GIS tanároknak	1. rész: Bevezetés a térinformatikába
	Cél: Megérteni, mik azok a térinformatikai rendszerek, és mire használják őket. Kulcsszavak: GIS, Számítógép, Térképek, Adatok, Információs rendszerek, Tér, Elemzés

Felülvizsgálat:

Ahogy mi használjuk szöveg szerkesztő szókészletekkel dolgozni és dokumentumokat készíteni, használhatjuk GIS alkalmazás készletekkel dolgozni térinformáció a számítógépen. A GIS jelentése " Földrajzi információs rendszer". Bármely GIS a következő, egymással összefüggő komponensekből áll:

Digitális adatok– földrajzi információk, amelyeket hardver és szoftver segítségével tekint meg és elemez.
Hardver- adatok tárolására, megjelenítésére és feldolgozására használt számítógépek.
Szoftver– számítógépes programok, előadott hardverés lehetővé teszi a digitális adatokkal való munkát. A földrajzi információs rendszer részét képező szoftvert térinformatikai alkalmazásnak nevezzük.

Egy térinformatikai alkalmazással digitális térképeket nyithat meg számítógépén, új térinformációkat hozhat létre és adhat hozzá a térképhez, elkészítheti az igényeinek megfelelő térképeket nyomtatásra, valamint térbeli elemzést végezhet.

Az alábbiakban egy egyszerű példa látható a GIS használatára. Képzelje el, hogy az egészségügyi intézmény minden kezelt betegnél megjelölte a lakóhelyet és a látogatás időpontját:

Hosszúság	Szélességi kör	Betegség	dátum
26.870436	-31.909519	Influenza	13/12/2008
26.868682	-31.909259	Influenza	24/12/2008
26.867707	-31.910494	Influenza	22/01/2009
26.854908	-31.920759	Kanyaró	11/01/2009
26.855817	-31.921929	Kanyaró	26/01/2009
26.852764	-31.921929	Kanyaró	10/02/2009
26.854778	-31.925112	Kanyaró	22/02/2009
26.869072	-31.911988	Influenza	02/02/2009
26.863354	-31.916406	Bárányhimlő	26/02/2009

A táblázat azt mutatja, hogy a kanyarós esetek januárban és februárban fordulnak elő. Az egyes betegek otthonának helyét a táblázat szélességi és hosszúsági fokként jelöli. Ezeket az adatokat egy térinformatikai alkalmazásban felhasználva gyorsan megtudhatunk további részleteket a betegségmintázatokról:

1. ábra: Példa a betegrekordok bemutatására egy GIS alkalmazásban. Könnyen belátható, hogy a kanyarós betegek közel élnek egymáshoz.

Bővebben a GIS-ről:

A GIS egy viszonylag új tudásterület, amely az 1970-es évekre nyúlik vissza. Korábban a számítógépes rendszerek csak nagy cégek és egyetemek számára voltak elérhetőek drága berendezésekkel. Ma már bárki használhatja a térinformatikai alkalmazásokat, akinek személyi számítógépe vagy laptopja van. Az idő múlásával a térinformatikai alkalmazások is könnyebben használhatóak lettek, az időigényes tanulási görbétől kezdve mára bárki elkezdheti használni a GIS-t a mindennapi szükségletekre. Ahogy fentebb leírtuk, a GIS több, mint egyszerű szoftver, a digitális geoadatok kezelésének és használatának minden aspektusát lefedi. Ebben az útmutatóban elsősorban a térinformatikai alkalmazásokról lesz szó.

Mi az a térinformatikai alkalmazás (szoftver)?

Láthat egy példát, hogyan néz ki GIS alkalmazás, fent az 1. ábrán. A térinformatikai alkalmazások grafikus számítógépes programok felhasználói felület egérrel és billentyűzettel vezérelhető. Az alkalmazás az ablak tetején tartalmazza a főmenüt (Fájl, Szerkesztés stb.), amelyre az egérrel kattintva a megfelelő parancssorok jelennek meg. A parancsok segítségével pontosan megmondhatja a GIS-alkalmazásnak, hogy mit szeretne tenni. Például a menü segítségével parancsot küldhet egy új réteg megjelenítési listához való hozzáadásához.

2. ábra: Az egérrel megnyitott alkalmazásmenü egy sor lehetőséget mutat, amelyek mindegyike végrehajtható parancs.

Eszköztárak(kis ikonok sora, parancsokkal, amelyek egérkattintással indíthatók) általában közvetlenül a főmenü alatt találhatók, és gyors hozzáférés a leggyakrabban használt funkciókhoz.

3. ábra: Az eszköztárak gyors hozzáférést biztosítanak a gyakran használt funkciókhoz. Általában egy ikon fölé viszi az egérmutatót
meghív egy eszközleírást, amely leírja a megfelelő funkciót.

A térinformatikai alkalmazások egyik gyakran használt funkciója a megjelenítés kartográfiai rétegek. A térképrétegek fájlként vannak tárolva a lemezen vagy egy adatbázison belül. Jellemzően minden térképréteg egy adott valós jellemzőknek felel meg, például egy úthálózatot bemutató útrétegnek.

Amikor megnyit egy fóliát egy GIS-alkalmazásban, az megjelenik térképes területek.

A térképterület a réteg grafikus ábrázolását mutatja. Ha egynél több réteget ad hozzá egy térképhez, a rétegek átfedik egymást. A 4-7. ábrákon több réteg hozzáadott térkép látható. fontos funkciója térképek - navigáció, beleértve a nagyítást, kicsinyítést és a térkép mozgatását.

4. ábra: Városok réteg hozzáadva a térképen.	5. ábra: Iskolák réteg hozzáadva a térképen.
6. ábra: A térképhez hozzáadott vasúti réteg.	7. ábra: Folyóréteg hozzáadva a térképen.

