Операции обработки и управления
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Ижевский государственный технический университет
имени М.Т.Калашникова"
(ФБГОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т.Калашникова»)
М.В. Телегина
Методические указания
к выполнению лабораторной работы
«Пространственный анализ данныхв ГИС Quantum»
Рекомендованы учебно-методическим советом
ФГБОУ ВПО «ИжГТУ им. М.Т. Калашникова» в качестве элемента УМКД
для студентов, обучающихся по направлению 230100.62 «Информатика и вычислительная техника», профиль «Автоматизированные системы обработки информации и управления»,
профиль «Системы автоматизированного проектирования»
при изучении дисциплины «Геоинформационные системы»
(очная и заочная формы обучения)
Ижевск, 2014
УДК 528.9:004.9
М 54
Рецензент: доцент кафедры «Программное обеспечение» ГОУ ВПО «Ижевский государственный университет» к.т.н. Левицкая Л.Н.
Телегина М.В. Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему «Пространственный анализ данныхв ГИС Quantum»: для бакалавров направления 230100.62 «Информатика и вычислительная техника». - Ижевск, Издательство ИжГТУ, 2013, - С. 25.
Методические указания содержат цель работы, задание для выполнения работы, даны сведения об основных операциях пространственного анализа, имеющихся в возможностях геоинформационной системы Quantum, в таблицах приводится описание содержания каждой из них.
|
|
|
Рассмотрено выполнение морфометрического анализа, интерполяции и выполнение пространственного запроса.
Приведены примеры выполнения операций пространственной обработки и создания вспомогательных слоев точечных объектов (псевдо-случайная и регулярная сеть точек).
Приведенные варианты работы содержат полный перечень операций от выполнения анализа и выборок до геообработки и извлечения геометрических параметров объектов. Для организации самостоятельной работы студентов показан пример оформления титульного листа и пример выполнения работы, даны контрольные вопросы.
Методические указания предназначены направления для бакалавров направления 230100.62 «Информатика и вычислительная техника», а также для студентов, изучающих геоинформационные системы и технологии.
Рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления» ИжГТУ (протокол №_____________________.).
Содержание
| 1. Цель лабораторной работы | |
| 2. Задание для выполнения лабораторной работы | |
| 3. Порядок выполнения | |
| 3.1. Операции обработки и управления 3.1.1. Операции анализа 3.1.2. Операции выборки 3.1.3. Операции геообработки 3.1.4. Операции «Обработка геометрии» 3.1.5. Операции управления данными | |
| 3.2. Интерполяция и морфометрический анализ | |
| 3.3. Выполнение пространственных запросов | |
| 4. Требования к содержанию отчета по лабораторной работе | |
| 5. Контрольные вопросы | |
| 6. Литература | |
| Приложение 1. Варианты заданий | |
| Приложение 2. Пример выполнения работы |
Цель лабораторной работы
|
|
|
Целью данной практической работы является:
-закрепление знаний об основных принципах ГИС технологий и пространственного анализа;
- получение умений и практических навыков работы с коммерческими геоинформационными системами для создания картографической продукции и решения пространственных аналитических задач;
- получение навыков выполнения операций пространственного анализа для различных практических задач.
Задание для выполнения лабораторной работы
Для выполнения лабораторной работы«Пространственный анализ данныхв ГИС Quantum» используется созданный при выполнении лабораторной работы «Создание топоосновы в ГИС Quantum» фрагмент цифровой карты или выданный преподавателем фрагмент цифровой карты.
|
|
|
Необходимо получить вариант задания для выполнения работы, который представляет собой перечень операций пространственного анализа, которые необходимо сделать на имеющемся фрагменте карты (см. приложение 1).
Результат выполнения каждой операции пространственного анализа необходимо сохранять в виде рисунка для последующего включения в Отчет по работе.
После выполнения операций необходимо скомпоновать и распечатать Отчет по лабораторной работе (см. приложение 2).
Порядок выполнения
Современные ГИС предназначены не только для создания и редактирования цифровых карт, но для выполнения ряда функций пространственного анализа и моделирования. Среди таких функций: измерительные операции, включая вычисление длин отрезков прямых и кривых линий, вычисление площадей, периметров, характеристик форм объектов и т.п., полигональные операции, аналитические и моделирующие операции, включая селекцию объектов по семантике, поиск ближайшего соседа, выбор оптимального маршрута, обработку данных геодезических съемок, анализ сетей построение буферных зон на множестве точек и полигонов вдоль отрезков прямых и относительно кривых.
|
|
|
Примером пространственного анализа служит анализ поверхностей (создание и обработка цифровых моделей рельефа), включая вычисление углов наклона и экспозиций склонов, интерполяцию высот, определение зон видимости, генерализацию горизонталей, трехмерных нитяных или светотеневых изображений, генерализацию профилей поперечных сечений, вычисление объемов. В зависимости от стоимости ГИС набор этих операций может изменяться от выполнения простейших измерительных операций до анализа поверхностей и решения задач на сетях.
Операции обработки и управления
Для выполнения пространственных операций в ГИС Quantum необходимо использовать меню «Вектор». Выпадающий список содержит следующие операции: «Анализ», «Выборка», «Геообработка», «Обработка геометрии», и «Управление данными».
