ГИС за учители	Част 1: Въведение в ГИС
	Цел: Разберете какво е ГИС и за какво се използват. Ключови думи: ГИС, компютър, карти, данни, информационни системи, пространство, анализ

преглед:

Точно както ние използваме текстов редакторза работа с набори от думи и подготовка на документи, които можем да използваме ГИС приложениеза работа с комплекти пространствена информацияна компютъра. ГИС означава " Географска информационна система" Всяка ГИС се състои от следните взаимосвързани компоненти:

Цифрови данни– географска информация, която разглеждате и анализирате с помощта на хардуер и софтуер.
Хардуер– компютри, използвани за съхраняване, показване и обработка на данни.
Софтуер– компютърни програмиизпълним на хардуери ви позволява да работите с цифрови данни. Софтуерът, който е част от географска информационна система, се нарича ГИС приложение.

С ГИС приложение можете да отваряте цифрови карти на вашия компютър, да създавате нова пространствена информация и да я добавяте към картата, да подготвяте карти за печат, които да отговарят на вашите нужди, и да извършвате пространствен анализ.

По-долу е даден прост пример за използване на ГИС. Представете си, че здравна компания отбелязва местоживеенето и датата на посещение за всеки лекуван пациент:

Географска дължина	Географска ширина	болест	дата
26.870436	-31.909519	Грип	13/12/2008
26.868682	-31.909259	Грип	24/12/2008
26.867707	-31.910494	Грип	22/01/2009
26.854908	-31.920759	Дребна шарка	11/01/2009
26.855817	-31.921929	Дребна шарка	26/01/2009
26.852764	-31.921929	Дребна шарка	10/02/2009
26.854778	-31.925112	Дребна шарка	22/02/2009
26.869072	-31.911988	Грип	02/02/2009
26.863354	-31.916406	Варицела	26/02/2009

Таблицата показва, че случаите на морбили са през януари и февруари. Местоположението на дома на всеки пациент е отбелязано в таблицата като географска ширина и дължина. Използвайки тези данни в ГИС приложение, можем бързо да научим повече подробности за моделите на заболяването:

Фигура 1: Пример, показващ досиета на пациенти в ГИС приложение. Лесно се вижда, че болните от морбили живеят близо един до друг.

Повече за ГИС:

ГИС е сравнително нова област на знанието, датираща от 70-те години на миналия век. Преди това компютъризираните системи бяха достъпни само за големи компании и университети със скъпо оборудване. Днес всеки с персонален компютър или лаптоп може да използва ГИС приложения. С течение на времето ГИС приложенията също станаха по-лесни за използване - където преди имаше дълга крива на учене, сега всеки може да започне да използва ГИС за своите ежедневни нужди. Както е описано по-горе, ГИС са нещо повече от софтуер, те обхващат всички аспекти на управлението и използването на цифрови геоданни. В този урок ще говорим предимно за ГИС приложения.

Какво е ГИС приложение (софтуер)?

Можете да видите пример как изглежда ГИС приложение, по-горе на фигура 1. ГИС приложенията са компютърни програми с графични потребителски интерфейсуправлявани от мишка и клавиатура. Приложението съдържа главно меню в горната част на прозореца (Файл, Редактиране и др.), което при щракване с мишката показва съответните командни панели. Командите предоставят начин да кажете на ГИС приложението какво точно искате да направите. Например, можете да използвате менюто, за да изпратите команда за добавяне на нов слой към списъка за показване.

Фигура 2: Менюто на приложението, отворено с мишката, показва набор от опции, всяка от които е изпълнима команда.

Ленти с инструменти(редове от малки икони с команди, които могат да бъдат стартирани с щракване на мишката) обикновено се намират точно под главното меню и осигуряват бърз достъпкъм най-често използваните функции.

Фигура 3: Ленти с инструменти осигуряват бърз достъп до често използвани функции. Задържане на курсора на мишката върху икона обикновено
извиква подсказка с описание на съответната функция.

Показва се често използвана функция на ГИС приложение картографски слоеве. Слоевете на картата се съхраняват като файлове на диск или в база данни. Обикновено всеки слой на картата съответства на конкретни характеристики от реалния свят, като пътен слой, представляващ пътна мрежа.

Когато отворите слой в ГИС приложение, той се появява в области на картата.

Областта на картата показва графично представяне на вашия слой. Когато добавите повече от един слой към карта, слоевете се припокриват. Фигури 4-7 показват карта с няколко добавени слоя. Важна характеристикакарти – навигация, включително приближаване, отдалечаване и преместване на картата.

Фигура 4: Добавен слой градове на картата.	Фигура 5: Добавен слой училища на картата.
Фигура 6: Железопътен слой, добавен към картата.	Фигура 7: Добавен слой реки на картата.

