Квадротомическая модель.

В основе линий разбиения территории или изображения на вложенные друг на друга пикселы или регулярные ячейки с образованием иерархической древовидной структуры.

Векторные модели.

Используются для цифрового представления точечных, линейных и площадных объектов с помощью устройств ввода векторного типа дигитайзеров (цифрователей).

Типы – векторные топологические, векторные нетопологические.

Аналого-цифровое преобразование данных.

Цифровые карты – основы могут готовиться в разных форматах, в которых реализованы различные модели данных: векторная, растровая.

ЦКО в векторном формате – создают по технологии шифрования с помощью дигитайзера с ручным обводом или сканированием оригиналов с последующей векторизацией, используя программные средства-векторизаторы.

Процесс аналого-цифрового преобразования данных состоит из трех крупных блоков:

- Цифрование. Перевод исходных картографических материалов на твердой основе в цифровую форму. Перевод осуществляется дигитайзерным вводом и путем векторизации растра.

- Обеспечение качества оцифрованных материалов. Качество ЦК-совокупность свойств ЦК обуславливающих ее пригодность удовлетворять установленные и предполагаемые потребности в соответствии с ее значением. Критерии качества ЦК: информативность, точность, полнота передачи содержания, конкретная внутренняя структура.

- Интеграция разнородных цифровых материалов. Единая цифровая картографическая основа (ЕКО) - это комплексная система цифровых картографических материалов, согласованных по территориальному охвату, содержанию, формату, масштабам, системам условных знаков, классификаторам. Основой для интеграции данных должна служить базовая карта или система карт.

21. Понятие о базах данных и их разновидностях. Системы управления БД в ГИС.

Совокупность цифровых данных о пространственных объектах образуется множеством пространственных данных и составляет содержание баз графических данных, определяет принципы построения информационного обеспечения ГИС

Выявление географических объектов и явлений и последующий выбор представления данных о них является составной частью процесса, именуемого проектированием базы данных.

Требование к БД

- согласованной по времени – хранящиеся в ней количественные данные актуальными.

- полной, достаточно подробной для предполагаемого создания ГИС

- позиционно точной, абсолютно совместимой с другими данными, которые могут добавляться в нее.

- достоверный, правильно отражающей характер явлений.

-легко обновляемой.

-доступной для любых пользователей.

Базы данных делят на иерархические, сетевые и реляционные.

Иерархические базы данных устанавливают строгую подчинен­ность между записями и состоят из упорядоченного набора. Тип дерева состоит из одного «корневого» типа за­писи и упорядоченного набора из нуля или более типов поддере­вьев. Тип дерева в целом представляет собой иерархически организованный набор типов записи.

Сетевые базы данных используют в том случае, если структура данных сложнее, чем обычная иерархия.

Реляционная модель. В ней все данные представ­лены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы. В реляционной базе данных информация организована в виде таблиц, разделенных на строки и столбцы, на пересечении кото­рых содержатся значения данных. У каждой таблицы имеется уни­кальное имя, описывающее ее содержимое. Каждая горизонтальная строка этой таб­лицы представляет отдельный физический объект. Она же представлена на карте отдельным графическим объектом. Все строки таблицы представляют все районы одной области. Все данные, содержащиеся в конкретной строке таблицы, относятся к району, который описывается этой строкой.

СУБД в ГИС

Отличают 2 пути использования:

1.Выполнение ГИС процедур полностью через СУБД, тогда доступ ко всем данным осуществляется только через СУБД и все данные должны удовлетворять требованиям, заложенным при ее разработке.

2. Некоторые данные доступны через СУБД поскольку они вполне соответствуют модели, а к некоторым данным доступ прямой, так как они не удовлетворяют требованиям модели СУБД.

К числу функций СУБД принято относить:

1. Управление данны­ми во внешней памяти; включает обеспечение необходимых структур внешней па­мяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей.

2. Управление буферами оперативной памя­ти;

3. Управление транзакциями; транзакция — это последовательность операций над БД рас­сматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется и СУБД фиксирует (COMMIT) изменения БД, про­изведенные этой транзакцией во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД.

4. ведение журнала изменений дан­ных; журнал — это особая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особой тщательностью, в которую поступают записи обо всех изменениях ос­новной части БД.

