GIS za nastavnike	Dio 1: Uvod u GIS
	Cilj: Razumjeti šta su GIS i za šta se koriste. Ključne riječi: GIS, računar, karte, podaci, informacioni sistemi, prostor, analiza

recenzija:

Baš kao što mi koristimo uređivač teksta za rad sa skupovima riječi i pripremu dokumenata, možemo koristiti GIS aplikacija za rad sa setovima prostorne informacije na kompjuteru. GIS je skraćenica za " Geografski informacioni sistem". Svaki GIS se sastoji od sljedećih međusobno povezanih komponenti:

Digitalni podaci– geografske informacije koje pregledavate i analizirate pomoću hardvera i softvera.
Hardver- kompjuteri koji se koriste za skladištenje, prikaz i obradu podataka.
Softver– kompjuterski programi, izvedeno na hardver i omogućava rad sa digitalnim podacima. Softver koji je dio geografskog informacionog sistema naziva se GIS aplikacija.

Pomoću GIS aplikacije možete otvoriti digitalne karte na svom računaru, kreirati nove prostorne informacije i dodati ih na mapu, pripremiti karte za štampanje koje odgovaraju vašim potrebama i izvršiti prostornu analizu.

Ispod je jednostavan primjer korištenja GIS-a. Zamislite da je zdravstvena ustanova za svakog liječenog pacijenta označila mjesto stanovanja i datum posjete:

Geografska dužina	Latitude	Bolest	datum
26.870436	-31.909519	Gripa	13/12/2008
26.868682	-31.909259	Gripa	24/12/2008
26.867707	-31.910494	Gripa	22/01/2009
26.854908	-31.920759	Ospice	11/01/2009
26.855817	-31.921929	Ospice	26/01/2009
26.852764	-31.921929	Ospice	10/02/2009
26.854778	-31.925112	Ospice	22/02/2009
26.869072	-31.911988	Gripa	02/02/2009
26.863354	-31.916406	Vodene boginje	26/02/2009

Tabela pokazuje da se slučajevi malih boginja javljaju u januaru i februaru. Lokacija doma svakog pacijenta označena je u tabeli kao geografska širina i dužina. Koristeći ove podatke u GIS aplikaciji, možemo brzo saznati više detalja o obrascima bolesti:

Slika 1: Primjer koji prikazuje zapise pacijenata u GIS aplikaciji. Lako je uočiti da oboljeli od morbila žive blizu jedni drugih.

Više o GIS-u:

GIS je relativno nova oblast znanja koja datira iz 1970-ih. Ranije su kompjuterizovani sistemi bili dostupni samo velikim kompanijama i univerzitetima sa skupom opremom. Danas svako ko ima lični računar ili laptop može koristiti GIS aplikacije. Vremenom su GIS aplikacije postale lakše za korištenje, od dugotrajne krivulje učenja, do sada svako može početi koristiti GIS za svakodnevne potrebe. Kao što je gore opisano, GIS je više od softvera, on pokriva sve aspekte upravljanja i korištenja digitalnih geopodataka. U ovom vodiču ćemo uglavnom govoriti o GIS aplikacijama.

Šta je GIS aplikacija (softver)?

Možete vidjeti primjer kako to izgleda GIS aplikacija, iznad na slici 1. GIS aplikacije su kompjuterski programi sa grafikom korisnički interfejs kontroliše se mišem i tastaturom. Aplikacija sadrži glavni meni na vrhu prozora (File, Edit, itd.), koji, kada se klikne mišem, prikazuje odgovarajuće komandne trake. Komande pružaju način da GIS aplikaciji kažete šta tačno želite da uradite. Na primjer, možete koristiti meni da pošaljete naredbu za dodavanje novog sloja na listu prikaza.

Slika 2: Meni aplikacije otvoren mišem prikazuje skup opcija, od kojih je svaka izvršna naredba.

Trake sa alatkama(redovi malih ikona sa komandama koje se mogu pokrenuti klikom miša) obično se nalaze direktno ispod glavnog menija i pružaju brz pristup na najčešće korišćene funkcije.

Slika 3: Trake sa alatkama pružaju brz pristup često korištenim funkcijama. Obično se lebdi iznad ikone
poziva opis alata koji opisuje odgovarajuću funkciju.

Uobičajena karakteristika GIS aplikacije je prikaz kartografski slojevi. Slojevi karte se pohranjuju kao datoteke na disku ili unutar baze podataka. Tipično, svaki sloj karte odgovara specifičnim karakteristikama stvarnog svijeta, kao što je sloj puta koji prikazuje mrežu puteva.

Kada otvorite sloj u GIS aplikaciji, on se pojavljuje u mapirati područja.

Područje karte prikazuje grafički prikaz vašeg sloja. Kada dodate više od jednog sloja na kartu, slojevi se preklapaju. Slike 4-7 prikazuju mapu sa dodanim nekoliko slojeva. važna funkcija karte - navigacija, uključujući zumiranje, umanjivanje i pomicanje karte.

Slika 4: Dodan sloj gradova na mapi.	Slika 5: Dodan sloj škole na mapi.
Slika 6: Željeznički sloj dodan na kartu.	Slika 7: Dodan sloj rijeke na mapi.

Za razliku od papirnih mapa, karte otvorene u GIS aplikacijama mogu se mijenjati nakon što su kreirane. Možete promijeniti oblik i boju legendi slojeva karte. Na primjer, ako uzmemo kartu sa slike 7 i promijenimo njenu legendu, to će je potpuno promijeniti. izgled, kao što je prikazano na slici 8. Simboli igraju važnu ulogu u načinu na koji čitamo karte, a brzo i lako se mijenjaju u GIS aplikaciji.