За разлика от хартиените карти, картите, отворени в ГИС приложения, могат да бъдат модифицирани след създаването им. Можете да промените формата и цвета на легендите на слоя карта. Например, ако вземем картата от фигура 7 и променим нейната легенда, това ще я промени напълно външен вид, както е показано на Фигура 8. Легендата играе важна роля в начина, по който четем картите, и те се променят бързо и лесно в ГИС приложение.

Фигура 8: Можете лесно да промените символиката в ГИС приложение – начин за показване на данни на карта.

Друга обща характеристика на ГИС приложенията е легенда на картата. Легендата на картата съдържа списък със слоеве на картата, заредени в GIS приложението. За разлика от легендата на хартиена карта, легендата в GIS приложение предоставя възможност за пренареждане на слоеве, скриването им и създаване на групи слоеве. Като плъзгате слоеве с мишката, можете да промените реда, в който са начертани върху електронната карта. На фигури 9 и 10 легендата на картата е показана от лявата страна на прозореца на ГИС приложението. Чрез промяна на реда на слоевете реките се появяват върху пътищата, а не обратното.

Инсталиране на ГИС приложение на вашия компютър:

Има много налични ГИС приложения. Някои включват усъвършенствани, високоспециализирани инструменти и струват десетки хиляди долари на лиценз. В същото време има редица безплатни ГИС приложения. Изборът на приложение зависи от това с какви финанси разполагате и от вашите лични предпочитания. Приложението, използвано в този урок, е Quantum GIS, известно още като QGIS. Quantum GIS е напълно безплатна и можете да я копирате и споделяте с колкото искате хора. Ако сте получили това ръководство в печатна форма, то трябва да бъде придружено от копие на QGIS. В противен случай можете да посетите http://qgis.org и да изтеглите безплатно копие.

Геоданни:

Сега знаем какво представляват ГИС и ГИС приложенията, нека поговорим за това геоданни. Данните са сигурни информация. Информацията, която използваме в ГИС, обикновено е геореферирана. Спомнете си горния пример за данни на здравни предприятия. За съхраняване на досиета на пациенти е създадена таблица от следния тип:

Географска дължина	Географска ширина	болест	дата
26.870436	-31.909519	Грип	13/12/2008

Колоните за дължина и ширина съдържат географски (пространствени) данни. Името и датата на заболяването са непространствени данни. Обща функция на ГИС е да установи връзка между първото и второто. По същество ГИС приложението може да съхранява богата информация за всяко местоположение, за разлика от хартиената карта, която има ограничени възможности. Във въпросната таблица лесно могат да се въведат например пола и възрастта на пациентите. Като добавите слой за местоположение на пациента към ГИС приложение, можете да настроите показването му да се основава на възраст или тип заболяване или друг атрибут на пациента, който желаете, докато хартиената карта ще показва само един атрибут. По този начин, с ГИС приложение, можем да променим външния вид на нашата карта въз основа на непространствената информация, свързана с конкретни местоположения.

ГИС системите работят с множество видове данни. Векторни даннисе съхраняват в паметта на компютъра под формата на последователности от координатни двойки (X,Y). Векторните данни се използват за представяне на точки, линии и области (многоъгълници). Фигура 11 показва Различни видовевекторни данни, отворени в ГИС приложение. Векторните данни ще бъдат обсъдени по-подробно по-късно в този урок.

Фигура 11: Векторни данни, използвани за представяне точки (град), линии (реки) и полигони (граници на област).

Растерни даннисъхранявани като мрежа от стойности. Множество сателити обикалят около Земята, а снимките, които създават, са растерни изображения, които могат да се разглеждат в ГИС приложение. Една от основните видими разлики между растерни данни и векторни данни е, че когато мащабирате твърде близо до растерно изображение, то се състои от квадрати (вижте фигури 12 и 13). Всеки от тези квадрати е отделна клетка в мрежата с данни, която съставлява растерното изображение. Растерните данни ще бъдат обсъдени по-подробно по-късно в този урок.


Фигура 12: Сателитно изображение - типичен пример растерни данни. Тази снимка показва планини.		Фигура 13: Същите данни, но този път с повече приближава. Вижда се мрежовата структура на изображението.

Какво научихме?

Нека консолидираме научения материал:

ГИСе система от хардуер и софтуери геоданни.
ГИС приложениеви позволява да преглеждате геоданни и е важна част от ГИС.
ГИС приложението обикновено включва Главно меню, ленти с инструменти, област на картатаИ легенда.
Географските данни, използвани в ГИС приложение, са растерИ вектор.
Географски данниможе да се комбинира с непространствени данни.

Опитайте сами!