5. поддержка языков базы данных

22. Анализ данных дистанционного зондирования.

Дистанционное зондирование –получение информации с использованием аппаратуры, установленной на борту аэро- ил космических аппаратов.

Дистанционное зондирование – основной источник поддержания оперативности и актуальности ГИС.

При дистанционных исследованиях получают информацию об объекте в разных спектральных диапазонах. Различные отражательные свойства объекта и состояние окружающей среды влияют на характеристики излучения и фиксируются приборами дистанционного зондирования.

На качественные характеристики материалов дистанционного зондирования оказывают влияние:

- Форма орбиты. Космически носители движутся по круговым и эллиптическим орбитам. Для наблюдения из космоса целесообразнее использовать круговые орбиты, потому что на них спутник движется на одинаковом расстоянии от Земли.

- Наклонение орбиты. Определяет угол между плоскостью орбиты и плоскостью экватора.

- Высота. 100-500 км – орбиты пилотируемых кораблей и орбитальных станций; 500-2000 км – орбиты ресурсных и метеорологических спутников; 36000-40000 – орбиты геостационарных спутников.

- Период вращения. Время обращения спутника вокруг Земли.

- Положение орбиты по отношению к Солнцу.

Снимок – двумерное изображение, полученное в результате дистанционной регистрации техническим средством собственного или отраженного излучения и предназначенное для обнаружения качественного или количественного изучения объектов, явлений и процессов путем дешифрирования, измерения и картографирования.

Обзорность снимка обеспечивается охватом больших площадей. Комплексное изображение компонентов геосферы. На снимках отображаются различные компоненты геосферы, что позволяет изучать их взаимодействие и взаимосвязь. Регулярная повторяемость съемки. Генерализация изображения заключается в значительной обобщенности изображения. Характер обобщения рисунка зависит как от технических, так и от природных факторов.

По масштабу космические снимки делятся на: мелкомасштабные, среднемасштабные, крупномасштабные.

По обзорности: глобальные, региональные, локальные.

Разрешение – минимальная величина объекта, которая отображается на снимке. Классифицируется на: очень низкое, низкое, среднее, высокое.

Детальность – количество информации на единицу площади снимка. (снимки малой, средней детальности и детальные).

Для исследования объектов в динамике выделяют следующие виды съемки:

- съемка с периодической повторяемостью;

- периодическая;

- регулируемая.

23. Геоинформационный анализ данных и основы моделирования.

24. ГИС и глобальные системы позиционирования.

Современные определения координат основаны на использовании глобальных систем позиционирования (ГСП). Суть их работы заключается в следующем: летящие по строго заданным орбитам спутники, мгновенные координаты которых точно известны, непрерывно излучают радиосигналы, регистрируемые специальными спутниковыми приемниками на Земле. Это позволяет с помощью радиотехнических средств измерять расстояния (дальности) от приемника до спутников и определять местоположение приемника (его координаты), или находить вектор между двумя приемниками (разности координат их положения).

Интеграция ГСП и ГИС является особо важной. Рядом фирм выпускаются спутниковые приемники и программное обеспечение, специально ориентированное на сбор данных для ГИС. Наблюдатель, перемещаясь по местности с таким приемником, вводит в накопитель пространственные и атрибутивные данные. Они сохраняются в соответствующих форматах и могут быть выведены на экран в целях визуализации и контроля.

К концу XX в. в мире созданы две эксплуатационные спутниковые глобальные системы позиционирования, ознаменовавшие революционные изменения в геодезических измерениях. Это американская система Global Positioning System (GPS) и российская Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС). Их инженерно-техническая реализация потребовали немалых затрат и десятков лет напряженной работы.

В каждой системе выделяют по три главные подсистемы (сегменты): наземного контроля и управления (НКУ), созвездия космических аппаратов (КА) и аппаратуры пользователей (АП).

Дальности определяют двумя методами: кодовым (стандартная точность) и фазовым (наиболее точные измерения). Кроме этого в приемник передается так называемое навигационное сообщение, несущее необходимую для определения координат информацию.

