ПОНЯТИЯ О ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ АРХИТЕКТУРЫ И ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВА
КАФЕДРА ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВА
Курсовая работа
по дисциплине «Территориальные информационные системы»
на тему «Картографирование какодна из отраслей ГИС»
Выполнил: студентка 3442 гр.
Пашкова А.Н.
Принял: доцент,
Колупаев А.В.
Воронеж, 2017
СОДЕРЖАНИЕ
-ВВЕДЕНИЕ (ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ ГК)……………………………………….3
1.1 ПОНЯТИЯ О ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ………………………...5
1.2 ПОДСИСТЕМЫ ГИС………………………………………………………………....6
2.1 ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
2.2 ВИДЫ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ. ОПЕРАТИВНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ. КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ АНИМАЦИИ. ВИРТУАЛЬНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ. ЭЛЕКТРОННЫЕ АТЛАСЫ………………………………………………………………………………….11
2.3 НАПРАВЛЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ………………………....15
2.4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ………………………………………………...16
-ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………….28
-СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………30
ВВЕДЕНИЕ
Геоинформационное картографирование (ГК) - отрасль картографии, его суть составляет информационно-картографическое моделирование геосистем.
|
|
|
Главная задача ГК - создание карт как образно-знаковых моделей действительности; ее решение связано с применением стандартных и разработкой специализированных ГИС - технологий и новых методов картографирования на их основе.
Для ГК важно не только автоматизированное воспроизводство картографического изображения, но и автоматизация использования карт, например в ГИС, для создания новых карт, автоматизации исследований по картам. Устройства графического вывода данных - экраны мониторов - позволяют автоматизировать процесс проектирования и составления карт. Картографические изображения на экране обладают рядом преимуществ, которых нет в традиционном картосоставлении: возможность быстро строить разные варианты, преобразовывать системы координат, создавать трехмерные изображения и т.п. Это новое средство моделирования реальной действительности. В то же время, интерактивный способ, позволяющий сочетать различные принципы обработки, редактирования и корректуры, ручная генерализация с учетом взаимосвязей явлений и объектов связаны с эффективностью использования опыта.
ГК сформировалось как узловая дисциплина на пересечении автоматизированной картографии и ГИС, системного картографирования и аэрокосмических методов в широком понимании, включая дистанционное зондирование, дешифрирование и цифровую фотограмметрию. Как это часто бывает, импульсом для возникновения и формирования ГК, как узловой дисциплины послужило внедрение новой быстро прогрессирующей ГИС-технологии.
|
|
|
К этому "узлу" протягиваются нити от космического картографирования и цифровой картографии, картографического метода исследования и математико-картографического моделирования, компьютерного дизайна, систем спутникового позиционирования и др. ГК тесно связано с такими традиционными разделами картографии, как проектирование и редактирование карт, издание карт - словом, в этой сфере основательно "завязаны" многие разделы картографии. Она аккумулирует достижения теории, методики и производственной практики и, в свою очередь, оказывает заметное воздействие на концепции, методический аппарат и технологии. На современном этапе ГК все увереннее становится магистральным направлением развития картографической науки и производства.
История становления геоинформационного картографирования.
|
|
|
Начальный этап становления автоматизированной картографии как нового направления в картографии относится к концу 50-х годов. Он обусловлен несколькими факторами, связанными с совершенствованием аппаратных средств, особенно графических, и с открытием доступа к ЭВМ, в первую очередь на Западе, не только для пользователей-математиков и системных программистов. Так в институте географии Вашингтонского университета период наиболее активных исследований - 1958-1961 гг. ознаменовался развитием статистических методов, программирования в целях компьютерной картографии. В. Тоблером были разработаны компьютерные алгоритмы для картографических проекций.