По-долу са някои примери за практически задачи за вашите ученици:

Опишете концепцията на ГИС на вашите ученици, както е направено в това ръководство. Помолете ги да назоват 3 причини, поради които използването на ГИС е по-добро от използването на хартиени карти. По-долу са примерни отговори:
- ГИС приложение ви позволява да създавате много различни карти въз основа на едни и същи данни;
- ГИС е отличен инструмент за визуализация, който ви позволява да разглеждате вашата карта в различни мащаби;
- Хартиените карти изискват много работа за създаване и дори разглеждането им отнема много време. ГИС може да съхранява много големи количества данни и прави процеса на намиране на желаните местоположения лесен и бърз.

Помислете как се използват растерни данни от сателити. Например:
- По време на природни бедствия растерните данни могат да покажат засегнатите райони. Например, скорошно сателитно изображение, направено по време на наводнение, помага да се открият хората, чиито домове са били потопени.
- Понякога хората причиняват вреда на околната среда, като например съхраняват опасни химикали, които убиват растения и животни. Използвайки сателитни данни, можем да наблюдаваме подобни проблеми.
- Градоустроителите използват растерни данни от сателити, за да помогнат при идентифицирането на нови разработки и да помогнат при планирането на инфраструктурата.

Ако нямате компютър:

Много от темите, разгледани в това ръководство, могат да бъдат визуализирани с помощта на прожекционно устройство и прозрачно фолио, защото... те изобразяват подобно наслагване на слоеве информация. Въпреки това, правилното разбиране на ГИС винаги се постига по-добре с помощта на компютър.

Как работи ГИС?

ГИС съхранява информация за реалния свят като набор от тематични слоеве, които са обобщени въз основа на географско местоположение. Този прост, но много гъвкав подход е доказал своята стойност при решаването на различни проблеми от реалния свят: проследяване на движението на превозни средства и материали, подробно картографиране на реални условия и планирани дейности и моделиране на глобалната атмосферна циркулация.

Всяка географска информация съдържа информация за пространственото местоположение, независимо дали е препратка към географски или други координати или връзки към адрес, пощенски код, избирателен район или район за преброяване, идентификатор на парцел или гора, име на път и др. Когато използвате такива връзки за автоматично откриванеместоположение или местоположения на обект(и) се използва процедура, наречена геокодиране. С негова помощ можете бързо да определите и видите на картата къде се намира обектът или явлението, което ви интересува, например къщата, в която живее вашият приятел или организацията, от която се нуждаете, къде е станало земетресение или наводнение, кой маршрут е по-лесно и по-бързо да стигнете до точката, от която се нуждаете, или у дома.

Векторни и растерни модели. ГИС може да работи с два значително различни типа данни – векторни и растерни. Във векторен модел информацията за точки, линии и многоъгълници се кодира и съхранява като набор X,Y координати. Местоположението на точка (точков обект), например сондаж, се описва с двойка координати (X,Y). Линейни характеристики като пътища, реки или тръбопроводи се съхраняват като набори от координати X,Y. Полигонални характеристики, като речни водосбори, земни парцели или обслужващи зони, се съхраняват като затворен набор от координати. Векторният модел е особено полезен за описване на отделни обекти и е по-малко подходящ за описване на непрекъснато променящи се свойства като видове почви или достъпност на обекти. Растерният модел е оптимален за работа с непрекъснати свойства. Растерно изображениее набор от стойности за отделни елементарни компоненти (клетки), подобен е на сканирана карта или картина. И двата модела имат своите предимства и недостатъци. Съвременните ГИС могат да работят както с векторни, така и с растерни модели.

Проблеми, които ГИС решава. ГИС с общо предназначение обикновено изпълнява пет дейности за данни (задачи), наред с други неща: въвеждане, манипулиране, управление, заявка и анализ и визуализация.

Въведете. За да бъдат използвани в ГИС, данните трябва да бъдат преобразувани в подходящ цифров формат. Процесът на преобразуване на данни от хартиени карти в компютърни файловенаречена дигитализация. В съвременните ГИС този процес може да бъде автоматизиран с помощта на скенерна технология, което е особено важно при изпълнение големи проекти, или за малък обем работа данните могат да се въвеждат с помощта на дигитайзер. Много данни вече са преведени във формати, които са директно разбираеми от ГИС пакетите.

Манипулация. Често, за да завършите конкретен проект, съществуващите данни трябва да бъдат допълнително модифицирани, за да отговарят на изискванията на вашата система. Например, географската информация може да бъде в различни мащаби (осевите линии на улиците са в мащаб 1:100 000, границите на районите за преброяване са в мащаб 1:50 000, а жилищните имоти са в мащаб 1:10 000). За съвместна обработка и визуализация е по-удобно всички данни да се представят в един мащаб. ГИС технологията предоставя различни начиниманипулиране на пространствени данни и извличане на данните, необходими за конкретна задача.