Slika 8: Simbologija se lako može promijeniti u GIS aplikaciji − način prikaza podataka na karti.

Još jedna uobičajena karakteristika GIS aplikacija je legenda karte. Legenda karte sadrži listu kartografskih slojeva učitanih u GIS aplikaciju. Za razliku od legende papirne karte, legenda u GIS aplikaciji pruža mogućnost promjene reda slojeva, skrivanja slojeva i kreiranja grupa slojeva. Povlačenjem slojeva mišem možete promijeniti redoslijed u kojem se oni iscrtavaju na elektronskoj karti. Slike 9 i 10 prikazuju legendu karte na lijevoj strani prozora GIS aplikacije. Nakon promjene redoslijeda slojeva, rijeke se prikazuju na vrhu puteva, a ne obrnuto.

Instaliranje GIS aplikacije na Vaš računar:

Postoji mnogo GIS aplikacija. Neki uključuju napredne, visoko specijalizovane alate i koštaju desetine hiljada dolara po licenci. Istovremeno, postoji niz besplatnih GIS aplikacija. Izbor aplikacije ovisi o tome kakvim financijama raspolažete i vašim ličnim preferencijama. Za potrebe ovog uputstva koristi se aplikacija Quantum GIS, poznata i kao QGIS. Quantum GIS je potpuno besplatan, možete ga kopirati i dijeliti s onoliko ljudi koliko želite. Ako ste primili ovaj priručnik u štampanom obliku, mora biti praćen kopijom QGIS-a. U suprotnom, možete posjetiti http://qgis.org i preuzeti besplatnu kopiju.

geopodaci:

Sada znamo šta su GIS i GIS aplikacije, hajde da pričamo o tome geopodaci. Podaci su specifični informacije. Informacije koje koristimo u GIS-u obično su georeferencirane. Prisjetite se gornjeg primjera podataka zdravstvenih preduzeća. Za pohranjivanje kartona pacijenata kreirana je tabela sljedeće forme:

Geografska dužina	Latitude	Bolest	datum
26.870436	-31.909519	Gripa	13/12/2008

Kolone geografske dužine i širine sadrže geografski (prostorni) podaci. Naziv i datum bolesti su neprostorni podaci. Uobičajena funkcija GIS-a je uspostavljanje veze između prvog i drugog. U suštini, GIS aplikacija može pohraniti mnogo informacija o svakoj lokaciji, za razliku od papirne karte, koja ima ograničene mogućnosti. Na primjer, u tabeli koja se razmatra lako se može unijeti i spol i starost pacijenata. Dodavanjem sloja lokacije pacijenta u GIS aplikaciju, možete postaviti njegov prikaz na osnovu starosti ili tipa bolesti, ili bilo koje druge osobine pacijenta po želji, dok će papirna karta prikazati samo jedno svojstvo. Dakle, pomoću GIS aplikacije možemo promijeniti izgled naše karte na osnovu neprostornih informacija povezanih s određenim lokacijama.

GIS sistemi rade sa brojnim vrstama podataka. Vektorski podaci pohranjuju se u memoriji računala kao nizovi koordinatnih parova (X,Y). Vektorski podaci se koriste za predstavljanje tačaka, linija i područja (poligona). Slika 11 pokazuje Razne vrste vektorski podaci otvoreni u GIS aplikaciji. Vektorski podaci će biti detaljnije razmotreni kasnije u ovom vodiču.

Slika 11: Vektorski podaci se koriste za predstavljanje tačke (gradovi), linije (rijeke) i poligoni (granice okruga).

Rasterski podaci pohranjeni kao mreža vrijednosti. Brojni sateliti lete u Zemljinim orbitama, a fotografije koje prave su bitmape koje se mogu vidjeti u GIS aplikaciji. Jedna od glavnih vizuelnih razlika između rasterskih i vektorskih podataka je da kada preblizu zumirate rastersku sliku, ona se sastoji od kvadrata (pogledajte slike 12 i 13). Svaki od ovih kvadrata je zasebna ćelija u mreži podataka koja čini bitmap. O rasterskim podacima će se detaljnije govoriti kasnije u ovom vodiču.


Slika 12: Satelitski snimak - tipičan primjer rasterski podaci. Ova slika prikazuje planine.		Slika 13: Isti podaci, ali ovaj put sa više pristup. Mrežna struktura slike je vidljiva.

Šta smo naučili?

Objedinimo proučeni materijal:

GIS je sistem hardvera i softver i geopodaci.
GIS aplikacija omogućava vam pregled geopodataka i važan je dio GIS-a.
GIS aplikacija obično uključuje Glavni meni, traka sa alatkama, područje mape I legenda.
Geografski podaci koji se koriste u GIS aplikaciji su raster I vektor.
Geografski podaci može se kombinovati sa neprostorni podaci.

Probajte sami!

Ispod su neki primjeri praktičnih zadataka za vaše učenike:

Opišite koncept GIS-a svojim učenicima, kao što je urađeno u ovom vodiču. Zamolite ih da navedu 3 razloga zašto je korištenje GIS-a praktičnije od korištenja papirnih karata. Ispod su primjeri odgovora:
- GIS aplikacija vam omogućava da kreirate mnogo različitih karata na osnovu istih podataka;
- GIS je odličan alat za vizualizaciju koji vam omogućava da pogledate svoju kartu u različitim mjerilima;
- Papirne karte zahtijevaju puno rada za kreiranje, a čak i njihovo gledanje oduzima puno vremena. GIS može pohraniti vrlo velike količine podataka i čini brzo i lako pronalaženje pravih lokacija.