3.1.1. Операции анализа
Операции анализа показаны в таблице 1, выбор операции приведен на рис. 1.
Рис. 1 Операции анализа
Таблица 1.
Содержание операций анализа
| №№ | Наименование операции | Назначение |
| 1. | Матрица расстояний | Измеряет расстояние между точками двух точечных слоёв и выдает результат в виде a) квадратной матрицы расстояний, b) линейной матрицы расстояний, или c) суммы расстояний. Можно ограничить расчет только для k ближайших точек. |
| 2 | Сумма расстояний в полигонах | Рассчитывает сумму расстояний для линий линейного слоя в пределах каждого полигона другого (векторного полигонального) слоя. |
| 3 | Количество точек в полигонах | Рассчитывает число точек точечного слоя, которые находятся в пределах каждого полигона другого (векторного полигонального) слоя. |
| 4 | Список уникальных значений | Отображает список всех уникальных значений для указанного поля атрибутивной таблицы исходного векторного слоя. |
| 5 | Базовая статистика | Рассчитывает основные статистики (среднее, стандартное отклонение, количество, сумму, коэффициент вариации) для указанного поля. |
| 6 | Анализ близости | Рассчитывает значение близости для оценки степени сгруппированности точек в пределах точечного векторного слоя. |
| 7 | Средние координаты | Рассчитывает среднеарифметические или средневзвешенные координаты центра для целого векторного слоя или для набора объектов, выбранного на основе уникальные значения из указанного поля. |
| 8 | Пересечение линий | Рассчитывает местонахождения пересечений линий, создавая точечный шейп-файл с точками пересечений. Полезен для определения мест пересечений дорог или водотоков. |
Для примера рассмотрим выполнение двух операций.
Чтобы выполнить операцию «Средние координаты» необходимо зайди «Вектор -> Анализ -> Средние координаты» (рис. 2). Далее необходимо выбрать «Исходный векторный слой». «Поле взвешивания» и «Признак классификации» выбирать необязательно. После нужно «Сохранить результат в shape-файл».
|
| Рис. 2 Окно выбора параметров для определения средних координат |
Чтобы выполнить операцию «Анализ близости» необходимо зайди «Вектор -> Анализ – «Анализ близости» (рис. 3). Далее при необходимости сохранить результаты анализа.
Рис. 3. Окно результатов статистики
3.1.2. Операции выборки
Операции выборки приведены в таблице 2, выбор операций из выпадающего списка - на рис. 4.
Рис. 4 Операции выборки
Таблица 2
Содержание операций выборки
| №№ | Наименование операции | Назначение |
| 1 | Случайная выборка | Случайным образом выбирает n штук или n процентов из всех объектов слоя. |
| 2 | Случайная выборка в подмножествах | Случайно выбирает набор объектов с уникальными значением указанного поля |
| 3 | Случайные точки | Создаёт псевдо-случайные точки в пределах границ указанного слоя. |
| 4 | Регулярные точки | Создаёт регулярную сетку точек в пределах указанной области и экспортирует их в точечный шейп-файл. |
| 5 | Регулярная сетка | Создаёт линейную или полигональную сетку, основываясь на заданном пользователем интервале. |
| 6 | Пространственная выборка | Выделяет объекты на основе их положения относительно другого слоя, создавая новую выборку или добавляя/отнимая к/от текущей выборки. |
| 7 | Полигон из границ слоя | Создаёт полигональный слой с единственным прямоугольным полигоном в соответствии с границами исходного растрового или векторного слоя. |
В качестве примера рассмотрим выполнение операции по созданию сети случайным образом расставленных точечных объектов («Случайные точки»). Для этого необходимо зайди «Вектор -> Выборка -> Случайные точки» (рис. 5). Далее необходимо выбрать «Исходный слой границ», выбрать «Размер выборки» и «Сохранить результат в shape-файл».
|
Рис. 5 Окно выбора параметров для создания случайных точек
3.1.3. Операции геообработки
Операции геообработки приведены в таблице 3. Пример выбора операций показан на рис. 6.
Таблица 3
Содержание операций геообработки
| №№ | Наименование операции | Назначение |
| 1 | Выпуклые оболочки | Создает минимально возможные выпуклые оболочки, или выпуклые оболочки на основе указанного поля. |
| 2 | Буферные зоны | Создает буферные зоны вокруг объектов заданного пользователем размера, или используя размер из значений указанного поля. |
| 3 | Пересечение | Совмещает слои таким образом, что в выходном слое содержатся только участки, в которых оба слоя пересекаются. |
| 4 | Объединение | Совмещает слои таким образом, что в выходном слое содержатся как участки пересечения, так и участки, принадлежащие только одному из слоев. |
| 5 | Симметричная разность | Совмещает слои таким образом, что в выходном слое содержатся только те участки, в которых исходные слои не пересекаются. |
| 6 | Отсечение | Совмещает слои таким образом, что в выходном слое содержатся только те участки, которые пересекаются со слоем отсечения. |
| 7 | Разность | Совмещает слои таким образом, что в выходном слое содержатся только те участки, которые не пересекаются со слоем отсечения. |
| 8 | Объединение по признаку | Объединяет объекты на основе значения указанного поля. Все объекты с одинаковым значением поля будут объединены в один объект. |
Рис. 6 Операции геообработки
Для примера рассмотрим выполнение нескольких операций.