контрол. В малки проекти географската информация може да се съхранява като обикновени файлове. Но с увеличаване на обема на информацията и увеличаване на броя на потребителите е по-ефективно да се използват системи за управление на бази данни (СУБД) за съхранение, структуриране и управление на данни или специални компютърни инструменти за работа с интегрирани набори от данни (бази данни ). В ГИС е най-удобно да се използва релационна структура, в която данните се съхраняват в табличен вид. В този случай общите полета се използват за свързване на таблици. Този прост подход е доста гъвкав и се използва широко в много ГИС и не-ГИС приложения.

Запитване и анализ. Ако имате ГИС и географска информация, ще можете да получите отговори на прости въпроси (Кой е собственикът на този парцел? На какво разстояние един от друг се намират тези обекти? Къде се намира тази индустриална зона?) и по-сложни запитвания, които изискват допълнителен анализ (Къде има места за строителство на нова къща? Каква е основната почва под смърчовите гори? Как строителството на нов път ще се отрази на трафика?). Заявките могат да се задават или чрез просто щракване върху конкретен обект, или чрез използване на разширени аналитични инструменти. С помощта на ГИС можете да идентифицирате и зададете модели на търсене и да разиграете сценарии „какво ще се случи, ако...“. Съвременните ГИС разполагат с много мощни инструменти за анализ, сред които два са най-значимите: анализ на близост и анализ на наслагване. За да анализира близостта на обектите един спрямо друг, ГИС използва процес, наречен буфериране. Помага да се отговори на въпроси като: Колко къщи са на 100 m от това водно тяло? Колко клиенти живеят на 1 км от този магазин? Какъв е делът на добития нефт от кладенци, намиращи се в рамките на 10 km от управленската сграда на това производствено звено за нефт и газ? Процесът на наслагване включва интегриране на данни, разположени в различни тематични слоеве. В най-простия случай това е операция по картографиране, но в редица аналитични операции данните от различни слоеве се комбинират физически. Наслагването или пространственото агрегиране позволява например данните за почвите, наклона, растителността и владението на земята да бъдат интегрирани със ставките на поземления данък.

Визуализация. За много видове пространствени операции крайният резултат е представяне на данните под формата на карта или графика. Картата е много ефективен и информативен начин за съхраняване, представяне и предаване на географска (пространствено ориентирана) информация. Преди това картиса създадени да продължат векове. ГИС предоставя невероятни нови инструменти, които разширяват и развиват изкуството и науката на картографията. С негова помощ визуализацията на самите карти може лесно да бъде допълнена с отчетни документи, триизмерни изображения, графики и таблици, снимки и други средства, например мултимедия.

Свързани технологии. ГИС е тясно свързана с редица други видове информационни системи. Основната му разлика е в способността за манипулиране и анализ на пространствени данни. Въпреки че няма единна общоприета класификация на информационните системи, следващото описание би трябвало да помогне за дистанцирането на ГИС от настолното картографиране, CAD, дистанционното наблюдение, системите за управление на бази данни (СУБД) и технологията за глобално позициониране (GPS).

Системите за настолно картографиране използват картографско представяне, за да организират взаимодействието на потребителя с данните. В такива системи всичко се основава на карти; картата е база данни. Повечето настолни системи за картографиране имат ограничени възможности за управление на данни, пространствен анализ и персонализиране. Съответните пакети работят настолни компютри- PC, Macintosh и по-млади модели UNIX работни станции.

CAD системите могат да изготвят чертежи и планове на сгради и инфраструктура. За да се комбинират в една структура, те използват набор от компоненти с фиксирани параметри. Те се основават на малък брой правила за комбиниране на компоненти и имат много ограничени аналитични функции. Някои CAD системи са разширени, за да поддържат картографско представяне на данни, но като правило помощните програми, налични в тях, не позволяват ефективно управление и анализ на големи пространствени бази данни.

Дистанционно наблюдение и GPS. Техниките за дистанционно наблюдение са изкуството и науката за извършване на измервания на земната повърхност с помощта на сензори като различни камерина борда самолет, приемници на системата за глобално позициониране или други устройства. Тези сензори събират данни под формата на изображения и предоставят специализирани възможности за обработка, анализ и визуализация на получените изображения. Поради липсата на достатъчно мощни инструменти за управление и анализ на данни, съответните системи трудно могат да бъдат класифицирани като истински ГИС.

Системите за управление на бази данни са проектирани да съхраняват и управляват всички видове данни, включително географски (пространствени) данни. СУБД са оптимизирани за такива задачи, така че много ГИС имат вградена поддръжка на СУБД. Тези системи не разполагат с инструменти за анализ и визуализация, подобни на ГИС.

картографиране на географска информационна система

Използването на ГИС за решаване на различни проблеми, в различни организационни схеми и с различни изисквания, води до различни подходи към процеса на проектиране на ГИС.

Има пет основни етапа в процеса на проектиране на ГИС.

