Геоинформационные системы в лесном хозяйстве Шпаргалка

Географическая информационная система ( ГИС) или Geographic Information System (GIS) – это совокупность технических, программных и информационных средств, обеспечивающих ввод, хранение, обработку, математико—картографическое моделирование и образное интегрированное представление географических и соотнесенных с ними атрибутивных данных для решения проблем территориального планирования и управления.

Основными компонентами ГИС являются компьютер и компьютерная периферия со специальным программным обеспечением, геопространственные данные и ГИС—специалисты. Географические информационные системы (ГИС) весьма требовательны к объему жесткого диска, оперативной памяти, частоте процессора компьютера, разрешающей способности сканера и принтера. Специальное программное обеспечение должно выполнять поддержку работы с географическими координатами, географическими проекциями, сложную сопряженную обработку компьютерной графики и табличной информации. 

Универсальные географические (комплексные или многоцелевые) для решения общих проблем. Обычно это интегрированные ГИС, которые совмещают системы цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) с функциональными возможностями ГИС по моделированию и многофакторному анализу данных в единой интегрированной среде. Такие ГИС используются в сферах управления федерального и регионального управления и планирования.Отраслевые (тематические) - по проблеме одной отрасли. Основные проблемы, решаемые современными ГИС, сводятся к проблемам оптимального взаиморасположения и определения местонахождения, размещения и распределения объектов и ресурсов, к классификации и районированию территории, выбору оптимального маршрута. Круг проблем, решаемых ГИС, может меняться в зависимости от требований времени и функциональных возможностей, определяющихся уровнем разработки структуры базы данных и ее программно-аппаратной реализацией. 

Тип данных - характеристика набора данных, которая определяет:

· диапазон возможных значений данных из набора;

· допустимые операции,которые можно выполнять над этими значениями;

· способ хранения этих значений в памяти.

Различают простые типы данных: целые, действительные числа и др. и составные типы данных: массивы, файлы и др.

Метаданные - данные о данных: каталоги, справочники, реестры, базы мета-данных, содержащие сведения о составе данных, содержании, статусе, происхождении, местонахождении, качестве, форматах и формах представления, условияхх доступа, приобретения и использования, авторских, имущественных и смежных с ними правах на данные и др.

Модели пространственных данных – отражают логические правила формализованного цифрового описания объектов реальности как пространственных объектов. Из цифровых представлений пространственных данных (которые и принято называть моделями пространственных данных) состоит база данных любой ГИС.

Традиционно различают базовые модели пространственных данных:

–векторные модели, подразделяемые на два типа — векторные топологические и не топологические модели; модель используется для представления точечных, линейных и площадных объектов,

–растровые модели; Растр представляет собой матрицу элементов изображения (пикселов) с присвоенными им кодами, идентифицирующими либо цвет изображения, либо класс объекта. Значения пикселов могут быть результатами измерений, вычислений

Растровый способ формализации метрических данных имеет две разновидности - Регулярных сетей (grid cells) и собственно Растровый (raster), принципиально, однако, не отличающиеся друг от друга, поскольку оба основаны на формализации пространственной информации по ячейкам регулярной сети, сплошь покрывающей территорию. В каждой ячейке этой сети информация отображается одним числом.

Под методом регулярных сетей обычно понимают ручной способ оцифровки пространственных данных путем осреднения значений цифруемого элемента в каждом квадрате сетки - среднего значения высоты земной поверхности, протяженности гидрографической сети, преобладающей разновидности почвенного покрова и т. п., который исторически предшествовал появлению автоматических методов растеризации пространственной информации, но применяется и в настоящее время. 

Файлы растровой графики занимают большое количество памяти компьютера. Некоторые картинки занимают большой объем памяти из–за большого количества пикселов, любой из которых занимает некоторую часть памяти. Наибольшее влияние на количество памяти занимаемой растровым изображением оказывают три факта:

− размер изображения;

− битовая глубина цвета;

− формат файла, используемого для хранения изображения.

Существует прямая зависимость размера файла растрового изображения. Чем больше в изображении пикселов, тем больше размер файла. Разрешающая способность изображения на величину файла никак не влияет. Разрешающая способность оказывает эффект на размер файла только при сканировании или редактировании изображений.

GRID - модель, представляет собой регулярную матрицу значений высот, полученную при интерполяции исходных данных. Для каждой ячейки матрицы высота вычисляется на основе интерполяции. Фактически это сетка, размеры которой задаются в соответствии с требованиями точности конкретной решаемой задачи. Регулярная сетка соответствует земной поверхности, а не изображению.GRIDы представляют поверхности по регулярно распределенным точкам. TINы представляют поверхности на основе нерегулярного пространственного распределения точек.Преимущества и недостатки GRID.Модель грид достаточно простая, ее обработка.

