гис шпора

9.Источники данных и их типы в гис: В качестве источников данных для формирования ГИС служат: - картографические материалы (топографические и общегеографические карты, карты административно-территориального деления, кадастровые планы и др.). Сведения, получаемые с карт, имеют территориальную привязку, поэтому их удобно использовать в качестве базового слоя ГИС. Если нет цифровых карт на исследуемую территорию, тогда  графические оригиналы карт преобразуются в цифровой вид. - данные дистанционного зондирования (ДДЗ) все шире используются для формирования баз данных ГИС. К ДДЗ, прежде всего, относят материалы, получаемые с космических носителей. Для дистанционного зондирования применяют разнообразные технологии получения изображений и передачи их на Землю, носители съемочной аппаратуры (космические аппараты и спутники) размещают на разных орбитах, оснащают разной аппаратурой. Благодаря этому получают снимки, отличающиеся разным уровнем обзорности и детальности отображения объектов природной среды в разных диапазонах спектра (видимый и ближний инфракрасный, тепловой инфракрасный и  радиодиапазон). Все это обуславливает широкий спектр экологических задач, решаемых с применением ДДЗ. К методам дистанционного зондирования относятся и аэро- и наземные съемки, и другие неконтактные методы, например гидроакустические съемки рельефа морского дна. Материалы таких съемок обеспечивают получение как количественной, так и качественной информации о различных объектах природной среды. - материалы полевых изысканий территорий, включают данные топографических, инженерно-геодезических изысканий, кадастровой съемки, геодезические измерения природных объектов, выполняемые нивелирами, теодолитами, электронными тахеометрами, GPS приемниками, а также результаты  обследования территорий с применением геоботанических и других методов, например, исследования по перемещению животных, анализ почв и др. - статистические данные содержат данные государственных статистических служб по самым разным отраслям народного хозяйства, а также данные стационарных измерительных постов наблюдений (гидрологические и метеорологические данные, сведения о загрязнении окружающей среды и т. д)). -  литературные данные (справочные издания, книги, монографии и статьи, содержащие разнообразные сведения по отдельным типам географических объектов). В ГИС редко используется только один вид данных, чаще всего это сочетание разнообразных данных на какую-либо территорию.

10. Основные функции пространственного анализа: Выбор объектов по запросу: самой простой формой запроса является получение характеристик объекта указанного курсором на экране и обратная операция, когда изображаются объекты с заданными атрибутами. Более сложные запросы позволяют выбирать объекты по нескольким признакам, например по признаку удаленности одних объектов от других, совпадающие объекты, но расположенные в разных слоях и т. д. Для выбора данных в соответствии с определенными условиями используются SQL- запросы. Для выполнения запросов разной сложности реализованы возможности использования при составлении запросов математических и статистических функций, а также географических операторов, позволяющих выбирать объекты на основании их взаимного расположения в пространстве (например, находится ли анализируемый объект внутри другого объекта или пересекается с ним). Обобщение данных может проводиться по равенству значений определенного атрибута, в частности для зонирования территории. Еще один способ группировки – объединение объектов одного тематического слоя в соответствии с их размещением внутри полигональных объектов других тематических слоев. Геометрические функции: к ним относят расчеты геометрических характеристик объектов или их взаимного положения в пространстве, при этом используются формулы аналитической геометрии на плоскости и в пространстве. Так для площадных объектов вычисляются занимаемые ими площади или периметры границ, для линейных - длины,  а также расстояния между объектами и т.д. Оверлейные операции (топологическое наложение слоев) являются одними из самых распространенных и эффективных средств. В результате наложения двух тематических слоев образуется другой дополнительный слой в виде графической композиции исходных слоев. Учитывая, что анализируемые объекты могут относиться к разным типам (точка, линия, полигон), возможны  разные формы анализа: точка на точку, точка на полигон и т.д. Наиболее часто анализируется совмещение полигонов.   Построение буферных зон. Одним из средств анализа близости объектов является построение буферных зон. Буферные зоны – это районы (полигоны), граница которых отстоит на заданном расстоянии от границы исходного объекта. Границы таких зон вычисляются на основе анализа соответствующих атрибутивных характеристик. При этом ширина буферной зоны может быть как постоянной, так и переменной. Например, буферная зона вокруг источника электромагнитного излучения, будет иметь форму круга, а зона загрязнения от дымовой трубы завода с учетом розы ветров будет иметь форму близкую к эллипсу. Сетевой анализ позволяет пользователю проанализировать пространственные сети связных линейных объектов (дороги, линии электропередач и т. д.). Обычно сетевой анализ служит для задач определения ближайшего, наиболее выгодного пути, определения уровня нагрузки на сеть, определение адреса объекта или маршрута по заданному адресу и другие задачи.