1. Анализ на системата за вземане на решения. Процесът започва с идентифициране на всички видове решения, за които е необходима информация. Трябва да се вземат предвид нуждите на всяко ниво и функционална зона.

2. Анализ на информационните изисквания. Той определя какъв тип информация е необходима за вземане на всяко решение.

3. Агрегиране на решения, т.е. групиране на задачи, които изискват еднаква или значително припокриваща се информация за вземане на решения.

4. Проектиране на процеса на обработка на информацията. На този етап се разработва реална система за събиране, съхраняване, предаване и модифициране на информация. Трябва да се вземат предвид възможностите на персонала да използва компютърни технологии.

5. Проектиране и управление на системата. Най-важният етап- това е създаването и внедряването на системата. Работата на системата се оценява от различни позиции и при необходимост се правят корекции. Всяка система ще има недостатъци и следователно трябва да бъде направена гъвкава и адаптивна.

Геоинформационните технологии са предназначени да автоматизират много трудоемки операции, които преди са изисквали големи количества време, енергия, психологически и други разходи от хората. Въпреки това, различните етапи на технологичната верига са податливи на по-голяма или по-малка автоматизация, което до голяма степен може да зависи от правилното формулиране на първоначалните задачи.

На първо място, това е формулирането на изискванията към използваните информационни продукти и изходните материали, получени в резултат на обработката. Това може да включва изисквания за отпечатване на карти, таблици, списъци, документи; за търсене на документи и др. В резултат на това трябва да се създаде документ с условното име „Общ списък на входните данни“.

Следващата стъпка е определяне на приоритетите, реда на създаване и основните параметри (териториално покритие, функционално покритие и обем на данните) на създадената система. След това се установяват изискванията към използваните данни, като се вземат предвид максималните възможности за тяхното използване.

ЛЕКЦИЯ 10. ГИС КОНЦЕПЦИЯ И ИЗИСКВАНИЯ

Видове ГИС

Географската информационна система (ГИС) е система за управление, анализ и показване на географска информация. Географската информация е представена като серия от географски набори от данни, които моделират географската среда чрез прости, обобщени структури от данни. ГИС включва набори от инструменти за работа с географски данни.

Географската информационна система поддържа няколко изгледа за работа с географска информация:

1. Изглед на база геоданни: ГИС е пространствена база данни, съдържаща набори от данни, които представят географска информация в контекст общ моделГИС данни (векторни обекти, растери, топология, мрежи и др.)

2. Изглед за геовизуализация: ГИС е набор от интелигентни карти и други изгледи, които показват пространствени обекти и връзки между обекти на земната повърхност. Може да се строи различни видовекарти и могат да се използват като „прозорци към база данни“ за поддръжка на заявки, анализ и редактиране на информация.

3. Тип геообработка: ГИС е набор от инструменти за получаване на нови набори от географски данни от съществуващи набори от данни. Функциите за обработка на пространствени данни (геообработка) извличат информация от съществуващи набори от данни, прилагат аналитични функции към тях и записват резултатите в нови производни набори от данни.

В софтуера ESRI ® ArcGIS ® тези три типа ГИС са представени от каталог (ГИС като колекция от набори от геоданни), карта (ГИС като интелигентен изглед на карта) и кутия с инструменти (ГИС като набор от инструменти за обработка на пространствени данни). Всички те са неразделни компоненти на една пълноценна ГИС и се използват в по-голяма или по-малка степен във всички ГИС приложения.

Ориз. 1.

Изглед на база геоданни

ГИС е специален типбази данни за околния свят - географска база данни (geodatabase). В сърцето на ГИС е структурирана база данни, която описва света от географска гледна точка.

Да дадем кратък прегледНякои ключови принципи, важни за разбирането на геобазите от данни.

Географско представяне

Когато създавате дизайн на ГИС база геоданни, потребителите определят как ще бъдат представени различните характеристики. Например парцелите земя обикновено се представят като многоъгълници, улиците като централни линии, кладенците като точки и т.н. Тези характеристики са групирани в класове характеристики, в които всеки набор има едно географско представяне.

Всеки ГИС набор от данни предоставя пространствено представяне на някои аспекти от света около нас, включително:

· Подредени набори от векторни обекти (набори от точки, линии и многоъгълници)

· Набори от растерни данни, като например цифрови модели на релефа или изображения

· Пространствени мрежи

Топография на терена и други повърхности

· Набори от данни за проучване

· Други типове данни като адреси, имена на места, информация за карти

Географската информационна система (ГИС) е информационна система, която осигурява събиране, съхранение, обработка, достъп, показване и разпространение на пространствени данни.

Пространствените данни са данни за пространствени обекти в цифрова форма.