В 60- х и начале 70-х годов персональные интересы определяли направление и приоритеты исследований в области машинной картографии. Стремление к переменам зародилось в двух сообществах:
· среди специалистов разных научных областей, стремившихся к ускоренному составлению карт для того, чтобы отразить результаты моделирования или представить уже оцифрованные данные обширных архивов, при этом качество карт не имело первостепенного значения;
· среди картографов, стремившихся уменьшить затраты средств и времени на создание и издание карт.
|
|
|
Первым значительным пакетом программ для этих целей стал SYMAP, выпущенный в 1967 г. Гарвардской лабораторией машинной графики и пространственного анализа. SYMAP разрабатывался с 1964 года как пакет программ общегеографического картографирования. Вывод результатов осуществлялся только на построчно - печатающее устройство, карты имели низкое разрешение и плохое качество. Пакет был функционально ограничен, однако прост в использовании, особенно для пользователей, не имеющих картографической подготовки. Это была первая наглядная демонстрация возможности автоматизированного картографирования, которая пробудила огромный интерес к ранее неизвестным технологиям.
В конце 60-х годов появился пакет GRID - первый опыт растровых ГИС, в котором для вывода растровых карт использованы способы, аналогичные SYMAP, однако в нем уже были реализованы идеи ГИС - технологии оверлея.
Для работы с данными переписи населения в 1970 г. возникла потребность в методах точной географической привязки данных переписей - адресное геокодирование для перевода почтовых адресов в географические координаты и привязки к переписным зонам. В результате впервые были созданы массивы цифровой пространственной информации. Сразу после переписи 1970 года стали создаваться атласы городов, несложные компьютерные карты которых использовались для целей маркетинга, организации розничной торговли, но в то же время стимулировали разработку современных программ статистического картографирования.
В институт исследования систем окружающей среды, который был основан Джеком Данжермондом в 1969 году, шло постепенное развитие растровых и векторных систем на базе теоретических идей и методов, разработанных в Гарвардской лаборатории и других организациях. В начале 80-х годов создана система ARC/INFO, в которой удачно реализованы идеи Канадской ГИС о разделении информации о пространственной и атрибутивной составляющих данных. ARC/INFO стала первым ГИС - и картографическим пакетом, использующим преимущества персональных компьютеров.
На начальных этапах становления (во второй половине 80-х годов) геоинформационное картографирование воспринималось как процесс автоматизированного воспроизводства карт. Дальнейший этап развития связан с разработкой теории и методов создания картографических баз данных и математико-картографического моделирования, создания картографических моделей как физических явлений, например, цифровых моделей рельефа (ЦМР), так и моделей картографического изображения для представления карт на стандартных листах АЦПУ универсальных ЭВМ. С этим периодом связаны разработки первых автоматизированных картографических систем (АКС), к числу которых относится и система "АКС-МГУ", созданная на кафедре картографии географического факультета МГУ в 1987 г.
Основной причиной прогресса в ГК с начала 90-х годов явилось бурное развитие электронно-вычислительной техники, и особенно персональных компьютеров, а также возрастание ее доступности во всем мире. Если прежде основные усилия были направлены на получение цифровых карт и обработку больших объемов информации, то теперь, освободившись от необходимости программирования рутинных процедур управления вводом и выводом данных, картографы переключились на методы анализа, проектирования и составления, создания и использования карт в ГИС, базах данных и знаний, экспертных системах.
Основные отличительные особенности систем геоинформационного картографирования и ГИС содержатся в подсистемах хранения, обработки и вывода информации. Они связаны с содержанием базы данных и набором программ для моделирования, анализа и отображения информации с целью создания карт. Цифровая картографическая информация организуется в картографические БД (КБД). Они представляют упорядоченное множество взаимосвязанных цифровых карт - цифровая модель карты, созданная путем цифрования картографических источников, фотограмметрической обработки данных дистанционного зондирования, цифровой регистрации данных полевых съемок или иным способом; в отличие от цифровых пространственных данных в ГИС и цифровых моделей местности.
Другое отличие системы ГК и ГИС заложено в блоке обработки информации - наборе программных функций. В системе ГК программные функции обеспечивают автоматизированное создание карт и их воспроизведение в бумажной форме, но могут не обладать развитыми возможностями пространственного анализа и моделирования, необходимого для ГИС.
Современная тенденция проявляется в использовании в обеих системах одних и тех же программных комплексов - ГИС-пакетов, а также распространенных графических пакетов программ, что снимает необходимость создания специализированных систем ГК. Чаще это понятие применяют, когда хотят подчеркнуть основную задачу - создание компьютерной карты в традиционном виде и наличие устройств вывода такой карты (в ГИС созданные картографические слои хранятся в БД и могут при необходимости выводиться в виде картографического изображения только на экран монитора - в виде электронной карты). Методика проектирования КБД строиться на основе методик проектирования атласов комплексного картографирования территории.