Razmotrite kako se koriste rasterski podaci sa satelita. Na primjer:
- Tokom prirodnih katastrofa, rasterski podaci mogu pokazati pogođena područja. Na primjer, nedavna satelitska slika snimljena tokom poplave može pomoći u lociranju ljudi čiji su domovi bili potopljeni.
- Ponekad ljudi nanose štetu okolini, kao što je gomilanje opasnih hemikalija koje ubijaju biljke i životinje. Koristeći podatke sa satelita, možemo pratiti takve probleme.
- Usluge urbanizma koriste rasterske podatke sa satelita za lociranje novih objekata i pomoć u planiranju infrastrukture.

Ako nemate računar:

Mnoge teme obrađene u ovom priručniku mogu se vizualizirati korištenjem projektora i folija, npr oni prikazuju sličan sloj slojeva informacija. Međutim, pravilno razumijevanje GIS-a uvijek se najbolje postiže korištenjem računara.

Kako funkcioniše GIS?

GIS pohranjuje informacije o stvarnom svijetu kao skup tematskih slojeva koji su grupisani zajedno na osnovu geografske lokacije. Ovaj jednostavan, ali vrlo fleksibilan pristup dokazao je svoju vrijednost u širokom spektru primjena u stvarnom svijetu, kao što su praćenje vozila i materijala, detaljno mapiranje stvarnih situacija i planiranih događaja i modeliranje globalne atmosferske cirkulacije.

Sve geografske informacije sadrže informacije o prostornoj lokaciji, bilo da se radi o referenci na geografske ili druge koordinate, ili vezama do adrese, poštanski broj, izborna jedinica ili popisni okrug, identifikator zemljišne ili šumske parcele, naziv puta i tako dalje. Kada koristite takve veze za automatska detekcija lokacija ili lokacije obilježja(a) primjenjuje se procedura koja se zove geokodiranje. Uz njegovu pomoć možete brzo odrediti i vidjeti na mapi gdje se nalazi predmet ili pojava koja vas zanima, kao što je kuća u kojoj živi vaš prijatelj ili se nalazi organizacija koja vam je potrebna, gdje se dogodio potres ili poplava, kojom rutom je lakše i brže doći do tačke koja vam je potrebna ili kod kuće.

Vektorski i rasterski modeli. GIS može raditi sa dvije vrlo različite vrste podataka - vektorskim i rasterskim. U vektorskom modelu, informacije o tačkama, linijama i poligonima se kodiraju i pohranjuju kao skup X,Y koordinate. Lokacija tačke (točkastog objekta), kao što je bušotina, opisuje se parom koordinata (X,Y). Linearne karakteristike kao što su putevi, rijeke ili cjevovodi se pohranjuju kao skupovi X,Y koordinata. Karakteristike poligona, kao što su riječni slivovi, parcele ili uslužna područja, pohranjuju se kao zatvoreni skup koordinata. Vektorski model je posebno koristan za opisivanje diskretnih objekata i manje pogodan za opisivanje svojstava koja se kontinuirano mijenjaju kao što su tipovi tla ili pristupačnost objekata. Rasterski model je optimalan za rad sa kontinuiranim svojstvima. Bitmap je skup vrijednosti za pojedinačne elementarne komponente (ćelije), sličan je skeniranoj mapi ili slici. Oba modela imaju svoje prednosti i mane. Savremeni GIS može raditi sa vektorskim i rasterskim modelima.

Zadaci koje GIS rješava. GIS opšte namjene, između ostalog, obično obavlja pet procedura (zadataka) sa podacima: unos, manipulacija, kontrola, upit i analiza i vizualizacija.

Unos. Da bi se koristili u GIS-u, podaci moraju biti pretvoreni u odgovarajući digitalni format. Proces pretvaranja podataka iz papirnih karata u kompjuterske datoteke zove se digitalizacija. U modernom GIS-u ovaj proces se može automatizirati pomoću tehnologije skenera, što je posebno važno pri izvođenju velikih projekata, ili se uz malu količinu posla unositi podaci pomoću digitalizatora. Mnogi podaci su već prevedeni u formate koje direktno percipiraju GIS paketi.

Manipulacija. Često, za određeni projekat, postojeće podatke je potrebno dodatno modificirati kako bi zadovoljili zahtjeve vašeg sistema. Na primjer, geografske informacije mogu biti u različitim razmjerima (srednje linije ulica dostupne su na 1:100.000, granice popisnih okruga su na 1:50.000, a stambene nekretnine na 1:10.000). Za zajedničku obradu i vizualizaciju, pogodnije je sve podatke prikazati u jednoj skali. GIS tehnologija omogućava Različiti putevi manipulisanje prostornim podacima i izdvajanje podataka potrebnih za određeni zadatak.

Kontrola. U manjim projektima, geografske informacije mogu biti pohranjene kao obične datoteke. Ali sa povećanjem količine informacija i povećanjem broja korisnika za pohranjivanje, strukturiranje i upravljanje podacima, efikasnije je koristiti sisteme za upravljanje bazama podataka (DBMS), nego posebne računalne alate za rad sa integriranim skupovima podataka (baze podataka ). U GIS-u je najpogodnije koristiti relacionu strukturu u kojoj se podaci pohranjuju u obliku tabele. U ovom slučaju, uobičajena polja se koriste za povezivanje tabela. Ovaj jednostavan pristup je prilično fleksibilan i široko se koristi u mnogim GIS i ne-GIS aplikacijama.