A papírtérképekkel ellentétben a térinformatikai alkalmazásokban megnyitott térképek létrehozásuk után módosíthatók. Módosíthatja a térképréteg jelmagyarázatainak alakját és színét. Például, ha a 7. ábráról vesszük a térképet, és megváltoztatjuk a jelmagyarázatát, akkor ez teljesen megváltoztatja. kinézet A szimbólumok fontos szerepet játszanak abban, ahogyan térképeket olvasunk, és gyorsan és egyszerűen módosíthatók egy térinformatikai alkalmazásban.

8. ábra: A szimbológia könnyen megváltoztatható egy térinformatikai alkalmazásban − az adatok térképen való megjelenítésének módja.

A térinformatikai alkalmazások másik közös jellemzője az térkép legenda. A térképmagyarázat tartalmazza a GIS alkalmazásba betöltött térképészeti rétegek listáját. A papírtérkép jelmagyarázatától eltérően a GIS-alkalmazások jelmagyarázata lehetővé teszi a rétegek átrendezését, a rétegek elrejtését és a rétegcsoportok létrehozását. A rétegek egérrel történő húzásával megváltoztathatja azok rajzolási sorrendjét az elektronikus térképen. A 9. és 10. ábra a térkép jelmagyarázatát mutatja a GIS alkalmazás ablakának bal oldalán. A rétegek sorrendjének megváltoztatása után a folyók az utak tetején jelennek meg, és nem fordítva.

GIS alkalmazás telepítése a számítógépére:

Számos térinformatikai alkalmazás létezik. Némelyik fejlett, rendkívül speciális eszközöket tartalmaz, és licencenként több tízezer dollárba kerül. Ugyanakkor számos ingyenes térinformatikai alkalmazás létezik. Az alkalmazás megválasztása az Ön pénzügyeitől és személyes preferenciáitól függ. Ennek az oktatóanyagnak a céljaira a Quantum GIS alkalmazást, más néven QGIS-t használjuk. A Quantum GIS teljesen ingyenes, lemásolhatod és megoszthatod tetszőleges számú emberrel. Ha ezt a kézikönyvet ben kapta meg nyomtatott formában, csatolni kell a QGIS másolatát. Ellenkező esetben felkeresheti a http://qgis.org webhelyet, és letölthet egy ingyenes példányt.

Földrajzi adatok:

Most már tudjuk, mik a GIS és GIS alkalmazások, beszéljünk róla geoadatokat. Az adatok specifikusak információ. A térinformatikai rendszerben használt információk általában földrajzi hivatkozások. Emlékezzünk vissza az egészségügyi vállalati adatok fenti példájára. A betegrekordok tárolásához a következő formátumú táblázat készült:

Hosszúság	Szélességi kör	Betegség	dátum
26.870436	-31.909519	Influenza	13/12/2008

A hosszúsági és szélességi oszlopok tartalmazzák földrajzi (térbeli) adatok. A betegség neve és dátuma nem térbeli adatok. A GIS közös funkciója az első és a második közötti kapcsolat létrehozása. Lényegében egy térinformatikai alkalmazás sok információt képes tárolni az egyes helyekről, ellentétben a korlátozott képességekkel rendelkező papírtérképekkel. Például a vizsgált táblázatban könnyen megadható a betegek neme és életkora is. Ha egy GIS-alkalmazáshoz hozzáad egy beteghely-réteget, beállíthatja annak megjelenítését az életkor vagy a betegség típusa, vagy bármely más kívánt betegtulajdonság alapján, míg a papírtérkép csak egy tulajdonságot mutat. Így egy térinformatikai alkalmazással az adott helyekhez kapcsolódó nem térbeli információk alapján tudjuk megváltoztatni térképünk megjelenését.

A térinformatikai rendszerek számos adattípussal dolgoznak. Vektoros adatok koordinátapárok sorozataként (X,Y) tárolódnak a számítógép memóriájában. A vektoradatokat pontok, vonalak és területek (sokszögek) ábrázolására használják. A 11. ábra mutatja Különféle típusok vektoradat megnyitása egy térinformatikai alkalmazásban. A vektoradatokról az útmutató későbbi részében részletesebben lesz szó.

11. ábra: Az ábrázoláshoz vektoradatokat használunk pontok (városok), vonalak (folyók) és sokszögek (körzethatárok).

Raszteres adatokértékrácsként tároljuk. Számos műhold repül a Föld körül, és az általuk készített fényképek bittérképek, amelyek egy térinformatikai alkalmazásban tekinthetők meg. Az egyik fő vizuális különbség a raszteres és a vektoros adatok között, hogy ha túl közel nagyítunk egy raszteres képet, az négyzetekből áll (lásd 12. és 13. ábra). Ezen négyzetek mindegyike külön cella a bittérképet alkotó adatrácsban. A raszteradatokról ebben az oktatóanyagban később részletesebben is lesz szó.


12. ábra: Műholdkép – tipikus példa raszteres adatok. Ezen a képen hegyek láthatók.		13. ábra: Ugyanazok az adatok, de ezúttal többel megközelítés. A kép rácsszerkezete látható.

Mit tanultunk?

Foglaljuk össze a tanulmányozott anyagot:

GIS egy rendszer hardver és szoftverés a geoadatokat.
GIS alkalmazás lehetővé teszi a geoadatok megtekintését, és a GIS fontos része.
A térinformatikai alkalmazások általában tartalmazzák Főmenü, eszköztár, térképterületÉs legenda.
A térinformatikai alkalmazásokban használt földrajzi adatok az raszteresÉs vektor.
Földrajzi adatok-vel kombinálható nem térbeli adatok.

Próbáld ki magad!

