Векторные модели географических объектов: принципы и применение

Ц (цифрование — цифровые картографические данные)

• Цифрование (синонимы — оцифровка, дигитализация) —
  1. процесс аналого-цифрового преобразования данных, то есть перевод аналоговых данных в цифровую форму,
     доступную для существования в цифровой машинной среде с помощью цифрователей (дигитайзеров) различного типа;
  2. в геоинформатике, компьютерной графике и картографии: преобразование аналоговых графических
     и картографических документов (оригиналов) в форму цифровых записей,
     соответствующих векторным представлениям пространственных объектов.
     Процесс Ц. обслуживается программными средствами, называемыми графическими векторными редакторами.
• Цифровая карта — цифровая модель карты, созданная путем цифрования картографических источников,
  фотограмметрической обработки данных дистанционного зондирования, цифровой регистрации данных полевых съемок или иным способом.
  Ц.к. служит основой для изготовления обычных бумажных, компьютерных, электронных карт.
  Она входит в состав картографических баз данных, составляет один из важнейших элементов информационного обеспечения ГИС
  и может быть результатом функционирования ГИС.
• Цифровая модель местности, ЦММ (синоним — Математическая модель местности, МММ) —
  цифровое представление пространственных объектов, соответствующих объектовому составу топографических карт и планов,
  используемое для производства цифровых топографических карт.
• Цифровая модель рельефа, ЦМР — средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов (поверхностей, рельефов)
  в виде трехмерных данных как совокупности высот или отметок глубин и иных значений аппликат (координаты Z)
  в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот, нерегулярной треугольной сети (TIN)
  или как совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний.
• Цифровые картографические данные (электронные карты) – файлы, содержащие географическую информацию.
  Наиболее известные форматы этих файлов: ArcView, MIF, DXF.
• ЦКМ – цифровая карта местности.
• ЦМР – цифровая модель рельефа.

Атрибуты

Карты выражают описательную информацию с помощью картографических символов, цветов и надписей. Например:

• Дороги показываются на основании классов дорог (разными линейными символами показаны автомагистрали, грунтовые дороги, улицы и тропинки).
• Реки и водные объекты изображаются синим, что означает воду.
• Улицы в городе надписаны по своим названиям и иногда ещё дописывается информация по диапазону номеров домов в пределах сегмента улицы.
• Специальными точечными и линейными символами показываются специфические объекты — железные дороги, аэропорты, школы, больницы и различные места событий.

В ГИС управление описательными атрибутами осуществляется в таблицах.

В ГИС управление описательными атрибутами в таблицах происходит на основе последовательности простых, но существенных принципов реляционных баз данных. Атрибутивные таблицы предоставляют простые универсальные модели данных для хранения и работы с атрибутивной информацией. Традиционно они открытые, так как их простота и гибкость позволяет поддерживать широкий диапазон приложений. Ключевые концепции включают:

• Описательные данные организованы в таблицах.
• Таблицы содержат ряды.
• У всех рядов в таблице одинаковый набор столбцов.
• Каждый столбец имеет тип данных (целочисленный, десятичный, символьный, даты и т.д.).
• В реляционных базах данных эти концепции расширяются, включая ряд реляционных функций и операторов, которые можно использовать для работы с таблицами и их элементами данных. Это называется »Язык структурированных запросов» (SQL — Structured Query Language).

Интеграция с другими системами

Интеграция с другими системами позволяет сократить время и усилия, затрачиваемые на обработку и анализ географической информации. Кроме того, она упрощает совместную работу и обмен данными между разными отделами и организациями.

Векторные модели географических объектов обычно поддерживают стандартные форматы данных, такие как Shapefile, GeoJSON и KML. Это позволяет легко импортировать и экспортировать геоданные между различными ГИС-системами, базами данных и приложениями для пространственного анализа.

Кроме того, векторные модели географических объектов могут быть интегрированы со специализированными системами, такими как системы мониторинга и управления транспортом, городского планирования и прогнозирования погоды. Это позволяет проводить более точные и эффективные анализы, основанные на реальных данных о географических объектах и их взаимодействиях.