Zahtjev i analiza. Ako posjedujete GIS i geografske podatke, moći ćete dobiti odgovore na jednostavna pitanja (Ko je vlasnik ove parcele? Koliko su udaljeni ovi objekti? Gdje se nalazi ova industrijska zona?) i složenija pitanja koja zahtijevaju dodatne analiza (Gdje su mjesta za novu kuću? Koji je glavni tip zemljišta pod smrčevim šumama? Kako će izgradnja nove saobraćajnice uticati na saobraćaj?). Upiti se mogu postaviti kako jednostavnim klikom miša na određeni objekt, tako i uz pomoć naprednih analitičkih alata. Uz pomoć GIS-a možete identificirati i postaviti obrasce pretraživanja, igrati scenarije poput „šta će se dogoditi ako…“. Savremeni GIS ima mnogo moćnih alata za analizu, dva od najznačajnijih su analiza blizine i analiza preklapanja. Za analizu blizine karakteristika jedna u odnosu na drugu, GIS koristi proces koji se naziva baferovanje. Pomaže u odgovorima na pitanja kao što su: Koliko se kuća nalazi u krugu od 100 m od ove vodene površine? Koliko kupaca živi u krugu od 1 km od ove trgovine? Koliki je udio nafte proizveden iz bušotina koje se nalaze u krugu od 10 km od upravne zgrade ovog OGPD-a? Proces prekrivanja uključuje integraciju podataka koji se nalaze u različitim tematskim slojevima. U najjednostavnijem slučaju, ovo je operacija mapiranja, ali u brojnim analitičkim operacijama podaci iz različitih slojeva se fizički kombinuju. Preklapanje, ili prostorna agregacija, omogućava, na primjer, integraciju podataka o tlu, nagibu, vegetaciji i vlasništvu nad zemljištem sa stopama poreza na zemljište.

Vizualizacija. Za mnoge tipove prostornih operacija, krajnji rezultat je reprezentacija podataka u obliku karte ili grafikona. Karta je vrlo efikasan i informativan način pohranjivanja, predstavljanja i komuniciranja geografskih (prostorno referenciranih) informacija. Ranije karte stvaran vekovima. GIS pruža fantastične nove alate koji proširuju i unapređuju umjetnost i nauku kartografije. Uz njegovu pomoć, vizualizacija samih karata može se lako dopuniti izvještajnim dokumentima, trodimenzionalnim slikama, grafikonima i tabelama, fotografijama i drugim sredstvima, poput multimedije.

Povezane tehnologije. GIS je usko povezan sa nizom drugih vrsta informacionih sistema. Njegova glavna razlika leži u sposobnosti manipulacije i analize prostornih podataka. Iako ne postoji jedinstvena opšteprihvaćena klasifikacija informacionih sistema, sledeći opis bi trebalo da pomogne da se GIS udalji od sistema kartiranja na radnoj površini (desktop mapiranje), CAD sistema (CAD), daljinskog otkrivanja (daljinska detekcija), sistema za upravljanje bazama podataka (DBMS ili DBMS) i tehnologija globalnog pozicioniranja (GPS).

Sistemi za Desktop mapiranje koriste kartografsku reprezentaciju za organizaciju interakcije korisnika sa podacima. U takvim sistemima sve se zasniva na kartama, mapa je baza podataka. Većina desktop sistema za mapiranje ima ograničeno upravljanje podacima, prostornu analizu i mogućnosti prilagođavanja. Odgovarajući paketi rade dalje desktop računare- PC, Macintosh i mlađe UNIX radne stanice.

CAD sistemi su sposobni za crtanje projekata i planova za zgrade i infrastrukturu. Da bi se kombinovali u jednu strukturu, koriste skup komponenti sa fiksnim parametrima. Oni se zasnivaju na malom broju pravila za kombinovanje komponenti i imaju vrlo ograničene analitičke funkcije. Neki CAD sistemi su prošireni da podrže kartografsko predstavljanje podataka, ali, po pravilu, uslužni programi koji su u njima dostupni ne omogućavaju efikasno upravljanje i analizu velikih prostornih baza podataka.

Daljinska detekcija i GPS. Daljinska detekcija je umjetnost i nauka mjerenja zemljine površine pomoću senzora kao što su razne kamere u avionu, prijemnicima globalnog sistema pozicioniranja ili drugim uređajima. Ovi senzori prikupljaju podatke u obliku slika i pružaju specijalizirane mogućnosti za obradu, analizu i vizualizaciju rezultirajućih slika. Zbog nedostatka dovoljno moćnih alata za upravljanje podacima i analizu, odgovarajući sistemi se teško mogu pripisati pravom GIS-u.

Sistemi za upravljanje bazama podataka dizajnirani su za skladištenje i upravljanje svim vrstama podataka, uključujući geografske (prostorne) podatke. DBMS-ovi su optimizirani za ove vrste zadataka, tako da mnogi GIS-ovi imaju ugrađenu DBMS podršku. Ovi sistemi nemaju alate slične GIS-u za analizu i vizualizaciju.

mapiranje geografskog informacionog sistema

Korišćenje GIS-a za rešavanje različitih problema, u različitim organizacionim šemama i sa različitim zahtevima, dovodi do različitih pristupa procesu projektovanja GIS-a.

Postoji pet glavnih faza u procesu projektovanja GIS-a.