Az alábbiakban néhány gyakorlati feladatot mutatunk be tanulóinak:

Ismertesse a GIS fogalmát tanulóival, amint azt ebben az útmutatóban tette. Kérd meg őket, hogy nevezzenek meg 3 okot, amiért kényelmesebb a GIS használata, mint a papírtérképek használata. Az alábbiakban példák találhatók a válaszokra:
- Egy térinformatikai alkalmazás lehetővé teszi számos különböző térkép létrehozását ugyanazon adatok alapján;
- A GIS egy nagyszerű vizualizációs eszköz, amely lehetővé teszi a térkép különböző léptékű megtekintését;
- A papírtérképek elkészítése sok munkát igényel, és még a megtekintésük is sok időt vesz igénybe. A GIS nagyon nagy mennyiségű adatot képes tárolni, és gyorsan és egyszerűen megtalálhatja a megfelelő helyeket.

Fontolja meg, hogyan használják fel a műholdakról származó raszteradatokat. Például:
- Természeti katasztrófák esetén a raszteres adatok megmutathatják az érintett területeket. Például egy közelmúltban egy árvíz alatt készült műholdfelvétel segíthet megtalálni azokat az embereket, akiknek otthona víz alá került.
- Néha az emberek károsítják a környezetet, például olyan veszélyes vegyszereket halmoznak fel, amelyek elpusztítják a növényeket és az állatokat. A műholdak adatait felhasználva nyomon követhetjük az ilyen problémákat.
- A várostervezési szolgáltatások műholdakról származó raszteradatokat használnak az új fejlesztések felkutatására és az infrastruktúra tervezésében.

Ha nincs számítógépe:

A kézikönyvben tárgyalt témák közül sok megjeleníthető kivetítő és írásvetítő-fóliák, pl az információrétegek hasonló átfedését ábrázolják. A térinformatikai rendszer megfelelő megértése azonban mindig számítógép segítségével érhető el a legjobban.

Hogyan működik a GIS?

A GIS a valós világról szóló információkat tematikus rétegek halmazaként tárolja, amelyek földrajzi elhelyezkedés alapján csoportosítva vannak. Ez az egyszerű, de rendkívül rugalmas megközelítés a valós alkalmazások széles skálájában bizonyította értékét, mint például a járművek és anyagok nyomon követése, a valós helyzetek és tervezett események részletes feltérképezése, valamint a globális légköri keringés modellezése.

Bármilyen földrajzi információ információt tartalmaz a térbeli elhelyezkedésről, legyen szó akár földrajzi vagy egyéb koordinátákra való hivatkozásról, akár címre mutató hivatkozásról, irányítószám, választókerület vagy népszámlálási körzet, föld- vagy erdőrészlet azonosító, útnév stb. Amikor ilyen hivatkozásokat használ a automatikus észlelés a jellemző(k) helye vagy helyei geokódolásnak nevezett eljárást alkalmaznak. Segítségével gyorsan meghatározhatja és a térképen megnézheti, hol található az Önt érdeklő tárgy vagy jelenség, például a ház, ahol a barátja él, vagy a szükséges szervezet található, hol történt a földrengés vagy árvíz, melyik útvonal könnyebben és gyorsabban eljuthat a kívánt pontra vagy otthon.

Vektoros és raszteres modellek. A GIS két nagyon különböző típusú adattal működhet – vektoros és raszteres. A vektormodellben a pontokról, vonalakról és sokszögekről szóló információkat kódolják és halmazként tárolják. X,Y koordináták. Egy pont (pontobjektum), például egy fúrás helyét egy koordinátapár (X,Y) írja le. A lineáris jellemzők, például az utak, folyók vagy csővezetékek X,Y koordinátakészletekként vannak tárolva. A poligon jellemzők, mint például a folyóvízgyűjtők, parcellák vagy szolgáltatási területek, koordináták zárt halmazaként vannak tárolva. A vektormodell különösen hasznos diszkrét objektumok leírására, és kevésbé alkalmas folyamatosan változó tulajdonságok, például talajtípusok vagy objektumok hozzáférhetősége leírására. A rasztermodell optimális a folyamatos tulajdonságokkal való munkavégzéshez. Bitmap az egyes elemi összetevők (cellák) értékkészlete, hasonló a beolvasott térképhez vagy képhez. Mindkét modellnek megvannak a maga előnyei és hátrányai. A modern térinformatika vektoros és raszteres modellekkel is működik.

Feladatok, amelyeket a GIS megold. Egy általános célú térinformatikai rendszer többek között általában öt eljárást (feladatot) hajt végre adatokkal: bevitelt, manipulációt, vezérlést, lekérdezést és elemzést, valamint vizualizációt.

Bemenet. GIS-ben való felhasználáshoz az adatokat megfelelő digitális formátumba kell konvertálni. Az adatok konvertálása papírtérképekről számítógépes fájlok digitalizálásnak nevezzük. A modern térinformatikai rendszerben ez a folyamat szkenner technológiával automatizálható, ami különösen fontos nagy projektek végrehajtása során, vagy kis mennyiségű munkával digitalizáló segítségével lehet adatokat bevinni. Sok adatot már lefordítottak olyan formátumba, amelyet a GIS-csomagok közvetlenül érzékelnek.

Manipuláció. Gyakran egy adott projekt esetében a meglévő adatokat tovább kell módosítani, hogy megfeleljenek a rendszer követelményeinek. Például a földrajzi információk különböző léptékűek lehetnek (az utcai középvonalak 1:100 000, a népszámlálási megyehatárok 1:50 000, a lakóingatlanok pedig 1:10 000). A közös feldolgozáshoz és megjelenítéshez kényelmesebb az összes adatot egyetlen skálán bemutatni. GIS technológia biztosítja különböző utak a téradatok manipulálása és az adott feladathoz szükséges adatok kinyerése.

Ellenőrzés. Kisebb projektekben a földrajzi információk normál fájlokként tárolhatók. Az információ mennyiségének növekedésével és az adatok tárolására, strukturálására és kezelésére szolgáló felhasználók számának növekedésével azonban hatékonyabb az adatbázis-kezelő rendszerek (DBMS), majd az integrált adatkészletekkel (adatbázisokkal) való munkavégzéshez szükséges speciális számítógépes eszközök használata. ). A térinformatikai rendszerben a legkényelmesebb olyan relációs struktúrát használni, amelyben az adatok táblázatos formában tárolódnak. Ebben az esetben a közös mezőket használják a táblák összekapcsolására. Ez az egyszerű megközelítés meglehetősen rugalmas, és széles körben használják számos GIS és nem GIS alkalmazásban.