Ф (функциональные возможности ГИС)

• Функциональные возможности ГИС — набор функций географических информационных систем и соответствующих им программных средств ГИС.
  Ф.в. ГИС включают операции геоинформационных технологий, группы операций, отдельные функции и функциональные группы.
  В число этих операций входят:
  • ввод данных в машинную среду путем их импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью цифрования источников;
  • преобразование, или трансформация данных, включая конвертирование данных из одного формата в другой,
    трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;
  • хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;
  • картометрические операции, включая вычисление расстояний между объектами в проекции карты или на эллипсоиде,
    длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов;
  • операции обработки данных геодезических измерений;
  • операции оверлея, операции «картографической алгебры» для логико-арифметической обработки растрового слоя как единого целого;
  • пространственный анализ — группа функций, обеспечивающих анализ размещения, связей
    и иных пространственных отношений объектов, включая анализ зон видимости/невидимости,
    анализ соседства (см. анализ близости), анализ сетей, создание и обработку цифровых моделей рельефа,
    анализ объектов в пределах буферных зон др.;
  • пространственное моделирование, или геомоделирование;
  • визуализация исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки,
    включая картографическую визуализацию, проектирование и создание (генерацию) картографических изображений;
  • вывод данных, графической, табличной и текстовой документации,
    в том числе ее тиражирование, документирование, или генерацию отчетов в целом;
  • обслуживание процесса принятия решений.

Наборы данных ГИС — это логические коллекции географических объектов

Набор данных — это собранный по темам набор однородных пространственных объектов.

Географические представления организованы в серии наборов данных или слоев. Большинство наборов данных представляют собой наборы таких простых географических элементов, как дорожная сеть, набор границ земельных участков, типы почв, поверхность рельефа, спутниковые изображения от определенной даты, местоположения колодцев и т.д.

В ГИС наборы пространственных данных обычно организованы как наборы данных классов пространственных объектов или основанные на растрах наборы данных.

Многие темы данных лучше всего представляются в виде одного набора данных, например, типы почв или колодцы. Другие темы, такие как дорожно-транспортная сеть, лучше представлять несколькими наборами данных (отдельные классы пространственных объектов для улиц, перекрестков, мостов, железных дорог и т.д.). Например, транспортная сеть может быть представлена в виде нескольких классов пространственных объектов улиц, пересечений улиц, мостов, съездов на автомагистралях, железных дорог и т. д. В таблице ниже показано, как рельеф можно представить с помощью нескольких наборов данных.

Наборы растровых данных используются для представления пространственно привязанных изображений, а также непрерывных поверхностей высот, уклонов и аспектов.

Крупные водные объекты

Центральные линии дорог

Высота земной поверхности

Растры рельефа с отмывкой

Записи о стоимости земельных участков

Растровая модель географических данных: принципы и применение

В растровой модели, каждый пиксель представляет собой ячейку, которая содержит информацию о каком-либо феномене или объекте на местности. Пиксели могут иметь различные значения, которые обычно связаны с высотой, цветом, плотностью, или другими атрибутами. Таким образом, растровая модель позволяет представлять и анализировать разнообразные географические явления, от популяции и дорог до рельефа и климата.

Растровая модель географических данных применяется во множестве областей. Она широко используется в геологии, экологии, сельском хозяйстве, геодезии, и других науках связанных с изучением Земли. Например, с помощью растровой модели можно проанализировать распределение растительности на ландшафте, оценить зону риска природных катастроф, или прогнозировать изменения климата.

Однако, растровая модель имеет свои ограничения. Использование большого количества пикселей для представления информации может привести к большому объему данных и повышенным требованиям к вычислительным ресурсам. Кроме того, растровая модель может быть менее точной в сравнении с векторной моделью, особенно при работе с точными границами и формами объектов.

В целом, растровая модель географических данных является мощным инструментом для представления и анализа географической информации. Она позволяет учитывать сложные пространственные взаимодействия и изучать различные явления в рамках геоинформационных систем, делая таким образом важный вклад в понимание и управление окружающей средой.