Въз основа на териториалното покритие те разграничават глобална (планетарна) ГИС (глобална ГИС), субконтинентална ГИС, национална ГИС, често имаща държавен статут, регионална ГИС (регионална ГИС), подрегионална ГИС и местна или локална ГИС (локална ГИС).

ГИС се различават по предметна област информационно моделиране: градски ГИС, или общински ГИС (градски ГИС), екологичен ГИС (околна ГИС), туризъм и др.

Интегриран ГИС (IGIS) комбайн функционалностГИС и системи за обработка на цифрови изображения за данни от дистанционно наблюдение в единна интегрирана среда ГИС технологията интегрира традиционните операции с бази данни като заявка и Статистически анализ, с предимствата на пълна визуализация и географски (пространствен) анализ, които предоставя картата. Тези възможности отличават ГИС от другите информационни системи и предоставят уникални възможности за нейното приложение в широк спектър от задачи. Създаването на карти и географският анализ не са нещо съвсем ново. ГИС технологията обаче автоматизира процедурата за анализ и прогнозиране.

ГИС включва основните компоненти: хардуер, софтуер, данни

Хардуеркато цяло са Персонален компютъротделни или включени в компютърна мрежа.

ГИС софтуерсъдържа функциите и инструментите, необходими за съхраняване, анализиране и визуализиране на географска (пространствена) информация. Основните компоненти на софтуера са: инструменти за въвеждане на географска информация, СУБД, инструменти за поддръжка на пространствени заявки, анализ и визуализация; графичен персонализиран

ДанниПространственото местоположение (географски данни) и свързаните таблични данни могат да бъдат събрани и произведени от самия потребител или закупени от доставчици на търговска или друга основа. В процеса на управление на пространствени данни ГИС интегрира пространствени данни с други типове данни и източници.

ГИС може да работи с два значително различни типа данни - вектор и растер.

Във векторен моделинформацията за точки и линии се кодира и съхранява под формата на набор от координати X, Y (в съвременните ГИС често се добавят трета пространствена координата Z и четвърта, например времева). Местоположението на точка (точков обект), например важен камък, се описва от двойка координати (X,Y). Линейни характеристики като пътища, реки или тръбопроводи се съхраняват като набори от координати X,Y. Полигонални характеристики, като речни водосбори, земни парцели или обслужващи зони, се съхраняват като затворен набор от координати.

Векторният модел е особено полезен за описване на отделни обекти и е по-малко подходящ за описване на непрекъснато променящи се свойства, като гъстота на населението или достъпност на обекти.

Растерен моделоптимален за работа с непрекъснати свойства. Растерното изображение е набор от стойности за отделни елементарни компоненти (клетки), подобно на сканирана карта или картина. Съвременните ГИС могат да работят както с векторни, така и с растерни модели на данни.

Всяка географска информация съдържа информация за пространствено местоположение, било то препратка към географски или други координати или връзки към адрес, пощенски код, идентификатор на земя или горски парцел, име на път или километър стълб на магистрала и др.

Когато такива препратки се използват за автоматично определяне на местоположението или местоположенията на обект(а), се извиква процедура геокодиране.

С негова помощ можете бързо да определите и видите на картата къде се намира обектът или явлението, което ви интересува, например къщата, в която живее клиент на туристическа фирма или организацията, от която се нуждаете, запомнящо се място, където се е случило историческо събитие и наличната информация за него, кой маршрут е по-лесен и стигате по-бързо до точката или дома, от които се нуждаете и т.н.

За много видове пространствени операции крайният резултат е представяне на данните под формата на карта или графика. Картата е много ефективен и информативен начин за съхраняване, представяне и предаване на географска (пространствено ориентирана) информация. Преди това картите са били създавани да издържат векове. ГИС предоставя невероятни нови инструменти, които разширяват и развиват изкуството и науката на картографията. С негова помощ визуализацията на самите карти може лесно да бъде допълнена с отчетни документи, триизмерни изображения, графики, таблици, диаграми, снимки и други средства, например мултимедия.

Способността на ГИС да търси в бази данни и да извършва пространствени заявки е позволила на много компании да спечелят милиони долари.

Пример

82 500 долара бяха похарчени за създаването на ориентирана към туристите географска информационна система за град Пинава и околните райони (Канада) За 3 години системата генерира приходи от 5 000 000 долара.

Днес туристическият бизнес на страните от ОНД не може да се похвали огромни успехи GIS зона, някои резултати имат централните градове Москва и Санкт Петербург.

Информацията обаче е представена там от една гледна точка - електронна карта без справка в реално време, тоест невъзможно е да намерите Болшой театър на картата и веднага да получите списък с днешните представления, снимка на фасадата, или поне връзки към официалния му уебсайт.

В момента в света ГИС е тясно свързана с сателитни технологииза навигация (определяне на местоположението на потребителя върху електронна карта).

Подобни системив чужбина са създадени за туристически оператори на екстремен туризъм.