обычно более эффективна, чем других моделей. Хорошо разработанные алгоритмы обработки гридов в массе своей проистекают из методов обработки растровых изображений. Данных по высотам рельефа в формате грида достаточно много и они относительно дешевы. 

Вся информация подразделяется на две большие группы: графическая и параметрическая. Графическая информация представляет собой логически организованное множество элементов - примитивов, к которым относятся точки, линии и полигоны. Иногда к ним относят также дуги, окружности, ячейки пространственных сетей и т.д. Исходная графическая информация может быть представлена либо в растровом, либо в векторном виде.

В ГИС наибольшее распространение получило векторное представление данных.

Векторная форма представления цифровой картографической информации это способ математического описания объектов карты в виде набора векторов фиксированной для каждого типа объектов длины.

Положение каждого объекта на карте описывается уравнением:

F=f (х,у,h,z1,z2,z3,...,zn),

где х, у - координаты точек, характеризующих положение текущего объекта;

Преимущества:

1.векторные файлы наиболее удобны для хранения изображений, которые могут быть разложены на простейшие геометрические объекты.

2.векторные данные легко масштабируются и поддаются любым манипуляциям, позволяющим адаптировать их к различным устройствам вывода.

3.текст представлен отдельной категорией объектов,что позволяет изменять тексты и пар-ры его отображения на любой стадии работы

4.для размещения вект.файла в памяти компа не требуется много места.Цвет.хар-ки вект.файла не влияют на размеры вект файла.

5.вект.изображения м.б. разложены на объекты с помощью произвольной степени детализации,т.к. любому объекту изобрия м.б. поставлен в соотвии отдый объект или группа объектов

Различают две основные векторные модели: топологическую и нетопологическую. Нетопологическая модель - это представление пространственных данных с описанием только геометрии объектов (шейп - файлы). Шейп-файлы - формат векторных данных, предназначенный для хранения местоположений, формы и атрибутов географических объектов. Шейп-файл представляет собой набор связанных между собой файлов и может содержать только один класс пространственных объектов - точки, линии или полигоны. Все связанные файлы отображаются в ArcCatalog как один файл. который имеет расширение *.shp

Топологическая модель - это представление пространственных данных, учитывающее как геометрию объектов, так и их взаимоотношения (покрытия ArcInfo, базы геоданных).

Топологическое векторное представление данных отличается от нетопологического возможностью получения исчерпывающего списка взаимоотношений между пространственными объектами без изменения координат этих объектов. 

Сведения, полученные путем измерения, наблюдения, логических или арифметических операций и представленные в форме, пригодной для постоянного хранения, передачи и (автоматизированной) обработки, представляют собой данные.

Тип данных - характеристика набора данных, которая определяет:· диапазон возможных значений данных из набора;· допустимые операции,которые можно выполнять над этими значениями;· способ хранения этих значений в памяти.

Модель данных - совокупность принципов организации данных. Известно множество различных моделей данных. Модели данных отличаются друг от друга прежде всего способами организации связи между данными. 

Неупорядоченный файл (куча) имеет простейшую структуру. Записи в файле размещаются в том порядке, в котором они в него вставляются. Каждая новая запись размещается на последнюю страницу файла, а при заполнении последней страницы в файл добавляется новая страница.

Недостатки при неупорядоченном хранении данных:

·файл подобного типа не обладает никаким упорядочиванием, для доступа к его записям применяется линейный поиск;

·при удалении записи необходимо извлечь страницу, удалить запись и затем сохранить страницу. Пространство удаленных записей повторно не используется, следовательно, во избежание потери производительности работы необходима периодическая реорганизация.

При проектировании таблиц и определении связей между ними используют способ нормализации. Этот способ позволяет разделить исходную, сплошную таблицу на ряд элементарных таблиц, между которыми устанавливаются связи. Такая совокупность связанных таблиц создает единую информационную цепь объекта. Вместе с тем, из этой цепи можно выбирать частичную информацию об объекте, хранимую в отдельной таблице. В то же время связи позволяют осуществить и обратный процесс «сборки» информации по информации одной из таблиц.

Нормализация – это пошаговый процесс замены одной таблицы (или набора таблиц) другими, имеющими более простую структуру. Способ нормализации опирается на теорию множеств и реляционной алгебры. На каждом этапе нормализации таблицы приводятся к виду, который называется нормальной формой.

Существует четыре вида связей (отношений между таблицами):

– один к одному,

– один ко многим,

– многие к одному,

– многие ко многим.