Расширение границ применения

Векторные модели географических объектов предоставляют огромные возможности для различных областей применения. Они активно используются в географии, геологии, геодезии, сельском хозяйстве, экологии, архитектуре, туризме, транспорте и во многих других областях.

С использованием векторных моделей географических объектов возможно создание точных представлений о географическом пространстве, его структуре и свойствах. Это особенно полезно для выполнения сложных анализов и прогнозов, а также для принятия важных решений.

Векторные модели позволяют легко добавлять, удалять и изменять объекты на карте, что облегчает обновление и настройку географической информации. Это делает их незаменимыми инструментами для ведения геоинформационных систем, планирования территории, мониторинга природных ресурсов и многих других задач.

Также векторные модели обеспечивают удобный и эффективный способ визуализации географической информации. Они позволяют создавать разнообразные карты с высокой детализацией и точностью, а также выполнять сложные пространственные анализы. Это помогает исследователям, планировщикам и руководителям лучше понимать и визуализировать географическую информацию, что является неотъемлемой частью многих проектов и исследований.

Тематические слои становятся наборами данных. Это ключевой принцип организации в базе данных ГИС.

Каждая ГИС стала содержать множество тем для общей географической территории.

Набор тем работает как комплект слоёв. С каждой темой можно работать как с набором информации, независимым от других тем. У каждой есть свое представление (в виде набора точек, линий, полигонов, поверхностей, растров и т.д.).

Так как слои пространственно привязаны, они налагаются друг на друга и их можно комбинировать в общем отображении карты. Кроме того, такие инструменты ГИС-анализа, как наложение полигонов, могут агрегировать информацию из нескольких слоев данных, чтобы выявлять производные пространственные отношения и работать с ними.

Любая эффективная база данных ГИС будет наследовать эти общие принципы и концепции. Для каждой ГИС требуется механизм для описания географических данных в этих терминах, а также обширный инструментарий для использования, управления и обеспечения общего доступа к этой информации.

Растровые модели географических данных

Растровые модели географических данных основаны на представлении пространственной информации в виде пикселей, которые образуют равномерную сетку. Каждый пиксель представляет собой точку на карте и имеет определенную цветовую и/или числовую характеристику, соответствующую определенному значению или категории данных.

Растровые модели широко используются в географических информационных системах (ГИС) для представления и анализа различных типов данных, таких как высота рельефа, типы почвы, растительный покров, изображения, дистанционное зондирование и другие.

Преимущество растровых моделей заключается в их простом и интуитивно понятном представлении данных. Вся информация описывается отдельными пикселями, что позволяет легко обращаться с данными и производить различные операции, такие как измерение расстояний, вычисление площадей, интеграция данных из разных источников.

Однако растровые модели имеют и свои ограничения. Из-за того, что данные представлены в виде сетки пикселей, растровые модели не могут точно представлять сложные формы и детали объектов. Кроме того, при работе с большими объемами данных растровые модели могут оказаться неэффективными, так как требуют большого пространства для хранения и потребляют большую вычислительную мощность.

В заключение, растровые модели географических данных являются удобным и широко используемым инструментом в ГИС. Они позволяют представить и анализировать пространственную информацию с помощью пикселей, что обеспечивает простоту обращения с данными и возможность производить различные операции. Несмотря на некоторые ограничения, растровые модели остаются незаменимым инструментом в географическом анализе и картографии.

К (карты общегеографические — крупномасштабная географическая карта)