Kérelem és elemzés. Ha rendelkezik térinformatikai és földrajzi információval, akkor választ kaphat egyszerű kérdésekre (Ki a tulajdonosa ennek a teleknek? Milyen messze vannak egymástól ezek az objektumok? Hol található ez az ipari övezet?) És bonyolultabb kérdésekre, amelyek további kiegészítőket igényelnek elemzés (Hol vannak az új ház helyei? Mi a fő talajtípus a lucfenyők alatt? Hogyan befolyásolja az új út építése a közlekedést?). A lekérdezések egy adott objektumra történő egyszerű egérkattintással és fejlett elemző eszközök segítségével is beállíthatók. A GIS segítségével azonosíthatja és beállíthatja a keresési mintákat, olyan forgatókönyveket játszhat le, mint „mi lesz, ha…”. A modern térinformatikai rendszer számos hatékony elemzési eszközzel rendelkezik, a kettő közül a legfontosabb a közelségelemzés és az átfedéselemzés. A jellemzők egymáshoz viszonyított közelségének elemzéséhez a térinformatikai rendszer a pufferelésnek nevezett folyamatot használja. Segít megválaszolni az olyan kérdéseket, mint: Hány ház található 100 méteres körzetben a víztesttől? Hány vásárló él az üzlet 1 km-es körzetében? Milyen arányban termelnek olajat az OGPD kezelőépületétől 10 km-en belül található kutakból? Az átfedési folyamat magában foglalja a különböző tematikus rétegekben található adatok integrálását. A legegyszerűbb esetben ez egy leképezési művelet, de számos elemző műveletben a különböző rétegekből származó adatokat fizikailag kombinálják. Egy átfedés vagy térbeli aggregáció lehetővé teszi például a talaj, a lejtő, a növényzet és a földtulajdon adatok integrálását a földadókulcsokkal.

Megjelenítés. Számos térbeli műveletnél a végeredmény az adatok térkép vagy grafikon formájában történő megjelenítése. A térkép egy nagyon hatékony és informatív módja a földrajzi (térbeli hivatkozásokkal) kapcsolatos információk tárolásának, bemutatásának és közlésének. Korábban kártyákévszázadok óta alkották. A GIS elképesztő új eszközöket kínál, amelyek kiterjesztik és előmozdítják a térképészet művészetét és tudományát. Segítségével maguknak a térképeknek a megjelenítése egyszerűen kiegészíthető jelentési dokumentumokkal, háromdimenziós képekkel, grafikonokkal és táblázatokkal, fényképekkel és egyéb eszközökkel, például multimédiával.

Kapcsolódó technológiák. A térinformatikai rendszer számos más információs rendszerhez kapcsolódik. Fő különbsége a térbeli adatok manipulálásának és elemzésének képességében rejlik. Bár az információs rendszereknek nincs egységes, általánosan elfogadott osztályozása, a következő leírás segít a térinformatikai rendszer és az asztali leképezési rendszerek (desktop leképezés), CAD rendszerek (CAD), távérzékelés (távérzékelés), adatbázis-kezelő rendszerek (DBMS vagy DBMS) távolságtartásában. és technológiai globális helymeghatározás (GPS).

Az asztali leképezési rendszerek térképészeti ábrázolást használnak az adatokkal való felhasználói interakció megszervezéséhez. Az ilyen rendszerekben minden térképen alapul, a térkép az adatbázis. A legtöbb asztali leképezési rendszer korlátozott adatkezelési, térbeli elemzési és testreszabási képességekkel rendelkezik. A megfelelő csomagok működnek asztali számítógépek- PC, Macintosh és fiatalabb UNIX munkaállomások.

A CAD rendszerek képesek épületek és infrastruktúra projektek és tervek készítésére. Az egységes szerkezetbe való egyesítéshez rögzített paraméterekkel rendelkező komponenskészletet használnak. Az összetevők kombinálására vonatkozó kis számú szabályon alapulnak, és nagyon korlátozott analitikai funkciókkal rendelkeznek. Egyes CAD-rendszereket kiterjesztették az adatok térképészeti ábrázolásának támogatására, de a bennük elérhető segédprogramok általában nem teszik lehetővé a nagy térbeli adatbázisok hatékony kezelését és elemzését.

Távérzékelés és GPS. A távérzékelés a földfelszín mérésének művészete és tudománya olyan érzékelők segítségével, mint pl különféle kamerák repülőgép fedélzetén, a globális helymeghatározó rendszer vevőin vagy más eszközökön. Ezek az érzékelők képek formájában gyűjtik az adatokat, és speciális képességeket biztosítanak a kapott képek feldolgozásához, elemzéséhez és megjelenítéséhez. A megfelelő teljesítményű adatkezelő és elemző eszközök hiánya miatt a megfelelő rendszereket aligha lehet valódi térinformatikai rendszerhez kötni.

Az adatbázis-kezelő rendszereket úgy tervezték, hogy minden típusú adatot tároljanak és kezeljenek, beleértve a földrajzi (térbeli) adatokat is. A DBMS-ek ilyen jellegű feladatokra vannak optimalizálva, ezért sok GIS rendelkezik beépített DBMS-támogatással. Ezek a rendszerek nem rendelkeznek GIS-szerű eszközökkel az elemzéshez és megjelenítéshez.

földrajzi információs rendszer feltérképezése

A térinformatikai rendszer használata különféle problémák megoldására, különböző szervezeti sémákban és eltérő követelményekkel a térinformatikai tervezési folyamat eltérő megközelítéséhez vezet.

A térinformatikai tervezési folyamatnak öt fő szakasza van.