1. Analiza sistema odlučivanja. Proces počinje identificiranjem svih vrsta odluka koje zahtijevaju informacije. Treba uzeti u obzir potrebe svakog nivoa i funkcionalne oblasti.

2. Analiza zahtjeva za informacijama. Određuje koja vrsta informacija je potrebna za donošenje svake odluke.

3. Objedinjavanje odluka, tj. grupiranje zadataka koji zahtijevaju iste ili značajno preklapajuće informacije za donošenje odluka.

4. Dizajniranje procesa obrade informacija. On ovoj fazi razvija se pravi sistem za prikupljanje, čuvanje, prenošenje i modifikovanje informacija. Treba uzeti u obzir sposobnost osoblja da koristi kompjutersku tehnologiju.

5. Dizajn i kontrola sistema. Najvažnija faza je stvaranje i implementacija sistema. Performanse sistema se ocjenjuju sa različitih pozicija, po potrebi se vrše prilagođavanja. Svaki sistem će imati nedostatke i stoga mora biti fleksibilan i prilagodljiv.

Geoinformacione tehnologije dizajnirane su za automatizaciju mnogih radno intenzivnih operacija koje su prethodno zahtijevale velike vremenske, energetske, psihološke i druge troškove od osobe. Međutim, različite faze tehnološkog lanca podliježu većoj ili manjoj automatizaciji, što u velikoj mjeri može ovisiti o pravilnoj formulaciji početnih zadataka.

Prije svega, to je formulacija zahtjeva za korištene informacijske proizvode i izlazne materijale dobivene kao rezultat obrade. To uključuje zahtjeve za štampanje mapa, tabela, lista, dokumenata; za traženje dokumenata itd. Kao rezultat, potrebno je kreirati dokument sa uslovnim nazivom "Opšta lista ulaznih podataka".

Sljedeći korak je određivanje prioriteta, redoslijeda kreiranja i glavnih parametara (teritorijalna pokrivenost, funkcionalna pokrivenost i obim podataka) sistema koji se kreira. Nadalje, postavljaju se zahtjevi za podatke koji se koriste, uzimajući u obzir maksimalne mogućnosti njihove primjene.

PREDAVANJE 10. GIS KONCEPT I ZAHTJEVI

Vrste GIS-a

Geografski informacioni sistem (GIS) je sistem za upravljanje, analizu i prikaz geografskih informacija. Geografske informacije su predstavljene kao niz geografskih skupova podataka koji modeliraju geografsko okruženje kroz jednostavne generalizirane strukture podataka. GIS uključuje komplete alata za rad sa geografskim podacima.

Geografski informacioni sistem podržava nekoliko prikaza za rad sa geografskim informacijama:

1. Vrsta baze geopodataka: GIS je prostorna baza podataka koja sadrži skupove podataka koji predstavljaju geografske informacije u kontekstu opšti model GIS podaci (vektorske karakteristike, rasteri, topologija, mreže, itd.)

2. Geovizualizacijski prikaz: GIS je kolekcija pametnih mapa i drugih pogleda koji pokazuju karakteristike i odnose između karakteristika na površini zemlje. Može se izgraditi različite vrste mape, a mogu se koristiti kao „prozori u bazu podataka“ za podršku upitima, analizi i uređivanja informacija.

3. Vrsta geoprocesiranja: GIS je skup alata za izvođenje novih geografskih skupova podataka iz postojećih skupova podataka. Funkcije obrade prostornih podataka (geoprocesiranja) izdvajaju informacije iz postojećih skupova podataka, primjenjuju analitičke funkcije na njih i zapisuju rezultate u nove izvedene skupove podataka.

U softveru ESRI ® ArcGIS ®, ova tri tipa GIS-a su katalog (GIS kao zbirka skupova geopodataka), mapa (GIS kao pametni prikaz karte) i kutija sa alatima (GIS kao kutija alata za obradu prostornih podataka). Svi oni su sastavni dijelovi kompletnog GIS-a i koriste se u većoj ili manjoj mjeri u svim GIS aplikacijama.

Rice. 1.

Prikaz geopodataka

GIS je poseban tip baze podataka o svijetu oko - geografska baza podataka (geodatabase). U srcu GIS-a je strukturirana baza podataka koja geografski opisuje svijet.

Hajde da donesemo kratka recenzija neki ključni principi koji su važni za razumijevanje baza geopodataka.

Geografska zastupljenost

Prilikom dizajniranja GIS baze geopodataka, korisnici određuju kako će različite karakteristike biti predstavljene. Na primjer, parcele su obično predstavljene kao poligoni, ulice kao središnje linije, bunari kao tačke itd. Ove karakteristike su grupisane u klase obeležja gde svaki skup ima jednu geografsku reprezentaciju.

Svaki skup GIS podataka pruža prostorni prikaz nekog aspekta svijeta, uključujući:

· Uređeni skupovi vektorskih objekata (skupovi tačaka, linija i poligona)

· Rasterski skupovi podataka kao što su digitalni modeli elevacije ili slike

Prostorne mreže

Topografija područja i drugih površina

Skupovi podataka ankete

Druge vrste podataka kao što su adrese, nazivi mjesta, informacije na karti

Geografski informacioni sistem (GIS) (eng. Geographic Information System, GIS) je informacioni sistem koji obezbeđuje prikupljanje, skladištenje, obradu, pristup, prikaz i distribuciju prostornih podataka.

Prostorni podaci su podaci o prostornim karakteristikama u digitalnom obliku.