• КА – космический аппарат.
• Карты общегеографические – отображают совокупность основных элементов местности,
  т.е. показывают гидрографию, рельеф, населенные пункты, пути сообщения и другие элементы местности.
  Особенности их содержания зависят, главным образом, от масштаба карты.
  Среди них выделяют топографические карты – подробные карты местности, позволяющие определять плановые и высотные положения точек.
  Они издаются в масштабах от 1 : 5 000 до 1 : 1 000 000 включительно.
  Карты крупнее масштаба 1 : 5 000 называются топографическими планами.
  Большое распространение имеет другое деление общегеографических карт,
  по которому к топографическим относятся крупномасштабные общегеографические карты,
  при этом среднемасштабные называются обзорно-топографическими, а мелкомасштабные – обзорными общегеографическими картами.
• Карты тематические – основное содержание этих карт определяется темой,
  специально посвященной какому-либо элементу или ячвлению (элементам или явлениям),
  например, населенным пунктам, климату, почвам, транспорту, событиям истории и т.п.
  Они подразделяются на следующие виды К.т.:
  • Карты природных явлений:
    • Геофизические карты.
      • Сейсмические карты (могут быть отнесены также к геологическим картам)
      • …
    • Геохимические карты:
      • Агрохимические карты (могут быть отнесены также к почвенным картам)
      • …
    • Геологические карты:
      • Стратиграфические карты
      • Тектонические карты
      • Гидрогеологические карты
      • Металлогенические карты
      • Инженерно-геологические карты
      • Сейсмические карты (могут быть отнесены также к геофизическим картам)
      • …
    • Карты рельефа
    • Климатические карты
    • Гидрологические карты (карты поверхностных вод)
    • Океанографические карты (карты вод океанов и морей)
    • Почвенные карты:
      • Агрохимические карты (могут быть отнесены также к геохимическим картам)
      • …
    • Мелиоративные карты
    • Ботанические карты:
      • Геоботанические карты
      • Флористические карты
      • Карты лесов
      • …
    • Зоологические (зоогеографические) карты
    • Карты охраны природы
    • Ландшафтные карты и карты природного районирования
    • Медико-географические карты (могут быть отнесены также к картам общественных явлений)
  • Карты общественных явлений:
    • Политические и политико-административные карты
    • Карты населения
    • Экономические карты
    • Карты обслуживания населения (социальной инфраструктуры)
    • Исторические карты
    • Медико-географические карты (относятся также к картам природных явлений)
• Космическая съемка — съемка (фотографическая, телевизионная и др.) Земли, небесных тел и космических явлений
  аппаратурой, находящейся за пределами атмосферы Земли (на искусственных спутниках Земли, космических кораблях и т. п.)
  и дающей изображения в различных областях электромагнитного спектра.
  Средний масштаб космических снимков Земли 1:1000000 1:10000000.
• Космические снимки – вид данных дистанционного зондирования, полученных со спутника.
  Используется следующая комплексная классификация космических снимков:
  • Снимки в видимом и ближнем инфракрасном (световом) диапазоне:
    • фотографические космические снимки;
    • телевизионные и сканерные космические снимки;
    • многоэлементные ПЗС космические снимки;
    • фототелевизионные космические снимки;
    • снимки в тепловом инфракрасном диапазоне — полученные тепловыми инфракрасными радиометрическими съемками;
  • Снимки в радиодиапазоне:
    • микроволновые космические снимки;
    • радиолокационные космические снимки.
• КФМ – космофотоматериалы.
• Крупномасштабная географическая карта – карта масштаба 1:200000 и крупнее.

Слайд 54 Данные в растровых форматах для многих операций обрабатываются

объем памяти.
Для сжатия растровой информации используется метод группового кодирования:

последовательность ячеек с одинаковым значением кодируется парой чисел — количеством таких ячеек и их значением. При больших однотипных площадях размер файла при таком сжатии может быть заметно уменьшен. В общем случае растровые данные занимают много места и плохо сжимаются. Растровые данные просты в организации, их легко получить путем сканирования, но во многих случаях растровый подход ведет к потере деталей.

Стандартные форматы хранения данных в ГИС

Сравнение векторного и растрового форматов

Модели географических данных ГИС: разберемся, что они означают и как используются

Модели географических данных – это способы организации информации о местоположении объектов на земле. Они помогают структурировать и систематизировать данные, а также предоставлять удобный способ доступа к ним.

Существует несколько типов моделей географических данных, включая векторные модели, растровые модели и триангуляционные модели.

Векторные модели используют геометрические объекты, такие как точки, линии и полигоны, для представления местоположения объектов на карте. Каждый объект описывается координатами и может иметь атрибуты, такие как название или площадь. Векторные модели наиболее подходят для представления дискретных объектов, таких как дома или дороги.