5. Классификация гис: ГИС системы разрабатываются с целью решения научных и прикладных задач по мониторингу экологических ситуаций, рациональному использованию природных ресурсов, а также для инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, для принятия оперативных мер в условиях чрезвычайных ситуаций др. Множество задач, возникающих в жизни, привело к созданию различных ГИС, которые могут классифицироваться по следующим признакам: По функциональным возможностям: - полнофункциональные ГИС общего назначения; - специализированные ГИС ориентированы на решение  конкретной задачи в какой либо предметной области; - информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования. Функциональные возможности ГИС определяются также архитектурным принципом их построения: - закрытые системы - не имеют возможностей  расширения, они способны выполнять только тот набор функций, который однозначно определен на момент покупки. - открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования). По пространственному (территориальному) охвату: - глобальные (планетарные); - общенациональные; - региональные; - локальные (в том числе муниципальные). По проблемно-тематической ориентации: - общегеографические; - экологические и природопользовательские; - отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, геологические, туризма и т.д.); По способу организации  географических данных: - векторные; - растровые; - векторно-растровые ГИС.

1.Понятие о геоинформационных системах: Географическая информационная система или геоинформационная система (ГИС) - это  информационная  система, обеспечивающая  сбор,  хранение, обработку, анализ  и  отображение  пространственных данных и связанных с ними непространственных, а также получение на их основе информации и знаний о географическом пространстве. Считается, что географические или пространственные данные составляют более половины объема всей циркулирующей информации, используемой организациями, занимающимися разными видами деятельности, в которых необходим учет пространственного размещения объектов. ГИС ориентирована на обеспечение возможности принятия оптимальных управленческих решений на основе анализа пространственных данных. Ключевыми словами в определении ГИС являются - анализ пространственных данных или пространственный анализ. ГИС может ответить на следующие вопросы: Что находится в заданной области? Где находится область, удовлетворяющая заданному набору условий? Современные ГИС расширили использование карт за счет хранения графических данных в виде отдельных тематических слоев, а качественных и количественных характеристик составляющих их объектов в виде баз данных. Такая организация данных при наличии гибких механизмов управления ими, обеспечивает принципиально новые аналитические возможности.