Навигационное сообщение. Спутники ГСП передают в приемники навигационные сообщения, которые несут телеметрические данные, информацию о времени, метки времени. По меткам времени на Земле сверяются временные шкалы спутников с государственными эталонами, и соответствующие поправки дважды в сутки закладываются на борт каждого спутника. По меткам времени синхронизируются измерения и в приемниках пользователей. Эфемериды — данные, содержащие информацию, позволяющую определить с высокой точностью текущие координаты конкретного спутника. Альманах — сборник менее точных данных обо всех спутниках — содержит сведения об их местоположении, времени восхода и захода, высотах над горизонтом и азимутах направлений на них. Альманах нужен для планирования измерений. Точные сведения, касающиеся конкретного спутника, передаются только этим спутником. Информация альманаха транслируется всеми спутниками.

Координатное обеспечение. GPS и ГЛОНАСС работают в гринвичской пространственной прямоугольной геоцентрической системе координат. Начало координат расположено в центре масс

Геоцентрические координаты GPS и ГЛОНАСС установлены независимо. GPS действует в координатах WGS-, а ГЛОНАСС — в координатах ПЗ-90. Каждая система закреплена координатами пунктов своей космической геодезической сети и использует свой эллипсоид.

Позиционирование — определение с помощью спутников ГСП параметров пространственно-временного состояния объектов, таких как координаты объекта наблюдения, вектор скорости его движения, разности координат двух объектов, точное время наблюдения. Частными случаями этого действия являются: местоопределение — нахождение координат пункта установки антенны спутникового приемника, и определение пространственного вектора – нахождение разностей координат двух пунктов, на которых установлены антенны спутниковых приемников. Рассмотрим некоторые способы позиционирования. Способы местоопределения:

• автономный;

• дифференциальный.

Способы определения пространственного вектора:

• статический;

• кинематический.

В позиционировании важным является понятие эпохи. Эпоха — опорная точка на шкале времени, фиксированный момент начала одновременного приема спутниковыми приемниками сигналов всех отслеживаемых спутников глобальной системы позиционирования.

25. ГИС-продукты: настольные, серверные, встраиваемые, мобильные. Краткий обзор программных средств, используемых в России. Коммерческие пакеты программ (ArcView, ArcGIS, EASYTRACE, SPATIAL ANALYST, 3D ANALYST, ENVI, IDL и др.)

Настольные ГИС - продукты - ArcReader, ArcView, ArcEditor, ArcInfo, а также дополнительные модули ArcGIS, представляют масштабированный по решаемым задачам и унифицированный по интерфейсу и общим принципам работы ряд продуктов для создания, обмена, управления, анализа и публикации географической информации. Основные настольные продукты ArcGIS (ArcView, ArcEditor, ArcInfo) имеют общую архитектуру, но различаются по уровню доступной функциональности составляющих их базовых приложений ArcMap и ArcCatalog и числу входящих в них инструментов геообработки, сгруппированных по типам решаемых задач. Эти приложения предоставляют широчайшие возможности работы с пространственными данными. ArcMap обеспечивает решение разнообразных картографических задач, пространственный анализ и редактирование данных. ArcCatalog отвечает за управление ГИС- данными, обеспечивает доступ к данным на отдельном компьютере, по локальной сети или через Интернет.

Серверные ГИС - ArcGIS Server, ArcIMS и ArcSDE. Они используются для создания и управления серверными ГИС- приложениями, позволяющими распространять пространственные данные в пределах крупных организаций или многим другим пользователям через Интернет. ArcGIS Server – это сервер приложений, содержащий общую коллективно используемую библиотеку программных ГИС- объектов для создания серверных приложений, работающих в корпоративной сети или в Web. ArcIMS – масштабируемый картографический Интернет- сервер для публикации карт, данных и метаданных через открытые Интернет- протоколы, обеспечивает создание ГИС- порталов. ArcSDE – мощный сервер пространственных данных для управления географической информацией, хранящейся во многих коммерческих СУБД.

Встраиваемые ГИС - ArcGIS Engine – это библиотека встраиваемых компонентов ГИС и инструментов, с помощью которой разработчики могут создавать новые или расширять имеющиеся настольные пользовательские приложения. Используя ArcGIS Engine, разработчики могут встроить ГИС- функции в существующие приложения (например, Microsoft Word и Excel), либо создать приложения, сфокусированные на решении определенных задач, предоставив необходимые функции ГИС для массового использования в конкретной организации или отрасли.

