов картографического процесса
| 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 дистанционное зондирование - геодезические работы - словесные описания и зарисовки - статистические данные и др. | Ввод: запись (кодирование) 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. | 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. |
2. Структура картографических ГИС.
Принципиальная структура ГИС – набор различных электронных тематических слоев (карт местности) отражающих расположение на земной поверхности и свойства определенного типа объектов (например, рек, озер, рельефа, растительности, ландшафтов, почв, населенных пунктов, местообитаний редких видов и тд).
Если данные всех слоев находятся в одной системе координат, они четко ложатся послойно друг на друга (пространственно связаны). ГИС дает возможность работать с большим количеством тематических слоев одновременно и изменять порядок их взаимного расположения.
Каждому тематическому слою соответствует таблица, содержащая строки для всех элементов слоя и столбцы с информацией о свойствах каждого элемента. Так, например, таблица для тематического слоя "Реки" может содержать информацию о длине, ширине, скорости течения, глубине, характере загрязнения и его интенсивности для каждой реки или ее участков; слой "Растительность" - тип фитоценоза, его продуктивность, устойчивость к антропогенному воздействию и тд. Все характеристики географических элементов, заложенные в таблицах, могут быть отражены на электронной карте. Так, используя таблицу, можно найти целый комплекс географических элементов с общими свойствами, или, наоборот, используя карту, выяснить характеристики какого-то конкретного элемента. Кроме того, анализируя атрибуты различных тематических слоев одновременно, на карте можно выделить места, отвечающие целому набору условий (например, определить оптимальные местообитания какого-либо вида и тд).
Один из наиболее распространенных видов ГИС в науках о Земле – ресурсные, предназначенные для инвентаризации, оценки, охраны и рационального использования ресурсов, прогноза результатов их эксплуатации. Чаще всего для их формирования используют уже имеющиеся тематические карты, которые цифруют и вводят в базы данных в виде отдельных информационных слоев. Например, ГИС бассейна Волги содержит тематические слои, отражающие загрязнение рек и озер в пределах бассейна, экологическое состояние пахотных земель, пастбищ, лесов, городов, расположенных в бассейне Волги. Они могут сопровождаться дополнительной информацией по отдельным рекам, озерам, угодьям, населенным пунктам (название, источники загрязнения, степень нарушенности), каждую карту можно укрупнить, совместить с другой, сделать с нее печатную копию (рисунок).
Рисунок 1. Электронная карта, характеризующая загрязнение рек и озер бассейна реки Волга – один из слоев ГИС-Волга. Экологическое состояние вод: 1 – относительно чистые; 2 – умеренно загрязненные; 3 – загрязненные; 4 – грязные; 5 – сильно загрязненные. Использование земель: 6 – леса; 7 – сельскохозяйственные земли; 8 – луга и пастбища; 9 – поймы
Ещё одним примером является ГИС “Черное море”, созданная на основе международного сотрудничества стран Черноморского бассейна. Этот бассейн с разнообразной морской жизнью, обильными рыбными и рекреационными ресурсами, в последние десятилетия испытывает катастрофическое ухудшение экологической обстановки из-за возрастающей антропогенной нагрузки на все компоненты окружающей среды, что ведет к резкому сокращению рыбных ресурсов, снижению рекреационного потенциала, к деградации ценнейших прибрежных водно-болотных угодий.
Для централизованного принятия срочных мер под эгидой ООН была создана международная Программа по спасению Чёрного моря, одним из мероприятий которой стало формирование геоинформационной системы по природным ресурсам и состоянию среды Черноморского бассейна. Работа предусматривала сбор, обработку и увязку всех картографических материалов и результатов экспедиционных наблюдений, поступивших от стран-участниц, создание специализированного программного обеспечения для ввода и редактирования цифровых данных, составление электронных карт, моделирование и проведение исследований, связанных с формированием ресурсно-экологической ГИС.
Основной информационной единицей в ГИС “Черное море” является карта, сопровождаемая легендой, текстовым описанием и дополнительной информацией, относящейся к картографируемым объектам. При этом сама карта рассматривается как набор слоев, и при выводе на экран они накладываются один на другой.
Каждому слою приписываются следующие атрибуты: название слоя, соответствующее представленным объектам; признак видимости; признак активности. Обычно карта имеет один (иногда больше) тематический слой и слой географической основы. Всего ГИС “Черное море” содержит около 2000 карт, сгруппированных в семь тематических разделов (блоков):
1) география – общая информация о природе Черноморского региона;
2) геология – тектоника, геологическое строение, геоморфологическое районирование, эволюция берегов;
3) метеорология – типичные климатические и погодные условия;
4) физическая океанография – поля солености, плотности и температуры вод для каждого месяца и сезона года по 20 стандартным горизонтам;
5) химическая океанография – распределение кислорода, сульфидов, нитратов, фосфатов для 11 стандартных горизонтов, а также содержание тяжелых металлов, нефтепродуктов и других загрязняющих веществ;
6) биология – карты водно-болотных угодий Причерноморья, заповедников, зон обитания экзотических видов флоры и фауны, а также серия карт, показывающих биологическую продуктивность Черного моря, распределение фитопланктона, зоопланктона и макрозообентоса;
7) рыбные ресурсы – серии карт зон обитания коммерческих видов рыб, районов их нереста и зимовки.
Внутри каждого из семи разделов содержатся наборы аналитических и синтетических карт, организованных в иерархические древовидные структуры. Навигатор ГИС позволяет перемещаться по иерархии вперед или назад вдоль любой из ветвей, для просмотра содержания разделов, подразделов или отдельных карт. Пользователь имеет возможность выбрать любую карту в разделе или подразделе, открыть ее для просмотра и получить информацию о представленных на ней объектах. Например, войдя в раздел “Метеорология”, можно вначале запросить “температуру воды”, месяц “январь”, затем “глубину 100 м” и в результате откроется карта “Температура воды в январе на глубине 100 м”.
Модули, входящие в ГИС “Черное море”, позволяют выполнять следующие виды анализа:
• визуальное сопоставление двух карт путем их совмещения (оверлей);
• численный корреляционный анализ карт, включая расчет коэффициента корреляции или построение корреляционной карты для двух анализируемых показателей (включая выбор размеров скользящего окна в процентах от площади карты);
• запуск анимации (с прямым и обратным ходом времени и заданной скоростью) для анализа изменений динамических показателей (климатических, гидрофизических, гидрохимических) и интерполяция данных на любую заданную дату;
• активизация информационной подсистемы по рекам бассейна Черного моря, которая содержит осредненные по годам гидрологические характеристики для всех рек, показанных на карте.
При работе с любой картой можно выполнять ее масштабирование, определять координаты любой точки, на которую указывает курсор, сдвигать изображение, выводить легенду, просматривать текст описания карты, вызывать дополнительную информацию, привязанную к тому или иному объекту на карте. Меняя размеры окон, оператор может автоматически размещать на экране одновременно несколько карт либо выводить их на печать.
Рисунок 2. Вывод нескольких карт на экран ГИС “Черное море”. Слева – две карты солености вод на разных глубинах, а справа – соответствующие им карты температуры воды. Такое сопоставление удобно для визуального сравнения и статистических корреляций