6. Основные компоненты гис: К основным компонентам ГИС относят: техническое, программное, информационное обеспечение. Требования к компонентам ГИС определяются, в первую очередь, пользователем, перед которым стоит конкретная задача (учет природных ресурсов, либо управление инфраструктурой города), которая должна быть решена для определенной территории, отличающейся природными условиями и степенью ее освоения. Техническое обеспечение – это комплекс аппаратных средств, применяемых при функционировании ГИС: рабочая станция или персональный компьютер (ПК), устройства ввода-вывода информации, устройства обработки и хранения данных, средства телекоммуникации. Рабочая станция или ПК являются ядром любой информационной системы и предназначены для управления работой ГИС и выполнения процессов обработки данных, основанных на вычислительных или логических операциях. Современные ГИС способны оперативно обрабатывать огромные массивы информации и визуализировать результаты. Ввод данных реализуется с помощью разных технических средств и методов: непосредственно с клавиатуры, с помощью дигитайзера или сканера, через внешние компьютерные системы. Пространственные данные могут быть получены электронными геодезическими приборами, непосредственно с помощью дигитайзера и сканера, либо по результатам обработки снимков на аналитических фотограмметрических приборах или цифровых фотограмметрических станциях.  Устройства для обработки и хранения данных сконцентрированы в системном блоке, включающем в себя центральный процессор, оперативную память, внешние запоминающие устройства и пользовательский интерфейс. Устройства вывода данных должны обеспечивать наглядное представление результатов, прежде всего на мониторе, а также в виде графических оригиналов, получаемых на принтере или плоттере (графопостроителе), кроме того, обязательна реализация экспорта данных во внешние системы. Программное обеспечение – совокупность программных средств, реализующих функциональные возможностей ГИС, и программных документов, необходимых при их эксплуатации. Структурно программное обеспечение ГИС  включает базовые и прикладные программные средства.  Базовые программные средства включают: операционные системы (ОС), программные среды, сетевое программное обеспечение и системы управления базами данных. Операционные системы предназначены для управления ресурсами ЭВМ и процессами, использующими эти ресурсы. На настоящее время основные ОС: Windows и  Unix. Любая ГИС работает с данными двух типов данных - пространственными и атрибутивными. Для их ведения программное обеспечение должно включить систему управления базами тех и других данных  (СУБД), а также модули управления средствами  ввода и вывода данных, систему визуализации данных и модули для выполнения пространственного анализа. Прикладные программные средства предназначены для решения специализированных задач в конкретной предметной области и реализуются в виде отдельных приложений и утилит. Информационное обеспечение -  совокупность массивов информации, систем кодирования и классификации информации. Информационное обеспечение составляют реализованные решения по видам, объемам, размещению и формам организации информации, включая поиск и оценку источников данных, набор методов ввода данных, проектирование баз данных, их ведение и метасопровождение. Особенность хранения пространственных данных в ГИС – их разделение на слои. Многослойная организация электронной карты, при наличии гибкого механизма управления слоями, позволяет объединить и отобразить гораздо большее количество информации, чем на обычной карте. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные могут подготавливаться самим пользователем либо приобретаться. Для такого обмена данными важна инфраструктура пространственных данных. Инфраструктура пространственных данных определяется нормативно-правовыми документами, механизмами организации и интеграции пространственных данных, а также их доступность разным пользователям. Инфраструктура пространственных данных включает три необходимых компонента: базовую пространственную информацию, стандартизацию пространственных данных, базы метаданных и механизм обмена данными.

4. История развития ГИС.Появление ГИС связано с : накоплением аэрокосмических и статистических материалов, потребности упорядочевания сведений о земле в базе данных, обеспечении сохранности и доступности материалов для широкого круга пользователей, необходимости оперативных принятий решений.

В конце 50-х годо правительственным департаментом ОС Канады создано «ГИС-Канады».

1.Пионерский период (поздние 1950е — ранние 1970е гг.) Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы. Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах. Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х. Создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров. Создание формальных методов пространственного анализа. Создание программных средств управления базами данных.

2. Период государственных инициатив (нач. 1970е — нач. 1980е гг.) Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям: Автоматизированные системы навигации. Системы вывоза городских отходов и мусора. Движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т. д.

3.Период коммерческого развития (ранние 1980е — настоящее время) Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

4. Пользовательский период (поздние 1980е — настоящее время) Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

3. Основные области приложения ГИС.Управление земельными ресурсами, земельные кадастры. Для решения проблем, имеющих пространственную привязку и начали создавать ГИС. Типичные задачи — составление кадастров, классификационных карт, определение площадей участков и границ между ними и т. д.

Инвентаризация, учет, планирование размещения объектов распределенной производственной инфраструктуры и управление ими. Например, нефтегазодобывающие компании или компании, управляющие энергетической сетью, системой бензоколонок, магазинов и т. п.