ПОНЯТИЯ О ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
В конце XX в. благодаря активной автоматизации и компьютеризации картография стала держательницей и распорядительницей огромных массивов информации о важнейших аспектах существования, взаимодействия и функционирования природы и общества. Информатизация проникла во все сферы науки и практики – от школьного образования до высокой государственной политики.
В науках о Земле на базе информационных технологий созданы географические информационные системы (ГИС) – особые системы сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах.
Пространственные данные (географические данные, геоданные) – данные о пространственных объектах и их наборах. Пространственные данные составляют основу информационного обеспечения геоинформационных систем. Совокупность пространственных данных, записанных (сохранённых) тем или иным образом, называется пространственной базой данных.
Одна из основных функций ГИС – создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений.
Геоинформационные технологии с большим успехом применяются в отраслях:
· добычи полезных ископаемых – мониторинг горных предприятий, контроль за добычей полезных ископаемых;
· промышленного производства – проектирование предприятий, проведение расчетов, аудит и мониторинг;
· строительной индустрии – проектирование коммуникаций;
· экономике – проведение экспертных оценок, маркетинговое планирование, менеджмент;
· административном управлении – учет административного подчинения, информационное обеспечение избирательных кампаний, консалтинг, управление территориями;
· экологии – решение задач при чрезвычайных ситуациях, экологический мониторинг;
· интернете - интернет-серверы, поиск местонахождения и маршрутизация.
Принято различать следующие территориальные уровни ГИС: глобальные, национальные, региональные, муниципальные и локальные.
ГИС подразделяют и по проблемной ориентации (тематике). Созданы специализированные земельные информационные системы (ЗИС), кадастровые (КИС), экологические (ЭГИС), учебные, морские и многие иные системы. Одни из наиболее распространенных в географии – ГИС ресурсного типа. Они создаются на основе обширных и разнообразных по тематике информационных массивов и предназначены для инвентаризации, оценки, охраны и рационального использования ресурсов, прогноза результатов их эксплуатации.
ПОДСИСТЕМЫ ГИС
Структуру ГИС обычно представляют как набор информационных слоев (рис. 1). К примеру, базовый слой содержит данные о рельефе, затем следуют слои гидрографии, дорожной сети, населенных пунктов, почв, растительного покрова, распространения загрязняющих веществ и т.д. Условно эти слои можно рассматривать в виде «этажерки», на каждой полочке которой хранится карта или цифровая информация по определенной теме.
Рис.1. Принцип расположения информационных слоев в географической информационной системе
В процессе решения поставленных задач слои анализируют по отдельности или совместно в разных комбинациях, выполняют их взаимное наложение (оверлей) и районирование, рассчитывают корреляции и т.п.
Скажем, по данным о выборах можно построить слои "явка избирателей по участкам на выборах" и "результаты голосования по определенной партии". Анализируя эти слои можно сделать выводы о работе агитаторов по округам.
При создании ГИС главное внимание всегда уделяют выбору географической основы и базовой карты, которая служит каркасом для последующей привязки, совмещения и координирования всех данных, поступающих в ГИС, для взаимного согласования информационных слоев и последующего анализа с применением оверлея. В зависимости от тематики и проблемной ориентации ГИС в качестве базовых могут быть избраны:
· карты административно-территориального деления;
· топографические и общегеографические карты;
· фотокарты и фотопортреты местности;
· ландшафтные карты;
· карты природного районирования и схемы природных контуров;
· карты использования земель.
Возможны и комбинации указанных основ, например ландшафтных карт с топографическими или фотокарт с картами использования земель и т.п. В каждом конкретном случае выбор и дополнительная подготовка базовой карты (например, ее разгрузка или нанесение дополнительной информации) составляют центральную задачу этапа географо-картографического обоснования ГИС.
Сердцевину всякой ГИС составляет автоматизированная картографическая система (АКС) – комплекс приборов и программных средств, обеспечивающих создание и использование карт. АКС состоит из ряда подсистем, важнейшими из которых являются подсистемы ввода, обработки и вывода информации (рис. 2).