Po teritorijalnoj pokrivenosti razlikuju se globalni (planetarni) GIS (globalni GIS), subkontinentalni GIS, nacionalni GIS, koji često imaju status državnog, regionalni GIS (regionalni GIS), subregionalni GIS i lokalni, odnosno lokalni GIS (lokalni GIS).

GIS se razlikuju po predmetnoj oblasti informaciono modeliranje: urbani GIS, ili općinski GIS (urban GIS), ekološki GIS (environmental GIS), turizam, itd.

Integrisani GIS (integrisani GIS, IGIS) kombinuju funkcionalnost GIS i digitalni slikovni sistemi za daljinsko ispitivanje podataka u jednom integrisanom okruženju GIS tehnologija kombinuje tradicionalne operacije baze podataka kao što su upiti i Statistička analiza, uz prednosti pune vizualizacije i geografske (prostorne) analize koju pruža karta. Ove mogućnosti izdvajaju GIS od ostalih informacionih sistema i pružaju jedinstvene mogućnosti za njegovu primenu u širokom spektru zadataka.Mapiranje i geografska analiza nisu nešto sasvim novo. Međutim, GIS tehnologija automatizuje proces analize i predviđanja.

GIS uključuje glavne komponente: hardver, softver, podaci

Hardver generalno jesu PC odvojeno ili uključeno u računarsku mrežu.

GIS softver sadrži funkcije i alate potrebne za pohranjivanje, analizu i vizualizaciju geografskih (prostornih) informacija. Glavne komponente softvera su: alati za unos i geografske informacije, DBMS, alati za podršku prostornim upitima, analiza i vizualizacija; grafički običaj

Podaci podatke o lokaciji (geografski podaci) i povezane tabelarne podatke korisnik može prikupiti i pripremiti ili ih kupiti od dobavljača na komercijalnoj ili drugoj osnovi. U procesu upravljanja prostornim podacima, GIS integriše prostorne podatke sa drugim vrstama i izvorima podataka.

GIS može raditi sa dvije vrlo različite vrste podataka - vektor i raster.

U vektorskom modelu informacije o tačkama, linijama se kodiraju i pohranjuju kao skup X,Y koordinata (u modernom GIS-u često se dodaju treća prostorna koordinata Z i četvrta, na primjer, vremenska). Lokacija tačke (točkastog objekta), na primjer, značajnog kamena, opisuje se parom koordinata (X,Y). Linearne karakteristike kao što su putevi, rijeke ili cjevovodi se pohranjuju kao skupovi X,Y koordinata. Karakteristike poligona, kao što su riječni slivovi, parcele ili uslužna područja, pohranjuju se kao zatvoreni skup koordinata.

Vektorski model je posebno koristan za opisivanje diskretnih objekata, a manje pogodan za opisivanje svojstava koja se kontinuirano mijenjaju, kao što su gustina naseljenosti ili dostupnost objekata.

Rasterski model optimalno za rad sa kontinuiranim svojstvima. Rasterska slika je skup vrijednosti za pojedinačne elementarne komponente (ćelije), slična je skeniranoj karti ili slici. Savremeni GIS može raditi sa vektorskim i rasterskim modelima podataka.

Bilo koja geografska informacija sadrži podatke o prostornom položaju, bilo da je vezana za geografske ili druge koordinate, ili veze na adresu, poštanski broj, identifikator zemljišta ili šumske parcele, naziv ceste ili kilometražu na autoputu, itd.

Kada se takve veze koriste za automatsko određivanje lokacije ili lokacija objekta(a), poziva se procedura geokodiranje.

Uz njegovu pomoć možete brzo odrediti i vidjeti na mapi gdje se nalazi objekt ili pojava koja vas zanima, kao što je kuća u kojoj živi klijent turističke kompanije ili se nalazi organizacija koja vam je potrebna, nezaboravno mjesto na kojem se nalazi istorijski događaj se desio i dostupne informacije o njemu, koja ruta je lakša i brže doći do željene tačke ili kuće itd.

Za mnoge tipove prostornih operacija, krajnji rezultat je reprezentacija podataka u obliku karte ili grafikona. Karta je vrlo efikasan i informativan način pohranjivanja, predstavljanja i komuniciranja geografskih (prostorno referenciranih) informacija. Ranije su se karte stvarale vekovima. GIS pruža fantastične nove alate koji proširuju i unapređuju umjetnost i nauku kartografije. Uz njegovu pomoć, vizualizacija samih karata može se lako dopuniti izvještajnim dokumentima, trodimenzionalnim slikama, grafikonima, tabelama, dijagramima, fotografijama i drugim sredstvima, poput multimedije.

Sposobnost GIS-a da pretražuje baze podataka i vrši prostorne upite omogućila je mnogim kompanijama da zarade milione dolara.

Primjer

82.500 dolara potrošeno je na kreiranje turističko orijentiranog geografskog informacionog sistema za grad Pinawa i njegove okolne teritorije (Kanada).Tokom 3 godine sistem je donio 5.000.000 dolara prihoda.

Do danas se turistički biznis zemalja ZND ne može pohvaliti ogromnim uspjesima u oblasti GIS-a, centralni gradovi Moskva i Sankt Peterburg imaju određene rezultate.

Informacija je, međutim, tamo predstavljena iz jednog ugla - elektronske karte bez upućivanja na realno vrijeme, odnosno ako na mapi pronađete Boljšoj teatar, odmah možete dobiti spisak današnjih predstava, fotografiju fasade, ili barem linkove na njegovu službenu web stranicu.