Мобильные ГИС – пакет ArcPad, установленный на мобильных устройствах с поддержкой GPS, широко используется для целенаправленного сбора данных и другой ГИС- информации, их просмотра и обновления непосредственно в полевых условиях.

ArcView - один из трех настольных продуктов ArcGIS. В состав ArcView входит три приложения: ArcMap, ArcCatalog и ArcToolbox для ArcView. Это набор инструментов для картографирования, создания отчетов и картографического анализа. ArcView это ГИС, которая применяется в системах поддержки принятия решений, «географическом» маркетинговом анализе, цифровой картографии, экологическом мониторинге, муниципальных ГИС.

В ArcView можно:

Взаимодействовать с картой посредством инструментов Перемещения и Масштабирования, Интерактивной выборки, Подсказки карты, Окна обзора и Окна увеличителя, Пространственных закладок, Динамического обновления выборки между картой, таблицами и диаграммами, Идентификации, Горячих связей и Гиперссылок на внешние приложения и URL адреса страницы в интернете.

Создание карты в ArcView происходит посредством инструментов Отображения данных: прозрачных слоев, быстрого перепроецирования векторных данных и растров, включая трансформацию датума, инструментов Классификации данных, Символов, Надписей, Компоновки и Печати.

Анализ карты в ArcView происходит посредством инструментов Операций выбора (Интерактивная выборка, Выбор по атрибуту, Выбор по местоположению), Операций анализа (Буфер, Вырезание, Слияние, Пересечение, Объединение, Пространственное соединение), с возможностью вывода полученного визуального представления и анализа в на монитор как диаграммы или отчета.

ArcView позволяет создавать данные посредством инструментов Редактирования шейп-файлов и персональных баз геоданных, Трансформации растров, Поворота и отражения растров, Построения и редактирования пространственных объектов, Замыкания, Поддержки планшетного дигитайзера, Событий и геокодирования, Динамической сегментации.
В ArcView реализована система управления данными посредством инструментов Импорта проектов и легенд, Инструментов поддержки данных (создание новых файлов данных, экспорт и импорт данных, прямая поддержка множества форматов), Управления табличными данными, Просмотра и редактирования метаданных (структурированных информационных данных), Поиска данных в ArcCatalog.

ArcView позволяет задавать структуру приложений посредством Стандартного интерфейса Microsoft Windows, Фиксируемых панелей инструментов, Полностью интернациональной поддержки данных и атрибутов, Возможности настройки интерфейса, Расширения функций с использованием COM, Создания макросов в среде, Вставки OLE объектов в ArcMap.

ArcGIS — семейство геоинформационных программных продуктов американской компании ESRI. Применяются для земельных кадастров, в задачах землеустройства, учёта объектов недвижимости, систем инженерных коммуникаций, геодезии и недропользования и других областях.

Семейство продуктов под маркой ArcGIS подразделяется на настольные и серверные. Основные продукты настольной линейки — ArcView, ArcEditor, ArcInfo, — каждый последующий включает функциональные возможности предыдущего. Кроме того, в настольную линейку входит бесплатные программы ArcReader и ArcGIS Explorer. Основной серверный продукт — ArcGIS for Server, предназначен для многопользовательских геоинформационных проектов с централизованным хранилищем и неограниченным числом рабочих мест, публикации интерактивных карт в Интернете. Для публикации больших объёмов растровых данных выпускается продукт Image Server, для хранения пространственных данных в СУБД и интеграции с другими информационными системами предназначен продукт ArcSDE.

EASYTRACE- Программный комплекс для векторизации картографических данных и других растровых изображений.

Модуль Spatial Analyst – это модуль Python, предназначенный для анализа растровых данных, с функциями, предоставляемыми дополнительным модулем ArcGIS Spatial Analyst. Он обеспечивает доступ ко всем инструментам геообработки в наборе инструментов Spatial Analyst, а также к другим вспомогательным функциям и классам, которые позволяют упростить автоматизацию работы с помощью языка Python.

ArcGIS 3D Analyst в ArcGIS Pro предоставляет инструменты для работы с ГИС-данными в трехмерном виде.

ENVI –программный продукт, обеспечивающий полный цикл обработки оптико-электронных и радарных данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), а также их интеграции с данными геоинформационных систем (ГИС).