Все данные в БД разделены по типам.

• Символьный (текстовый). В таком поле по умолчанию может храниться до 256 символов.

• Числовой. Содержит числовые данные разных форматов, используемые для проведения расчетов.

• Дата / время. Содержит значения даты и времени.

• Денежный. Включает денежные значения и числовые данные до пятнадцати знаков целой части и четверых знаков дробовой части.

• Поль примечание. Оно может содержать до 216 символов (216 = 65536).

картографический растровый векторный компьютерный

Основу автоматизированного производства картографической продукции, а также геоинформационных систем составляют автоматизированные картографические системы (АКС), представляющие комплекс технических, программных и информационных средств, предназначенный для создания, обновления и использования карт. Действующие и разрабатываемые АКС различаются по своей структуре, свойствам, целевому назначению, мощности, ведомственной принадлежности, но все они имеют в своем составе ряд подсистем, важнейшими из которых являются подсистемы ввода, обработки и вывода информации.

Информационным ядром АКС является банк цифровых картографических данных, состоящий из упорядоченных тематических массивов цифровой информации (баз данных) и средств их формирования, управления, доступа к ним, т. е. систем управления базами данных (СУБД).

Система GPS состоит из спутниковой системы, контрольного сегмента и пользовательского сегмента.

1) Спутниковый сегмент - состоит минимум из 24 спутников (21 активный и 3 запасных) является сердцем системы. Спутники вращаются вокруг Земли на высоте около 20 т.км. Функционирование на такой большой высоте позволяет сигналам покрывать большую территорию. Спутники расположены на орбитах так, что GPS приёмник на земле всегда может получать сигналы, по меньшей мере, от четырех из них в любое заданное время. Спутники вращаются вокруг земли каждые 12 часов. Каждый спутник имеет на борту четыре высокоточных атомных часов. Каждые 6 секунд спутник излучает сигнал, который несёт в себе информацию о времени выхода из спутника и координатах спутника в момент выхода.

2) Контрольный (управляющий) сегмент- контрольный сегмент выполняет то, о чем говорит само его название - "контролирует" GPS спутники. На земле расположено несколько контрольных станций и одна станция основного контроля. Контрольные станции постоянно получают данные со спутников и затем передают информацию на станцию основного контроля, которая "корректирует" данные спутников и передает раз в сутки эфемериды и коэффициенты коррекции часов на спутники. Эфемериды – это сведения о том как будет двигаться спутник (его орбита, небесные координаты)

Под позиционированием понимается определение с помощью спутниковых систем местонахождения наблюдателя или объекта в трехмерном земном пространстве.

Достоинства спутниковых систем позиционирования: глобальность, оперативность, всепогодность, оптимальная точность и эффективность. Для измерений не нужна видимость между определяемыми пунктами.

Сферы применения спутникового позиционирования:

-развитие опорных геодезических сетей;

-кадастровые работы;

-землеустроительные работы;

Геодезическое GPS-оборудование применяется в основном для создания опорных сетей и развития съемочного обоснования, особенно в тех местах, где имеется редкая сеть исходных пунктов. Конечно, с помощью GPS можно производить съемки и даже вынос проектов в натуру, однако, широкого применения в данных видах работ GPS все-таки не нашла по ряду причин. И не последнее место в этом ряду занимает высокая стоимость необходимого оборудования.

Сегодня GPS наблюдение является важным элементом многих геодезических работ, в том числе и потому, что приемники GPS/ГЛОНАСС можно использовать на большом расстоянии друг от друга. Кроме того, следует назвать и другие преимущества геодезии GPS:· высокая скорость;· мобильность;· возможность проведения геодезических работ при отсутствии прямой видимости между GPS приемниками.

Классификацию приемников можно осуществлять по нескольким признакам: носимый - стационарный, одноканальный - многоканальный. по виду отображения информации и т. д.

1. Носимые приемники. Носимые приемники имеют малые размеры и вес. встроенную в корпус или внешнюю антенну и автономный источник питания - миниатюрные батареи или аккумуляторы. Такие приемники имеют минимальное количество клавиш. Особенностью современных носимых приемников является наличие дисплея с графическим представлением навигационной информации, существенно облегчающее работу с прибором, дающее возможность осуществлять навигацию без использования карт (по проложенному предварительно маршруту).

Носимые приемники обычно имеют полностью герметичный корпус, обеспечивающий надежную защиту от воды и пыли. Они могут работать в широком интервале температур и могут быть использованы в самых жестких условиях.

Системы координат, обычно используемых в географических информационных системах (ГИС), называются системами координат ГИС.