1. A döntéshozatali rendszer elemzése. A folyamat minden olyan döntés azonosításával kezdődik, amelyek meghozatalához információra van szükség. Az egyes szintek és funkcionális területek igényeit figyelembe kell venni.

2. Információs követelmények elemzése. Meghatározza, hogy az egyes döntések meghozatalához milyen típusú információkra van szükség.

3. A határozatok összesítése, i.e. olyan feladatok csoportosítása, amelyeknél a döntések meghozatalához azonos vagy jelentősen átfedő információkra van szükség.

4. Az információfeldolgozási folyamat megtervezése. Tovább ezt a szakaszt az információk gyűjtésére, tárolására, továbbítására és módosítására szolgáló valódi rendszer kialakítása folyik. Figyelembe kell venni a személyzet számítástechnikai használatának képességét.

5. A rendszer tervezése és vezérlése. A legfontosabb szakasz a rendszer létrehozása és megvalósítása. A rendszer teljesítményét különböző pozíciókból értékelik, szükség esetén módosításokat végeznek. Minden rendszernek vannak hibái, ezért rugalmassá és alkalmazkodóvá kell tenni.

A geoinformációs technológiákat számos olyan munkaigényes művelet automatizálására tervezték, amelyek korábban nagy időt, energiát, pszichológiai és egyéb költségeket igényeltek az embertől. A technológiai lánc különböző szakaszai azonban alkalmasak kisebb-nagyobb automatizálásra, ami nagymértékben függhet a kezdeti feladatok helyes megfogalmazásától.

Mindenekelőtt ez a követelmények megfogalmazása a felhasznált információs termékekkel és a feldolgozás eredményeként kapott output anyagokkal szemben. Ide tartoznak a térképek, táblázatok, listák, dokumentumok nyomtatására vonatkozó követelmények; dokumentumokat keresni stb. Ennek eredményeként létre kell hozni egy dokumentumot "A bemeneti adatok általános listája" feltételes névvel.

A következő lépés a létrehozandó rendszer prioritásainak, létrehozásának sorrendjének és főbb paramétereinek (területi lefedettség, funkcionális lefedettség és adatmennyiség) meghatározása. Továbbá a felhasznált adatokkal szemben követelményeket támasztanak, figyelembe véve azok alkalmazásának maximális lehetőségét.

ELŐADÁS 10. TÉRFOGALOM ÉS KÖVETELMÉNYEK

A GIS típusai

A Földrajzi Információs Rendszer (GIS) a földrajzi információk kezelésére, elemzésére és megjelenítésére szolgáló rendszer. A földrajzi információ földrajzi adatkészletek sorozataként jelenik meg, amelyek egyszerű általánosított adatstruktúrákon keresztül modellezik a földrajzi környezetet. A GIS eszközkészleteket tartalmaz a földrajzi adatokkal való munkavégzéshez.

A földrajzi információs rendszer számos nézetet támogat a földrajzi információkkal való munka során:

1. A geoadatbázis típusa: A GIS egy térbeli adatbázis, amely olyan adatkészleteket tartalmaz, amelyek a földrajzi információkat kontextusban reprezentálják. általános modell GIS adatok (vektor jellemzők, raszterek, topológia, hálózatok stb.)

2. Geovizualizációs nézet: A GIS olyan intelligens térképek és egyéb nézetek gyűjteménye, amelyek a földfelszínen lévő jellemzőket és a jellemzők közötti kapcsolatokat mutatják. Építhető különböző típusok térképek, és „adatbázis ablakként” használhatók információk lekérdezésének, elemzésének és szerkesztésének támogatására.

3. Geoprocessing típusa: A GIS egy olyan eszközkészlet, amellyel új földrajzi adatkészleteket lehet származtatni meglévő adatkészletekből. A téradat-feldolgozó (geoprocessing) funkciók a meglévő adatkészletekből információkat nyernek ki, analitikai függvényeket alkalmaznak rájuk, és az eredményeket új származtatott adatkészletekbe írják.

Az ESRI ® ArcGIS ® szoftverben ez a három térinformatikai típus a katalógus (GIS mint geoadatkészletek gyűjteménye), a térkép (GIS mint intelligens térképnézet) és az eszköztár (a téradatok feldolgozására szolgáló eszköztár a GIS). Mindegyik a teljes térinformatikai rendszer szerves részét képezi, és kisebb-nagyobb mértékben minden térinformatikai alkalmazásban használatos.

Rizs. 1.

Geadatbázis nézet

A GIS az speciális típus adatbázisok a környező világról - földrajzi adatbázis (geodabázis). A GIS középpontjában egy strukturált adatbázis áll, amely földrajzilag írja le a világot.

hozzuk rövid áttekintés néhány kulcsfontosságú elv, amelyek fontosak a geoadatbázisok megértéséhez.

Földrajzi ábrázolás

A GIS geoadatbázis tervezése során a felhasználók határozzák meg, hogy a különböző jellemzők hogyan jelenjenek meg. Például a parcellákat általában sokszögként, az utcákat középvonalként, a kutak pontként és így tovább. Ezek a jellemzők jellemzőosztályokba vannak csoportosítva, ahol minden halmaznak egyetlen földrajzi reprezentációja van.

Minden térinformatikai adatkészlet a világ bizonyos aspektusainak térbeli megjelenítését biztosítja, beleértve:

· Vektor objektumok rendezett halmazai (pontok, vonalak és sokszögek halmazai)

· Raszteres adatkészletek, például digitális domborzatmodellek vagy képek

Térhálózatok

A terület és egyéb felületek topográfiája

Felmérés adatkészletei

Más típusú adatok, például címek, helynevek, térképinformációk

Földrajzi Információs Rendszer (GIS) (Eng. Geographic Information System, GIS) egy olyan információs rendszer, amely térbeli adatok gyűjtését, tárolását, feldolgozását, hozzáférését, megjelenítését és terjesztését biztosítja.