Растровые модели используют сетку пикселей для представления географического пространства. Каждый пиксель имеет определенное значение, соответствующее атрибуту или характеристике объекта. Растровые модели часто используются для представления непрерывных объектов, таких как местность или рельеф местности.

Триангуляционные модели используются для представления объектов с использованием треугольной сетки. В таких моделях местоположение объекта определяется его координатами в вершинах треугольников. Триангуляционные модели часто используются в анализе поверхностей, таких как высота земли или топографическая карта.

Модели географических данных в ГИС активно применяются в различных областях и отраслях, таких как геология, экология, градостроительство и много других. Они позволяют анализировать и визуализировать данные о местоположении объектов, делать прогнозы и принимать решения на основе этой информации.

В связи с развитием технологий и возрастающей доступностью данных, модели географических данных становятся все более точными и полезными. Они помогают нам лучше понимать мир вокруг нас и эффективно управлять ресурсами нашей планеты.

Как пользователи ГИС работают с географической информацией

Существует два основных способа работы с географическими данными:

• В качестве наборов данных, однородные коллекции географических объектов, растров и атрибутов организованы по таким темам с данными, как земельные участки, колодцы, строения, ортофотоизображения и основанные на растрах цифровые модели рельефа (ЦМР)
• В качестве отдельных элементов или поднаборов, такие отдельные пространственные объекты, растры и значения атрибутов содержатся в отдельных наборах данных

Работа с наборами данных ГИС

В ArcGIS однородные коллекции географических объектов организованы по таким темам с данными, как земельные участки, колодцы, строения, ортофотоизображения и основанные на растрах цифровые модели рельефа (ЦМР).

Многие выполняемые в ArcGIS операции работают с наборами данных как входными данными или создают новые наборы данных на выходе. Наборы данных также чаще всего используются для обеспечения общего доступа к данным пользователям ГИС.

Наборы данных предоставляют первичные источники информации для всего описанного ниже:

Карты, глобусы, 3D сцены: на них географическая информация принципиально отображается как серии слоев карты. Каждый слой карты ссылается на определенный набор данных ГИС и используется для отображения и надписывания наборов данных. Таким образом, слои карты »оживляют» наборы данных ГИС.

Слои на 2D картах и 3D сценах используются для отображения и надписывания наборов данных ГИС. Таким образом, на карте есть слои городов, автострад, региональных и государственных границ, рек и озер. Каждый из этих слоёв используется для изображения набора данных ГИС.

Геообработка помогает автоматизировать многие задачи как серии операций, чтобы их можно было запустить за один раз. Это позволяет создать повторяемый, хорошо документированный рабочий процесс по обработке данных.

Пользователи работают с наборами данных ArcGIS также и для выполнения пространственного анализа.

Эта модель показывает, как найти и проранжировать возможные места для обустройства новых парков. В подходящих местах должна быть высокая численность населения, и они не должны находиться поблизости от существующих парков.

Работа с отдельными пространственными объектами и элементами наборов данных

Помимо работы с наборами данных, пользователи также работают с отдельными элементами, содержащимися в наборах данных. Эти элементы включают отдельные пространственные объекты, ряды и столбцы атрибутивных таблиц и отдельные ячейки наборов растровых данных. Например, если вы щёлкаете мышкой и идентифицируете отдельный земельный участок, то вы работаете с отдельным элементом набора данных:

При редактировании пространственных объектов вы работаете с отдельными элементами данных — как в данном примере с редактированием осевых линий дорог:

При работе с таблицами используется описательная информация, содержащаяся в строках и столбцах, как показано ниже:

Геоинформационные технологии можно определить как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации об окружающем мире. Геоинформационные технологии предназначены для повышения эффективности: процессов управления, хранения и представления информации, обработки и поддержки принятия решений.

1. Введение…………………………………………………………………………. 32. Понятие геоинформационной системы (ГИС)………………………. 53. История развития геоинформационных систем……………………………..….64. Составные части ГИС…………………………………………………………. 115. Классификация ГИС……………………………………………………………..126. Функциональные подсистемы ГИС и их характеристика…………………….157. Области применения геоинформационных систем……………………………168. Заключение……………………………………………………………………….209. Библиографический список………………………