В системах координат систем САПР, например ПСК и МСК, положение точек описывается относительно моделируемого объекта, а не относительно местоположения на поверхности земли. С другой стороны, в системах координат ГИС местоположения определяются на поверхности земли. В системах координат ГИС применяются значительно большие масштабы, чем в системах координат САПР, и принимаются во внимание такие детали, как кривизна Земли и рельефа, несущественные для систем координат систем САПР.

Существует два часто используемых типа систем координат ГИС. Это географические и спроецированные системы координат.

Географическая система координат

Если анализ требует отслеживания движения или изменения направлений движения объектов, например, при использовании телеметрии для реГИСтрации положений каждого члена стада северных оленей в разное время, то наиболее подходящей будет конформная проекция. Этот вид проекций также больше всего подходит для производства навигационных карт и когда важна угловая ориентация, как часто бывает с метеорологическими или топографическими данными, Эта группа проекций включает проекции Меркатора, поперечную Меркатора, коническую конформную Ламберта и конформную стереографическую.

Общегеографические и учебные карты чаще всего требуют использования равновеликих проекций, но наш интерес — анализ. Как говорит название, такие карты больше всего подходят, когда среди вычислений преобладают вычисления площади. 

Основные функциональные возможности:

1) Отвод лесосек и печати абриса (чертежа) лесосеки**.

Модуль "Отвода лесосек и печати абриса (чертежа) лесосеки" предназначен для:

- выноса лесосеки в натуру;

- создания абриса (чертежа) отвода лесосеки (делянки) по данным натурных измерений румбов (азимутов, внутренних углов) и длин линий;

- создания абриса (чертежа) отвода лесосеки (делянки) по данным GPS съёмки (измерений);

Все проекты (карты лесхозов и лесничеств), которые загружаются с помощью Formap, открываются в окнах, находящихся внутри окна приложения. В верхнем правом углу каждого окна находятся три кнопки управления окном (первая – свернуть окно, вторая – переключение между оконным и полноэкранным режимами, третья – закрыть окно).

Окно Formap состоит из следующих элементов: головного меню, пиктограммного меню, строки сообщений, рабочей области (пространства для отображения графической информации), полос прокрутки изображения.

3. ГОЛОВНОЕ МЕНЮ Головное меню включает следующие пункты: Проект – содержит опции по управлению проектом, импорту, экспорту и печати картографической информации; Селектирование – опции по поиску, выделению, операциям с выделенными объектами; Редактирование – опции по изменению границ объектов, проверке топологии, сшивке границ и совмещению участков;

Тематические карты предоставляют широкие возможности для анализа данных путем присвоения графическим объектам на карте цветов, штриховок, типов линий и символов на основании некоторого условия или числового значения.

Создание карты в MapInfo начинается с открытия таблицы или таблиц. Возможны два метода использования данных для создания тематической карты.

1. Данные используются из базовой (основной) таблицы. Нужно указать название Таблицы и Поля в диалоге КАРТА   Создание тематической карты.

2. Данные используются из другой таблицы. В этом случае выбирают функциюОбъединение в диалоге КАРТА   Создание тематической карты в списке. Поля для показа диалога "Обновить тематическую колонку". С его помощью создают временную колонку, по значениям которой и будет создаваться тематическая карта.

Данный функционал позволяет сохранять определенный фильтр файлов, которым Вы часто пользуетесь, чтобы Вы могли делать такую фильтрацию сразу, одним нажатием.

Например, в глобальной вкладке Платежные документы Вам необходимо постоянно отслеживать, все ли ПД разместились на ГИС ЖКХ. Теперь, в данной вкладке у Вас есть 2 стандартных фильтра:

"Неразмещенные за рабочий период" - ПД, которые находятся в статусе "В обработке", "Новый" или "Ошибка", выгружаемые за текущий месяц;

"Неразмещенные документы (все периоды)" - ПД, которые находятся в статусе "В обработке", "Новый" или "Ошибка",  выгружаемые за все периоды.

Чтобы использовать один из этих двух фильтров, Вам достаточно просто нажать на него.

Также, Вы можете создавать свои фильтры, которые Вам необходимы для работы. Для этого в нижнем окне нажмите кнопку  , после чего необходимо выставить условия для фильтра:

Чтобы добавить условие, нажмите на значок  

Отчет — это гибкое и эффективное средство для организации просмотра и распечатки итоговой информации. В отчете можно получить результаты сложных расчетов, статистических сравнений, а также поместить в него рисунки и диаграммы.