A térbeli adatok a térbeli jellemzőkre vonatkozó adatok digitális formában.

Területi lefedettség szerint vannak globális (planetáris) GIS (globális GIS), szubkontinentális GIS, nemzeti GIS, amelyek gyakran állami státuszúak, regionális GIS (regionális GIS), szubregionális GIS és helyi vagy helyi GIS (helyi GIS).

A térinformatika tárgykörenként különbözik információs modellezés: városi térinformatika, vagy önkormányzati térinformatika (urban GIS), környezetvédelmi térinformatika (környezeti térinformatika), turizmus stb.

Integrált GIS (integrált GIS, IGIS) kombájn funkcionalitás GIS és digitális képalkotó rendszerek adatok távérzékeléséhez egyetlen integrált környezetben A GIS technológia egyesíti a hagyományos adatbázis-műveleteket, mint a lekérdezés és Statisztikai analízis, a térkép által biztosított teljes vizualizáció és földrajzi (térbeli) elemzés előnyeivel. Ezek a képességek különböztetik meg a térinformatikai rendszert más információs rendszerektől, és egyedülálló lehetőségeket kínálnak a feladatok széles körében történő alkalmazására.A térképezés és a földrajzi elemzés nem teljesen új keletű. A GIS technológia azonban automatizálja az elemzési és előrejelzési folyamatot.

A GIS a fő összetevőket tartalmazza: hardver, szoftver, adatok

Hardveráltalában vannak Személyi számítógép különállóan vagy számítógépes hálózaton belül.

GIS szoftver a földrajzi (térbeli) információk tárolásához, elemzéséhez és megjelenítéséhez szükséges funkciókat és eszközöket tartalmazza. A szoftver fő komponensei: eszközök beviteli és földrajzi információhoz, DBMS, térbeli lekérdezéseket támogató eszközök, elemzések és megjelenítések; grafikus szokás

Adat A helyadatokat (földrajzi adatokat) és a kapcsolódó táblázatos adatokat a felhasználó gyűjtheti és készítheti el, vagy kereskedelmi vagy egyéb alapon megvásárolhatja az eladóktól. A téradatok kezelésének folyamatában a térinformatikai rendszer integrálja a térbeli adatokat más típusú és adatforrásokkal.

A GIS két nagyon különböző típusú adattal tud működni - vektor és raszter.

A vektoros modellben a pontokra, vonalakra vonatkozó információkat X,Y koordináták halmazaként kódolják és tárolják (a modern térinformatikai rendszerben gyakran adnak hozzá egy harmadik Z térbeli koordinátát és egy negyediket, például az időbelit). Egy pont (pontobjektum), például egy Jelentős kő helyét egy koordinátapár (X,Y) írja le. A lineáris jellemzők, például az utak, folyók vagy csővezetékek X,Y koordinátakészletekként vannak tárolva. A poligon jellemzők, mint például a folyóvízgyűjtők, parcellák vagy szolgáltatási területek, koordináták zárt halmazaként vannak tárolva.

A vektormodell különösen hasznos diszkrét objektumok leírására, és kevésbé alkalmas folyamatosan változó tulajdonságok leírására, mint például a népsűrűség vagy az objektumok hozzáférhetősége.

Raszteres modell optimális a folyamatos tulajdonságokkal való munkavégzéshez. A raszterkép az egyes elemi komponensek (cellák) értékkészlete, hasonló a beolvasott térképhez vagy képhez. A modern térinformatika vektoros és raszteres adatmodellekkel is működik.

Bármilyen földrajzi információ tartalmaz információt a térbeli helyzetről, legyen az földrajzi vagy egyéb koordinátákhoz kötött, vagy hivatkozások címre, irányítószámra, föld- vagy erdőrészlet azonosítójára, út nevére vagy autópályán lévő kilométeroszlopra, stb.

Amikor ilyen hivatkozásokat használnak egy objektum(ok) helyének vagy helyeinek automatikus meghatározására, egy eljárást hívnak meg geokódolás.

Segítségével gyorsan meghatározhatja és a térképen megnézheti, hol található az Önt érdeklő tárgy vagy jelenség, például az utazási társaság ügyfele vagy az Ön által keresett szervezet található, az emlékezetes hely, ahol a történelmi esemény megtörtént, és az arról elérhető információk, melyik útvonal a könnyebb és gyorsabban jut el a kívánt ponthoz vagy haza, stb.

Számos térbeli műveletnél a végeredmény az adatok térkép vagy grafikon formájában történő megjelenítése. A térkép egy nagyon hatékony és informatív módja a földrajzi (térbeli hivatkozásokkal) kapcsolatos információk tárolásának, bemutatásának és közlésének. Korábban a térképeket évszázadokig készítették. A GIS elképesztő új eszközöket kínál, amelyek kiterjesztik és előmozdítják a térképészet művészetét és tudományát. Segítségével maguknak a térképeknek a megjelenítése egyszerűen kiegészíthető jelentési dokumentumokkal, háromdimenziós képekkel, grafikonokkal, táblázatokkal, diagramokkal, fényképekkel és egyéb eszközökkel, például multimédiával.

A GIS azon képessége, hogy adatbázisokban kereshet és térbeli lekérdezéseket hajthat végre, sok vállalat számára lehetővé tette dollármilliók bevételét.

Példa

82 500 dollárt költöttek Pinawa város és a környező területek (Kanada) turisztikai célú földrajzi információs rendszerének létrehozására, amely 3 év alatt 5 000 000 dollár bevételt hozott.

A FÁK-országok turisztikai üzletága a mai napig nem büszkélkedhet óriási sikerekkel a térinformatika terén, Moszkva és Szentpétervár központi városainak van néhány eredménye.

Az információk azonban egy szemszögből jelennek meg - egy elektronikus térkép a valós időre való hivatkozás nélkül, vagyis ha megtalálja a térképen a Bolsoj Színházat, azonnal megkaphatja a mai előadások listáját, a homlokzat fényképét, vagy legalább linkeket a hivatalos weboldalára.