Проектирование, инженерные изыскания, планировка в строительстве, архитектуре. Такие ГИС позволяют решать полный комплекс задач по развитию территории, оптимизации инфраструктуры строящегося района, требующегося количества техники, сил и средств. Тематическое картографирование.

Управление наземным, воздушным и водным транспортом. ГИС позволяет решать задачи управления движущимися объектами при условии выполнения заданной системы отношений между ними и неподвижными объектами. В любой момент можно узнать, где находится транспортное средство, рассчитать загрузку, оптимальную траекторию движения, время прибытия и т. п.

Управление природными ресурсами, природоохранная деятельность и экология. ГИС помогает определить текущее состояние и запасы наблюдаемых ресурсов, моделирует процессы в природной среде, осуществляет экологический мониторинг местности.

Геология, минерально-сырьевые ресурсы, горнодобывающая промышленность. ГИС осуществляет расчеты запасов полезных ископаемых по результатам проб (разведочное бурение, пробные шурфы) при известной модели процесса образования месторождения.

Чрезвычайные ситуации. С помощью ГИС производится прогнозирование чрезвычайных ситуаций (пожаров, наводнений, землетрясений, селей, ураганов), расчет степени потенциальной опасности и принятие решений об оказании помощи, расчет требуемого количества сил и средств для ликвидации чрезвычайных ситуаций, расчет оптимальных маршрутов движения к месту бедствия, оценка нанесенного ущерба.

Военное дело. Решение широкого круга специфических задач, связанных с расчетом зон видимости, оптимальных маршрутов движения по пересеченной местности с учетом противодействия и т. п.

Сельское хозяйство. Прогнозирование урожайности и увеличения производства сельскохозяйственной продукции, оптимизация ее транспортировки и сбыта.

13. ГИС и дистанционное зондирование. Аэрокосмические снимки: основные характеристики (радиометрическая разрешающая способность, пространственное разрешение).Геоинформационная система (ГИС) — система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах. Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон длин волн, принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью, и активные — использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия. Данные ДЗЗ, полученные с космического аппарата (КА), характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы. Поэтому на КА используется многоканальное оборудование пассивного и активного типов, регистрирующие электромагнитное излучение в различных диапазонах. ДЗЗ осуществляется в видимом, тепловом и радиолокационном диапазонах электромагнитного спектра. Получаемые изображения отличаются разрешающей способностью, размерами территории, отображенной на одном кадре (суене) и др. Хранение ДЗЗ организовано в виде постоянно обновляемых компьютерных архивов и сопровождающих их пространственно ориентированных баз данных, которые характеризуют местоположение и геометрическое описание изображений, природных и техногенных объектов в пространстве и относительно друг друга. Тематическая обработка данных состоит из опознания, ограничения, идентификации и классификации природных и техногенных объектов. Комплексная обработка результатов дистанционных съемок основывается на сопоставлении дистанционных материалов с ландшафтными, экологическими, геологическими, почвенными и другими тематическими картами, данными о размещении месторождений полезных ископаемых, производственных объектов, загрязняющих окружающую среду. Примерами стандартной обработки снимков являются : привязка растровых изображений к местности, стандартная классификация, анализ главных компонентов, улучшение изображения по краям, сглаживание и др. Важнейшими характеристиками снимков являются: - пространственное радиометрическое временное спектральное разрешения. Пространственное разрешение -это величина пиксела изображения в пространственных единицах. Эта величина характеризует размер наименьших объектов, различимых на изображении. Значение пространственного разрешения зависит от величины апертуры и высоты съемки. Апертура - это действующее отверстие оптического прибора, определяемое размерами линз или диафрагмами. Угловая апертура - угол L между крайними лучами конического светового пучка, входящего в систему.