Пользователь имеет возможность разработать отчет самостоятельно или создать отчет с помощью мастера. Мастер по разработке отчетов выполняет всю рутинную работу и позволяет быстро разработать отчет. После вызова Мастера выводятся диалоговые окна с приглашением ввести необходимые данные, и отчет создается на основании ответов пользователя. Мастер необходим даже для опытных пользователей, так как позволяет быстро разработать макет, служащий основой создаваемого отчета. После этого можно переключиться в режим конструктора и внести изменения в стандартный макет.

База данных (БД) – это совокупность сведений, относящихся к определенной теме или задаче.

Реляционные БД – базы данных с табличной формой организации информации. Реляционная БД состоит из одной или нескольких взаимосвязанных двумерных таблиц.

СУБД (Система Управления Базами Данных) –программное обеспечение для работы с базами данных. Большинство современных СУБД предназначены для работы с реляционными базами данных.

Данные – это все, что вы хотите сохранить и к чему намерены обращаться неоднократно. В Microsoft Access данными могут быть тексты, числа, даты и картинки. Если, например, вы продаете книги, то можете хранить их названия, изображения обложек, координаты авторов, количество пачек на складе, цены на них, даты продаж.

В картографии источниками называют любые графические и текстовые документы, используемые для создания карт.

Для составления тематических карт требуются самые разнообразные источники. Например, составляя экономические карты, обязательно привлекаются различные экономикостатистические данные. При составлении геологических карт важными источниками будут являться геологические исследования: профили, разрезы. Карту плотности населения нельзя составить без данных переписи населения. Все источники классифицируются главным образом по содержанию и значению. По содержанию источники классифицируются следующим образом:

1 Астрономо-геодезические данные. Это первичные и одни из самых главных источников для составления топографических карт. К ним относят результаты геодезических и астрономических наблюдений на местности. 

Мобильная ГИС – это геоинформационная система, функционирующая на мобильном устройстве. Важная особенность мобильной ГИС заключается в наличии принципиальной возможности получения доступа к пространственным и атрибутивным данным ГИС в любое время и в любом месте. Другая особенность состоит в том, что современная мобильная ГИС может определять свое местоположение в пространстве и отображать его на цифровой карте. Для определения точного местоположения используются GPS, однако для грубой оценки вначале может быть задействована система вышек сотовой связи (AGPS) и/или WiFi – позиционирование. Мобильная ГИС объединяет в себе технологии ГИС, глобального позиционирования и беспроводного доступа в Internet.

Традиционная ГИС работает в стационарном режиме, т.е. в месте расположения персонального компьютера. Мобильная ГИС может изменять свое местоположение в пространстве, без потери своей функциональности. Это возвращает цифровой карте мобильность, столь характерную для бумажной карты. Одной из технологий применения мобильной ГИС является создание базовой части на стационарном компьютере и загрузка этой части на мобильное устройство. 

В настоящее время отчетливо наметилась тенденция интеграции спутниковых систем позиционирования с мобильными компьютерами. На базе объединения GPS-приемника в одном корпусе с мощным карманным компьютером, работающим под управлением специализированного программного обеспечения, создаются высоко эффективные мобильные ГИС. Например, в целях обеспечения задач геоинформационного картографирования компания Trimble выпускает GPS-приемники картографического класса, интегрированные с полевыми компьютерами [11]. Эти устройства во многом превосходят существующие на рынке КПК аналоги (например, по параметрам подверженности воздействию окружающей среды, характеристикам энергопотребления, количеству интерфейсов). Результаты позиционирования в автономном режиме выводятся в формате NMEA с точностью от 3 до 15 метров. 

Мобильная ГИС NextGIS Mobile представляет собой программное обеспечение с открытым исходным кодом (лицензия GPL) для операционной системы Android. NextGIS Mobile может функционировать на смартфонах и планшетах, которые управляются этой операционной системой.

NextGIS Mobile позволяет:

•отображать карту и компас;

•выполнять навигацию по карте (увеличение, уменьшение, перемещение);

•вводить полевые данные (записываются координаты точки с возможностью 

В настоящее время насчитывается множество примеров эффективного использования ГИС для решения задач территориального планирования и управления. Рассмотрим типичный пример успешного современного комплексного корпоративного ГИС-проекта. Так по материалам доклада компании Chevron Energy Technology [5]. ГИС используются в следующих этапах работы компании. В секторе разведки и добычи геологи используют ГИС в качестве инструмента для понимания геологической истории района. Они также создают карты рельефа с отмывкой, которые содержат топографию и геологические формации. На карты могут наноситься и разные типы данных, такие как выходы нефтеносного пласта, реки, геологические сдвиги, скважины и данные сейсмики.