Пример за употреба

В ГИС можете да въведете карта, на която ще бъдат нанесени най-големите курорти, с които компанията си сътрудничи, да въведете планове на тези територии, сгради, информация за качеството на обслужване, снимки на стаи, плажове, имена на оригинални местни ястия колоритна кухня и т.н. Осигурявайки достъп до подобна информация през Интернет, една ГИС туристическа агенция или курортен град ще има огромно предимство пред другите продавачи на този тип услуги. Или можете да публикувате фрагмент от въздушна снимка на историческа местност, на която са отбелязани интересни места. Щраквайки върху маркираните места, потребителят има възможност да получи изчерпателна информация за този обектс текст и снимки.

ГИС е съвременна географска информационна система мобилни системи, които имат възможност да показват местоположението си на картата. Това важно свойство се основава на използването на две технологии: геоинформация и Ако мобилното устройство има вграден GPS приемник, тогава с помощта на такова устройство е възможно да се определи местоположението му и следователно точните координати на самата ГИС. За жалост, географски информационни технологиии системите в рускоезичната научна литература са представени от малък брой публикации, в резултат на което почти няма информация за алгоритмите, залегнали в тяхната функционалност.

ГИС класификация

Разделението на географските информационни системи става на териториална основа:

Глобална ГИСсе използва за предотвратяване на причинени от човека и природни бедствия от 1997 г. Благодарение на тези данни е възможно за сравнително кратко време да се предвиди мащабът на бедствието, да се изготви план за отстраняване на последствията, да се оценят нанесените щети и човешките загуби и да се организират хуманитарни действия.
Регионална географска информационна системаразработени на общинско ниво. Тя позволява на местните власти да прогнозират развитието на даден регион. Тази системаотразява почти всички важни области, като инвестиции, собственост, навигация и информация, правни и др. Заслужава да се отбележи също, че благодарение на използването на тези технологии стана възможно да се действа като гарант за безопасността на живота на целия население. Регионалната географска информационна система в момента се използва доста ефективно, спомагайки за привличането на инвестиции и бързия растеж на икономиката на региона.

Всяка от горните групи има определени подвидове:

Глобалните ГИС включват национални и субконтинентални системи, обикновено с държавен статут.
В регионалните - местни, подрегионални, местни.

Информация за тези информационни системи може да бъде намерена в специални раздели на мрежата, наречени геопортали. Намират се в свободен достъпза преглед без никакви ограничения.

Принцип на действие

Географски Информационни системиработа на принципа на съставяне и разработване на алгоритъм. Това е, което ви позволява да показвате движението на обект върху ГИС карта, включително движение мобилно устройствов рамките на локалната система. За да изобразите дадена точка на чертеж на терена, трябва да знаете поне две координати - X и Y. Когато изобразявате движението на обект върху карта, ще трябва да определите последователността на координатите (Xk и Yk). Индикаторите им трябва да съответстват на различни точки във времето на локалната ГИС система. Това е основата за определяне на местоположението на обекта.

Тази последователност от координати може да бъде извлечена от стандартен NMEA файл на GPS приемник, който е извършил реално движение на земята. По този начин алгоритъмът, който се разглежда тук, се основава на използването на данни от NMEA файл с координатите на траекторията на обект над определена територия. Необходимите данни могат да бъдат получени и чрез моделиране на процеса на движение въз основа на компютърни експерименти.

ГИС Алгоритми

Географските информационни системи са изградени върху първоначални данни, които се вземат за разработване на алгоритъм. По правило това е набор от координати (Xk и Yk), съответстващи на определена траектория на обекта под формата на NMEA файл и ГИС цифрова карта на избрана област. Задачата е да се разработи алгоритъм, който показва движението на точков обект. В хода на тази работа бяха анализирани три алгоритъма, които са в основата на решението на проблема.

Първият GIS алгоритъм е анализ на данни от NMEA файл, за да се извлече от тях поредица от координати (Xk и Yk),
Вторият алгоритъм се използва за изчисляване на ъгъла на траекторията на обекта, като параметърът се брои от посоката на изток.
Третият алгоритъм е за определяне на курса на обект спрямо страните на света.

Обобщен алгоритъм: общо понятие

Обобщеният алгоритъм за показване на движението на точков обект върху ГИС карта включва трите споменати по-горе алгоритъма:

NMEA анализ на данни;
изчисляване на ъгъла на траекторията на обект;
определяне на курса на даден обект спрямо страните по света.

Географските информационни системи с обобщен алгоритъм са оборудвани с основен контролен елемент - таймер. Стандартната му цел е да позволява на програмата да генерира събития на определени интервали. Използвайки такъв обект, можете да зададете необходимия период за изпълнение на набор от процедури или функции. Например, за да отчитате многократно времеви интервал от една секунда, трябва да зададете следните свойства на таймера:

Таймер.Интервал = 1000;
Timer.Enabled = Вярно.