Чтобы выполнить операцию «Выпуклые оболочки» необходимо зайди «Вектор -> Геообработка -> Выпуклые оболочки». Далее необходимо выбрать «Исходный векторный слой», выбрать «Создать минимальную возможную выпуклую оболочку» или «Создать выпуклые оболочки на основе поля классификации» и «Сохранить результат в shape-файл».
Рис. 7 Окно создания выпуклой обоолочки
Чтобы выполнить операцию «Буферные зоны» необходимо зайди «Вектор -> Геообработка ->Буферные зоны». Далее необходимо выбрать «Исходный векторный слой», выбрать параметры апроксимации (сглаживания контуров) и размера буферной зоны и «Сохранить результат в shape-файл».
Существует возможность создания буферных зон со взвешиванием, т.е. в зависимости от значения атрибута. Для этого необходимо выбрать поле буферной зоны со значениями.
Рис. 8. Окно создания буферных зон объектов
Чтобы выполнить операцию «Пересечение» необходимо зайди «Вектор -> Геообработка ->Пересечение». Далее необходимо выбрать «Исходный векторный слой» и «Слой пересечения, выбрать «Сохранить результат в shape-файл». Результаты выполнения данных операций можно увидеть в приложении 2 методических указаний «Пример выполнения работы».
Рис. 9 Окно создания слоя пересечения объектов
3.1.4. Операции «Обработка геометрии»
Операции «Обработка геометрии» включают операции создания новых геометрических объектов, работу с геометрическими характеристиками имеющихся объектов, извлечение геометрической информации об объектах (см. таблицу 4. и рис. 10):
Таблица 4.
Содержание операций обработки геометрии
| №№ | Наименование операции | Назначение |
| 1 | Проверка геометрии | Проверяет полигоны на наличие пересечений, «островов» и неправильного порядка нумерации узлов. |
| 2 | Экспортировать / добавить поле геометрии | Добавляет к слою поле(я) с информацией о геометрии: (XCOORD, YCOORD) для точечного слоя, (LENGTH) для линейного и (AREA, PERIMETER) для полигонального |
| 3 | Центроиды полигонов | Вычисляет истинные центроиды для каждого полигона исходного полигонального слоя. |
| 4 | Триангуляция Делоне | Рассчитывает и строит (как полигональный шейп-файл) триангуляцию Делоне для исходного точечного слоя. |
| 5 | Полигоны Вороного | Рассчитывает и строит полигоны Вороного для исходного точечного слоя. |
| 6 | Упростить геометрию | Упрощает линии или полигоны при помощи модифицированного алгоритма Дугласа – Пойкера. |
| 7 | Добавить вершины | Добавляет дополнительные вершины к объектам линейного или полигонального слоя. |
| 8 | Разбить составные полигоны | Преобразует составные объекты (мульти-полигоны или мульти-полилинии) в несколько простых объектов (полигонов или полилиний). |
| 9 | Объединить полигоны в составные | Объединяет несколько простых объектов в один составной на основе значения указанного поля. |
| 10 | Преобразовать полигоны в линии | Преобразует полигоны в линии, составные полигоны преобразует в несколько простых полилиний. |
| 11 | Преобразовать линии в полигоны | Преобразует линии в полигоны, составные линии преобразует в несколько простых полигонов |
| 12 | Извлечение узлов | Извлекает узлы из линий или полигонов, создавая точечный шейп-файл. |
Рис. 10. Операции «Обработка геометрии»
В качестве примера покажем выполнение операций по созданию полигонов Вороного, создание триангуляции Делоне» и созданию центроидов объектов».
Чтобы выполнить операцию «Центроиды полигонов» необходимо зайди «Вектор -> Обработка геометрии ->Центроиды полигонов». Далее необходимо выбрать «Исходный векторный слой» и «Сохранить результат в shape-файл» (рис. 11). Обратите внимание центроиды можно создавать только для полигональных объектов.
Рис. 11 Окно выбора слоя для создания центроидов объектов
Чтобы выполнить операцию «Полигоны Вороного» необходимо зайди «Вектор -> Обработка геометрии -> Полигоны Вороного». Далее необходимо выбрать «Исходный векторный слой», выбрать «Процент буферизации области» и «Сохранить результат в shape-файл» (рис.12).
Рис. 12 Окно выбора параметров для создания полигонов Вороного
Чтобы выполнить операцию «Триангуляция Делоне» необходимо зайди «Вектор -> Обработка геометрии -> Триангуляция Делоне». Далее необходимо выбрать «Исходный векторный слой» и «Сохранить результат в shape-файл» (рис. 13).
Рис. 13. Окно выбора параметров для создания триангуляции Делоне
3.1.5. Операции управления данными
Перечень и содержание операций управления данными приведены в таблице 5.
Таблица 5.
Содержание операций управления данными
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 279; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!