Подсистема ввода информации – это устройства для преобразования пространственной информации в цифровую форму и ввода ее в память компьютера или в базу данных. Для оцифровки применяют цифрователи (дигитайзеры) и сканеры. С помощью цифрователей на исходной карте прослеживают и обводят контуры и другие обозначения, а в память компьютера при этом поступают текущие координаты этих контуров и линий в цифровой форме. Сам процесс прослеживания оператор выполняет вручную, с чем связаны большая трудоемкость работ и возникновение погрешностей при обводе линий. Сканеры же осуществляют автоматическое считывание информации последовательно по всему полю карты, строка за строкой. Сама карта размещается на планшете или на барабане. Сканирование выполняется быстро и точно, но приходится дополнительно разделять (распознавать) оцифрованные элементы: реки, дороги, другие контуры и т.п. Качественные и количественные характеристики цифруемых объектов, а также статистические данные вводят с клавиатуры компьютера. Вся цифровая информация поступает в базы данных.
Рис. 2. Структура ГИС.
Базы данных – упорядоченные массивы данных по какой-либо теме (темам), представленные в цифровой форме, например базы данных о рельефе, населенных пунктах, базы геологической или экологической информации. Формирование баз данных, доступ и работу с ними обеспечивает система управления базами данных (СУБД), которая позволяет быстро находить требуемую информацию и проводить ее дальнейшую обработку. Если базы данных размещены на нескольких компьютерах (например, в разных учреждениях или даже в разных городах и странах), то их называют распределенными базами данных. Это удобно, так как каждая организация формирует свой массив, следит за ним и поддерживает на уровне современности. Совокупности баз данных и средств управления ими образуют банки данных. Распределенные базы и банки данных соединяют компьютерными сетями, и доступ к ним (запросы, поиск, чтение, обновление) осуществляется под единым управлением.
Подсистема обработки информации состоит из самого компьютера, системы управления и программного обеспечения. Созданы сотни разнообразных специализированных программ (пакетов программ), которые позволяют выбирать нужную проекцию, приемы генерализации и способы изображения, строить карты, совмещать их друг с другом, визуализировать и выводить на печать. Программные комплексы способны выполнять и более сложные работы: проводить анализ территории, дешифрировать снимки и классифицировать картографируемые объекты, моделировать процессы, сопоставлять, оценивать альтернативные варианты и выбирать оптимальный путь решения. А современные «интеллектуальные» программы моделируют даже некоторые процессы человеческого мышления.
Большая часть подсистем обработки информации работают в диалоговом (интерактивном) режиме, в ходе которого идет непосредственный двусторонний обмен информацией между картографом и компьютером.
Подсистема вывода (выдачи) информации – комплекс устройств для визуализации обработанной информации в картографической форме. Это экраны (дисплеи), печатающие устройства (принтеры) различной конструкции, чертежные автоматы (плоттеры) и др. С их помощью быстро выводят результаты картографирования и варианты решений в той форме, которая удобна пользователю. Это могут быть не только карты, но и тексты, графики, трехмерные модели, таблицы, однако если речь идет о пространственной информации, то чаще всего она дается в картографической форме, наиболее привычной и легко обозримой.
Все подсистемы, входящие в автоматические картографические системы, входят также и в ГИС. В состав картографической ГИС производственного назначения включают еще и подсистему издания карт, которая позволяет изготовлять печатные формы и печатать тиражи карт. Если тираж небольшой, что обычно при выполнении научных исследований, то используют настольные картографические издательские системы.
ГИС, ориентированные на работу с аэрокосмической информацией, включают специализированную подсистему обработки изображений. В этом случае программное обеспечение позволяет выполнять различные операции со снимками: проводить их коррекцию, преобразование, улучшение, автоматическое распознавание и дешифрирование, классификацию и др.
Особую подсистему в высокоразвитых ГИС может составлять база знаний, т.е. совокупность формализованных знаний, логических правил и программных средств для решения задач определенного типа (например, для проведения границ или районирования территории). Базы знаний помогают диагностировать состояние геосистем, предлагать варианты решения проблемных ситуаций, давать прогноз развития. Можно считать, что в базах знаний реализуются некоторые принципы функционирования искусственного интеллекта.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 386; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!