В резултат на това всяка секунда ще се стартира процедурата за четене на координатите X, Y на обекта от NMEA файла, в резултат на което тази точка с получените координати се показва на GIS картата.

Как работи таймерът

Използването на географски информационни системи става както следва:

На цифровата карта са отбелязани три точки ( символ- 1, 2, 3), които съответстват на траекторията на обекта в различни времена tk2, tk1, tk. Те трябва да бъдат свързани с плътна линия.
Включването и изключването на таймера, който контролира показването на движението на обект върху картата, се извършва с помощта на бутони, натиснати от потребителя. Тяхното значение и определена комбинация могат да бъдат изучени по схемата.

NMEA файл

Нека опишем накратко състава на NMEA GIS файла. Това е документ, написан в ASCII формат. По същество това е протокол за обмен на информация между GPS приемник и други устройства, като компютър или PDA. Всяко NMEA съобщение започва със знак $, следван от двусимволно обозначение на устройството (GP за GPS приемник) и завършва с последователността \r\n - връщане на каретката и прескачане към нова линия. Точността на информацията в известието зависи от вида на съобщението. Цялата информация се съдържа на един ред, като полетата са разделени със запетаи.

За да разберете как работят географските информационни системи, достатъчно е да изучите широко използваното съобщение $GPRMC, което съдържа минимален, но основен набор от данни: местоположението на обект, неговата скорост и време.
Нека да разгледаме конкретен пример, за да видим каква информация е кодирана в него:

дата на определяне на координати на обект - 07.01.2015 г.;
универсално време UTC определяне на координатите - 10h 54m 52s;
координати на обекта - 55°22.4271" N и 36°44.1610" E.

Подчертаваме, че координатите на обекта са представени в градуси и минути, като последният показател е даден с точност до четири знака след десетичната запетая (или точка като разделител на целите и дробните части на реално число във формат САЩ) . В бъдеще ще ви е необходим фактът, че във файла NMEA географската ширина на местоположението на обекта е в позицията след третата запетая, а дължината е след петата. В края на съобщението се предава след символа "*" под формата на две шестнадесетични цифри - 6C.

Географски информационни системи: примери за компилиране на алгоритъм

Нека разгледаме алгоритъм за анализ на NMEA файл, за да извлечем набор от координати (X и Yk), съответстващи на обекта. Състои се от няколко последователни стъпки.

Определяне на Y координата на обект

NMEA алгоритъм за анализ на данни

Стъпка 2. Намерете позицията на третата запетая в реда (q).

Стъпка 3. Намерете позицията на четвъртата запетая в реда (r).

Стъпка 4. Намерете, започвайки от позиция q, символа за десетична точка (t).

Стъпка 5. Извлечете един символ от низа, разположен на позиция (r+1).

Стъпка 6. Ако този символ е равен на W, тогава променливата NorthernHemisphere получава стойност 1, в противен случай -1.

Стъпка 7. Извлечете (r-+2) знака от низа, започвайки от позиция (t-2).

Стъпка 8. Извлечете (t-q-3) знака от низа, започвайки от позиция (q+1).

Стъпка 9. Преобразувайте низовете в реални числа и изчислете Y координатата на обекта в радианова мярка.

Определяне на координатата X на обект

Стъпка 10. Намерете позицията на петата запетая в реда (n).

Стъпка 11. Намерете позицията на шестата запетая в ред (m).

Стъпка 12. Намерете, започвайки от позиция n, символа за десетична точка (p).

Стъпка 13. Извлечете един знак от низа, разположен на позиция (m+1).

Стъпка 14. Ако този знак е "E", тогава променливата EasternHemisphere получава стойност 1, в противен случай -1.

Стъпка 15. Извлечете (m-p+2) знака от низа, започвайки от позиция (p-2).

Стъпка 16. Извлечете (p-n+2) знака от низа, започвайки от позиция (n+1).

Стъпка 17. Преобразувайте низовете в реални числа и изчислете координатата X на обекта в радианова мярка.

Стъпка 18. Ако NMEA файлът не е напълно прочетен, преминете към стъпка 1, в противен случай преминете към стъпка 19.

Стъпка 19. Завършете алгоритъма.

На стъпка 6 и 16 на този алгоритъмПроменливите NorthernHemisphere и EasternHemisphere се използват за цифрово кодиране на местоположението на обект на Земята. В северното (южното) полукълбо променливата NorthernHemisphere приема съответно стойност 1 (-1), подобно в източното източно полукълбо - 1 (-1).

Приложение на ГИС

Използването на географски информационни системи е широко разпространено в много области:

геология и картография;
търговия и услуги;
кадастър;
икономика и управление;
защита;
инженерство;
образование и др.