Trenutno su u svijetu GIS usko povezani sa satelitske tehnologije za navigaciju (određivanje lokacije korisnika na elektronskoj karti).

Slični sistemi u inostranstvu osnivaju se za turističke operatere ekstremnog turizma.

Primjer upotrebe

U GIS možete uneti mapu koja će prikazati najveća odmarališta sa kojima kompanija sarađuje, uneti planove za ove teritorije, zgrade, informacije o kvaliteti usluge, fotografije soba, plaža, nazive originalnih jela domaće šarene kuhinje , itd. Omogućavanjem pristupa Internetu takvoj GIS turističkoj agenciji ili odmaralištu imaće ogromnu prednost u odnosu na druge prodavce ove vrste usluga. Ili možete postaviti fragment zračne fotografije povijesnog područja, na kojem su označene interesantne točke. Klikom mišem na označena mjesta korisnik ima mogućnost da dobije sveobuhvatne informacije o ovaj objekat sa tekstom i fotografijama.

GIS je moderna geoinformacija mobilni sistemi, koji imaju mogućnost prikazivanja svoje lokacije na karti. Ovo važno svojstvo temelji se na korištenju dvije tehnologije: geoinformacije i Ako mobilni uređaj ima ugrađen GPS prijemnik, onda je uz pomoć takvog uređaja moguće odrediti njegovu lokaciju, a samim tim i točne koordinate GIS sam. Nažalost, geoinformacione tehnologije i sistemi u naučnoj literaturi na ruskom jeziku predstavljeni su malim brojem publikacija, zbog čega gotovo da nema informacija o algoritmima koji su u osnovi njihove funkcionalnosti.

GIS klasifikacija

Podjela geografskih informacionih sistema odvija se prema teritorijalnom principu:

Globalni GIS koristi se za prevenciju katastrofa izazvanih ljudskim djelovanjem i prirodnih katastrofa od 1997. godine. Zahvaljujući ovim podacima moguće je u relativno kratkom vremenu predvidjeti razmjere katastrofe, izraditi plan otklanjanja posljedica, procijeniti štetu i gubitak života, te organizirati humanitarne akcije.
Regionalni geoinformacioni sistem razvijen na opštinskom nivou. Omogućava lokalnim vlastima da predvide razvoj određenog regiona. Ovaj sistem odražava gotovo sve važne oblasti, kao što su investicije, vlasništvo, navigacija i informiranje, pravna, itd. Također je vrijedno napomenuti da je zahvaljujući korištenju ovih tehnologija postalo moguće djelovati kao jamac životne sigurnosti cjelokupnog stanovništva. . Regionalni geoinformacioni sistem se trenutno koristi prilično efikasno, pomažući privlačenju investicija i brzom rastu privrede regiona.

Svaka od navedenih grupa ima određene podvrste:

Globalni GIS obuhvata nacionalne i subkontinentalne sisteme, po pravilu, sa državnim statusom.
U regionalnom - lokalnom, subregionalnom, lokalnom.

Informacije o ovim informacionim sistemima mogu se naći u posebnim delovima mreže, koji se nazivaju geoportali. Nalaze se u otvoreni pristup na pregled bez ikakvih ograničenja.

Princip rada

Geografski informacioni sistemi rade na principu sastavljanja i razvoja algoritma. On vam omogućava da prikažete kretanje objekta na GIS karti, uključujući kretanje mobilni uređaj unutar lokalnog sistema. Da biste ovu tačku prikazali na crtežu terena, potrebno je znati najmanje dvije koordinate - X i Y. Kada prikazujete kretanje objekta na karti, potrebno je odrediti redoslijed koordinata (Xk i Yk). Njihovi indikatori treba da odgovaraju različitim vremenskim tačkama lokalnog GIS sistema. Ovo je osnova za određivanje lokacije objekta.

Ovaj niz koordinata može se izdvojiti iz standardne NMEA datoteke GPS prijemnika koji je izvršio stvarno kretanje na tlu. Dakle, algoritam koji se ovdje razmatra zasniva se na korištenju podataka NMEA fajla sa koordinatama putanje objekta preko određene teritorije. Potrebni podaci se mogu dobiti i kao rezultat modeliranja procesa kretanja na osnovu kompjuterskih eksperimenata.

GIS algoritmi

Geoinformacioni sistemi izgrađen na početnim podacima koji se uzimaju za razvoj algoritma. U pravilu, to je skup koordinata (Xk i Yk) koji odgovaraju putanji nekog objekta u obliku NMEA datoteke i digitalne GIS karte za odabrano područje. Zadatak je razviti algoritam koji prikazuje kretanje točkastog objekta. U toku ovog rada analizirana su tri algoritma na kojima se rješava problem.

Prvi GIS algoritam je analiza podataka NMEA datoteke kako bi se iz njih izdvojio niz koordinata (Xk i Yk),
Drugi algoritam se koristi za izračunavanje ugla putanje objekta, dok se parametar broji od istoka.
Treći algoritam je za određivanje kursa objekta u odnosu na kardinalne tačke.

Generalizovani algoritam: Opšti koncept

Generalizirani algoritam za prikaz kretanja točkastog objekta na GIS karti uključuje tri prethodno spomenuta algoritma:

NMEA analiza podataka;
proračun ugla staze objekta;
određivanje kursa objekta u odnosu na zemlje cijelog svijeta.