Jelenleg a térinformatika világában szorosan kapcsolódnak műholdas technológiák navigációhoz (a felhasználó helyének meghatározása elektronikus térképen).

Hasonló rendszerek külföldön az extrém turizmus turisztikai szereplői számára létesültek.

Használati példa

A GIS-ben megadhat egy térképet, amely megmutatja a legnagyobb üdülőhelyeket, amelyekkel a vállalat együttműködik, beírhatja ezekre a területekre vonatkozó terveket, épületeket, információkat a szolgáltatás minőségéről, fényképeket a szobákról, strandokról, a helyi színes konyha eredeti ételeinek nevét. stb. Internet hozzáférést biztosítva egy ilyen térinformatikai utazási irodának vagy egy üdülővárosnak óriási előnye lesz az ilyen típusú szolgáltatások más eladóival szemben. Vagy elhelyezhet egy történelmi terület légifelvételének töredékét, amelyen a látnivalók meg vannak jelölve. A megjelölt helyekre az egérrel kattintva a felhasználónak lehetősége van átfogó tájékoztatást kapni a témáról ezt a tárgyat szöveggel és fotókkal.

A GIS egy modern geoinformáció mobil rendszerek, amelyek képesek megjeleníteni a helyüket a térképen. Ez a fontos tulajdonság két technológia alkalmazásán alapul: a térinformatikai és a Ha egy mobil készülék beépített GPS-vevővel rendelkezik, akkor egy ilyen eszköz segítségével meg lehet határozni annak helyét, és ebből következően a mobileszköz pontos koordinátáit. maga a GIS. Sajnos az orosz nyelvű tudományos irodalomban a geoinformációs technológiákat és rendszereket kevés publikáció képviseli, ennek eredményeként szinte nincs információ a működésüket megalapozó algoritmusokról.

GIS besorolás

A földrajzi információs rendszerek felosztása a területi elv szerint történik:

Globális GIS 1997 óta használják az ember okozta és természeti katasztrófák megelőzésére. Ezeknek az adatoknak köszönhetően viszonylag rövid időn belül megjósolható a katasztrófa mértéke, a következmények felszámolására tervet lehet készíteni, felmérni a károkat és az emberéleteket, megszervezni a humanitárius akciókat.
Regionális térinformatikai rendszerönkormányzati szinten fejlesztették ki. Lehetővé teszi a helyi hatóságok számára, hogy előre jelezzék egy adott régió fejlődését. Ez a rendszer tükrözi szinte az összes fontos területet, mint például a befektetés, ingatlan, navigáció és információ, jogi stb. Érdemes megjegyezni, hogy e technológiák használatának köszönhetően lehetővé vált, hogy a teljes lakosság életbiztonságát garantálják. . A regionális térinformatikai rendszert jelenleg meglehetősen hatékonyan használják, elősegítve a befektetések vonzását és a térség gazdaságának gyors növekedését.

A fenti csoportok mindegyikének van bizonyos alfaja:

A globális GIS rendszerint nemzeti és szubkontinentális rendszereket foglal magában, állami státusszal.
A regionális - helyi, kistérségi, helyi.

Ezekkel az információs rendszerekkel kapcsolatos információk a hálózat speciális szakaszaiban találhatók, amelyeket geoportáloknak nevezünk. ben találhatók nyílt hozzáférésű korlátozások nélküli felülvizsgálatra.

Működés elve

Földrajzi Információs rendszerek algoritmus összeállításának és fejlesztésének elvén dolgozzanak. Ő az, aki lehetővé teszi egy objektum mozgásának megjelenítését a térinformatikai térképen, beleértve a mozgást is mobil eszköz a helyi rendszeren belül. Ennek a pontnak a domborzati rajzon való ábrázolásához legalább két koordinátát kell ismernie - X és Y. Ha egy objektum mozgását megjeleníti a térképen, meg kell határoznia a koordináták sorrendjét (Xk és Yk). Mutatóiknak meg kell felelniük a helyi térinformatikai rendszer különböző időpontjainak. Ez az alapja az objektum helyének meghatározásához.

Ez a koordinátasorozat egy olyan GPS-vevő szabványos NMEA fájljából nyerhető ki, amely valós mozgást végzett a földön. Így az itt vizsgált algoritmus az NMEA fájladatok felhasználásán alapul, az objektum pályájának koordinátáival egy bizonyos területen. A szükséges adatok a mozgásfolyamat számítógépes kísérletek alapján történő modellezése eredményeként is megszerezhetők.

GIS algoritmusok

Geoinformációs rendszerek az algoritmus kidolgozásához felhasznált kezdeti adatokra épül. Általában ez egy olyan koordinátakészlet (Xk és Yk), amely valamilyen objektum pályájának felel meg egy NMEA fájl és egy kiválasztott terület digitális GIS térképe formájában. A feladat egy olyan algoritmus kidolgozása, amely egy pontobjektum mozgását jeleníti meg. A munka során három, a probléma megoldásának hátterében álló algoritmust elemeztem.

Az első GIS-algoritmus az NMEA fájl adatainak elemzése abból a célból, hogy koordináták sorozatát (Xk és Yk) kinyerjük,
A második algoritmus az objektum nyomszögének kiszámítására szolgál, míg a paraméter számolása keleti irányból történik.
A harmadik algoritmus egy objektum irányának meghatározására szolgál a sarkpontokhoz képest.

Általánosított algoritmus: általános fogalom

A pontobjektum mozgásának GIS-térképen való megjelenítésére szolgáló általánosított algoritmus a három korábban említett algoritmust tartalmazza:

NMEA adatelemzés;
az objektum nyomszögének kiszámítása;
az objektum lefutásának meghatározása az egész földgömb országaihoz képest.

Az általánosított algoritmussal rendelkező földrajzi információs rendszerek a fő vezérlőelemmel - időzítővel (Timer) vannak felszerelve. Alapfeladata, hogy lehetővé teszi a program számára, hogy bizonyos időközönként eseményeket generáljon. Egy ilyen objektum segítségével beállíthatja az eljárások vagy funkciók végrehajtásához szükséges időtartamot. Például egy másodperces időintervallum ismétlődően végrehajtott visszaszámlálásához a következő időzítő tulajdonságokat kell beállítani:

időzítő.intervallum = 1000;
Timer.Enabled=Igaz.

Ennek eredményeként másodpercenként elindul az objektum X, Y koordinátáinak az NMEA fájlból történő kiolvasási eljárása, melynek eredményeként ez a pont a kapott koordinátákkal megjelenik a térinformatikai térképen.

Az időzítő elve

A földrajzi információs rendszerek használata a következő:

A digitális térképen három pont van megjelölve ( szimbólum- 1, 2, 3), amelyek megfelelnek az objektum pályájának különböző időpontokban tk2, tk1, tk. Ezeket szükségszerűen egy folytonos vonal köti össze.
Az objektum mozgásának térképen való megjelenítését vezérlő időzítő be- és kikapcsolása a felhasználó által megnyomott gombokkal történik. Jelentésük és egy bizonyos kombináció a séma szerint tanulmányozható.

NMEA fájl

Röviden írjuk le az NMEA GIS fájl összetételét. Ez egy ASCII formátumban írt dokumentum. Lényegében ez egy protokoll a GPS-vevő és más eszközök, például PC vagy PDA közötti információcserére. Minden NMEA üzenet egy $ jellel kezdődik, amelyet egy kétkarakteres eszközmegjelölés követ (GPS-vevő esetén - GP), és a következővel végződik: \r\n - egy kocsivissza karakter és egy változás új sor. Az értesítésben szereplő adatok pontossága az üzenet típusától függ. Minden információ egy sorban található, a mezőket vesszővel elválasztva.

A földrajzi információs rendszerek működésének megértéséhez elegendő a $GPRMC típusú, széles körben használt üzenetet tanulmányozni, amely minimális, de alapvető adathalmazt tartalmaz: egy objektum helyét, sebességét és idejét.
Fontolja meg egy konkrét példa segítségével, hogy milyen információ van benne kódolva:

az objektum koordinátáinak meghatározásának időpontja - 2015. január 7.;
egyetemes idő UTC a koordináták meghatározásához - 10h 54m 52s;
az objektum koordinátái 55°22.4271" N és 36°44.1610" K.

Hangsúlyozzuk, hogy az objektum koordinátáit fokban és percben adjuk meg, ez utóbbi mutatót pedig négy tizedesjegy pontossággal adjuk meg (illetve USA formátumban egy valós szám egész és tört részének elválasztójaként egy pontot). A jövőben szüksége lesz arra, hogy az NMEA fájlban az objektum helyének szélessége a harmadik vessző utáni pozícióban legyen, a hosszúság pedig az ötödik után. Az üzenet végén a „*” karakter után két hexadecimális számjegyként kerül elküldésre – 6C.

Geoinformációs rendszerek: példák egy algoritmus összeállítására

Tekintsünk egy algoritmust egy NMEA fájl elemzésére, hogy egy objektumnak megfelelő koordinátakészletet (X és Yk) kinyerhessünk. Több egymást követő lépésből áll.

Egy objektum Y koordinátájának meghatározása

NMEA adatelemző algoritmus

2. lépés Keresse meg a harmadik vessző helyét a karakterláncban (q).

3. lépés Keresse meg a negyedik vessző helyét a karakterláncban (r).

4. lépés Keresse meg a q pozícióból kiindulva a tizedesvesszőt.

5. lépés: Vonjunk ki egy karaktert a karakterláncból az (r+1) pozícióban.

6. lépés: Ha ez a karakter W, akkor az északi félteke változó értéke 1, egyébként -1.

7. lépés: Vágja ki a karakterlánc (r-+2) karaktereit a (t-2) pozíciótól kezdve.

8. lépés: Vágja ki a karakterlánc (t-q-3) karaktereit a (q+1) pozíciótól kezdve.

9. lépés: Alakítsa át a karakterláncokat valós számokká, és számítsa ki az objektum Y koordinátáját radiánban.

Egy objektum X koordinátájának meghatározása

10. lépés Keresse meg az ötödik vessző helyét az (n) karakterláncban.

11. lépés Keresse meg a hatodik vessző helyét a karakterláncban (m).

12. lépés Keresse meg az n pozícióból kiindulva a tizedesvesszőt (p).

13. lépés: Vonjunk ki egy karaktert a karakterláncból az (m+1) pozícióban.

14. lépés: Ha ez a szimbólum "E", akkor az EasternHemisphere változó értéke 1, egyébként -1.

15. lépés: Bontsa ki (m-p+2) a karakterlánc karaktereit a (p-2) pozíciótól kezdve.

16. lépés: Bontsa ki a karakterlánc (p-n+2) karaktereit az (n+1) pozíciótól kezdve.

17. lépés: Alakítsa át a karakterláncokat valós számokká, és számítsa ki az objektum X koordinátáját radiánban.

18. lépés: Ha az NMEA-fájlt nem olvassa be a rendszer a végéig, folytassa az 1. lépéssel, ellenkező esetben folytassa a 19. lépéssel.

19. lépés: Fejezze be az algoritmust.

A 6. és 16. lépésben ezt az algoritmust az északi félteke és a keleti félteke változók az objektum földi helyzetének numerikus kódolására szolgálnak. Az északi (déli) féltekén az északi félteke változó értéke 1 (-1), illetve a keleti féltekén hasonlóan - 1 (-1).

GIS alkalmazás

A földrajzi információs rendszerek használata számos területen elterjedt:

geológia és térképészet;
kereskedelem és szolgáltatások;
kataszter;
közgazdaságtan és menedzsment;
védelem;
mérnöki;
oktatás stb.