Geografski informacioni sistemi sa generalizovanim algoritmom opremljeni su glavnim kontrolnim elementom - tajmerom (Timer). Njegov standardni zadatak je da dozvoljava programu da generiše događaje u određenim intervalima. Koristeći takav objekt, možete postaviti potreban period za izvršavanje skupa procedura ili funkcija. Na primjer, za višestruko izvršavano odbrojavanje vremenskog intervala od jedne sekunde, morate postaviti sljedeća svojstva tajmera:

timer.interval = 1000;
Timer.Enabled=Tačno.

Kao rezultat toga, svake sekunde će se pokrenuti postupak čitanja X, Y koordinata objekta iz NMEA datoteke, zbog čega se ova tačka sa dobijenim koordinatama prikazuje na GIS karti.

Princip tajmera

Upotreba geografskih informacionih sistema je sledeća:

Na digitalnoj mapi su označene tri tačke ( simbol- 1, 2, 3), koji odgovaraju putanji objekta u različitim vremenima tk2, tk1, tk. Oni su nužno povezani punom linijom.
Uključivanje i isključivanje tajmera koji kontrolira prikaz kretanja objekta na karti vrši se pomoću tipki koje korisnik pritisne. Njihovo značenje i određena kombinacija mogu se proučavati prema shemi.

NMEA fajl

Hajde da ukratko opišemo sastav NMEA GIS datoteke. Ovo je dokument napisan u ASCII formatu. U suštini, to je protokol za razmjenu informacija između GPS prijemnika i drugih uređaja, kao što su PC ili PDA. Svaka NMEA poruka počinje znakom $, nakon čega slijedi oznaka uređaja od dva znaka (za GPS prijemnik - GP) i završava se nizom \r\n - znakom za povratak i promjenom na novi red. Točnost podataka u obavijesti ovisi o vrsti poruke. Sve informacije su sadržane u jednom redu, sa poljima odvojenim zarezima.

Da bi se razumjelo kako funkcioniraju geografski informacioni sistemi, dovoljno je proučiti široko korištenu poruku tipa $GPRMC, koja sadrži minimalan, ali osnovni skup podataka: lokaciju objekta, njegovu brzinu i vrijeme.
Razmotrite, koristeći poseban primjer, koje su informacije kodirane u njemu:

datum utvrđivanja koordinata objekta - 07.01.2015.
univerzalno vrijeme UTC za određivanje koordinata - 10h 54m 52s;
koordinate objekta su 55°22.4271" N i 36°44.1610" E.

Naglašavamo da su koordinate objekta prikazane u stepenima i minutama, a potonji indikator je dat sa tačnošću od četiri decimale (odnosno tačkom kao separatorom celog i razlomka realnog broja u USA formatu). Ubuduće će vam trebati da u NMEA datoteci geografska širina lokacije objekta bude na poziciji iza trećeg zareza, a geografska dužina nakon petog. Na kraju poruke prenosi se iza znaka "*" kao dvije heksadecimalne cifre - 6C.

Geoinformacioni sistemi: primjeri kompajliranja algoritma

Razmotrimo algoritam za raščlanjivanje NMEA datoteke kako bismo izdvojili skup koordinata (X i Yk) koji odgovaraju objektu. Sastoji se od nekoliko uzastopnih koraka.

Određivanje Y koordinate objekta

NMEA algoritam za analizu podataka

Korak 2. Pronađite poziciju trećeg zareza u nizu (q).

Korak 3. Pronađite poziciju četvrtog zareza u nizu (r).

Korak 4. Pronađite, počevši od pozicije q, simbol decimalne točke (t).

Korak 5. Izvucite jedan znak iz niza na poziciji (r+1).

Korak 6. Ako je ovaj znak W, tada je varijabla Sjeverne hemisfere postavljena na 1, u suprotnom -1.

Korak 7. Izdvoj (r-+2) karaktera niza, počevši od pozicije (t-2).

Korak 8. Izdvojite (t-q-3) znakove niza počevši od pozicije (q+1).

Korak 9. Pretvorite nizove u realne brojeve i izračunajte Y koordinate objekta u radijanima.

Određivanje X koordinate objekta

Korak 10. Pronađite poziciju petog zareza u nizu (n).

Korak 11. Pronađite poziciju šestog zareza u nizu (m).

Korak 12. Pronađite, počevši od pozicije n, simbol decimalne tačke (p).

Korak 13. Izdvojite jedan znak iz niza na poziciji (m+1).

Korak 14. Ako je ovaj simbol "E", tada je varijabla istočne hemisfere postavljena na 1, u suprotnom -1.

Korak 15. Izdvojite (m-p+2) karaktere niza počevši od pozicije (p-2).

Korak 16. Izdvojite (p-n+2) karaktere niza, počevši od pozicije (n+1).

Korak 17. Pretvorite nizove u realne brojeve i izračunajte X koordinatu objekta u radijanima.

Korak 18. Ako NMEA datoteka nije pročitana do kraja, idite na korak 1, u suprotnom idite na korak 19.

Korak 19. Završite algoritam.

U koraku 6 i 16 ovaj algoritam varijable Sjeverna hemisfera i Istočna hemisfera se koriste za numeričko kodiranje lokacije objekta na Zemlji. Na sjevernoj (južnoj) hemisferi, varijabla Sjeverna hemisfera uzima vrijednost 1 (-1), respektivno, slično na istočnoj istočnoj hemisferi - 1 (-1).

GIS aplikacija

Upotreba geografskih informacionih sistema je široko rasprostranjena u mnogim oblastima:

geologija i kartografija;
trgovina i usluge;
katastar;
ekonomija i menadžment;
odbrana;
inženjering;
obrazovanje itd.