В зависимости от решаемых задач, могут использоваться данные низкого (более 100 м), среднего (10 – 100 м) и высокого (менее 10 м) разрешений. Радиометрическое разрешение. Радиометрическая разрешающая способность определяется количеством градаций значений цвета соответствующих переходу от яркости абсолютно "черного" к абсолютно "белому" . Под радиометрической разрешающей способностью понимается - число градаций цвета. Большинство сенсоров обладают радиометрическим разрешением 6 или 8 бит. 6 бит - 64 градации (26 = 64); 8 бит - 256 градаций (28 = 256). Но есть сенсоры и с более высоким радиометрическим разрешением (11 бит для IKONOS и 16 бит для CORONA), позволяющим различать больше деталей на очень ярких или очень темных областях снимка. Временное разрешение - временной интервал между двумя последовательными изображениями одного и того же участка местности. Спектральное разрешение - это ширина спектрального канала, к которому чувствителен датчик. Таким образом, спектральное разрешение - это характеристика каждого канала, а не всего снимка в целом. Первые снимки имели один канал с очень широким диапазоном чувствительности, который охватывал видимый и часть ближнего ИК диапазона (т.е. спектральное разрешение составляло около 0,5 мкм).

14. Классификация аэрокосмических снимков.Аэрокосмический снимок — это двумерное изображение реальных объектов, которое получено по определенным геометрическим и радиометрическим (фотометрическим) законам путем дистанционной регистрации яркости объектов и предназначено для исследования видимых и скрытых объектов, явлений и процессов окружающего мира, а также для определения их пространственного положения. Диапазон масштабов современных аэрокосмических снимков огромен: он может меняться от 1:1000 до 1: 100 000 000, т. е. в сто тысяч раз. При этом наиболее распространенные масштабы аэрофотоснимков лежат в пределах 1:10 000-1:50000, а космических - 1:200 000 - 1:10 000 000. Классификация аэрокосмических снимков. В основу классификации аэрокосмических снимков положена два основных признака: спектральный диапазон съемки, который определяет геофизические характеристики объектов, передаваемые снимками и технология получения изображения, от которой зависят изобразительные, радиометрические и геометрические свойства снимков. Эти два признака, представляющие основу классификации аэрокосмических снимков, учитывают возможности дешифрирования. Спектральный диапазон съемки определяет первый, фундаментальный, уровень этой классификации, учитывающий отражательные и излучательные характеристики объектов, воспроизводимые на снимках. По этому признаку выделяются три основные группы снимков: а) в видимом, ближнем и среднем инфракрасном диапазоне, который называют также световым; б) в тепловом инфракрасном диапазоне; в) в радиодиапазоне. По технологии получения снимки в световом диапазоне делятся на фотографические и сканерные. Снимки в радиодиапазоне делятся в зависимости от выполнения пассивной или активной съемки на микроволновые радиометрические снимки, получаемые при регистрации собственного излучения исследуемых объектов, и радиолокационные снимки, получаемые при регистрации отраженного радиоизлучения, посылаемого с носителя. По обзорности (охвату территории одним снимком) снимки разделяют следующим образом:1. Глобальные, охватывающие всю планету. Ширина зоны охвата у них более 10 тыс. км, а территориальный охват составляет сотни миллионов квадратных километров. 2. Крупнорегиональные, отображающие материки, их части и крупные регионы. Ширина зоны охвата варьирует от 3 тыс. км у снимков малого разрешения до 500 км у снимков среднего разрешения, территориальный охват составляет миллионы квадратных километров. На одном снимке этого типа изобразится Западная Европа, почти вся Австралия, Средняя Азия, Тибет. 3. Региональные, на которых изображаются регионы и их части. Наиболее характерный охват 350 х 350 км2, 180 х 180 км2, 60 х 60 км2. На снимке подобного охвата изобразится такое государство, как Бельгия. 4. Локальные, на которых изображаются относительно небольшие участки местности с охватом порядка 10x10 км2. На таком снимке изобразится промышленный комплекс, крупное хозяйство, небольшой город. По масштабу космические снимки делят на следующие группы: 1) сверхмелкомасштабные — 1:10 000 000— 1: 100 000 000. Такие снимки получают с геостационарных спутников и с метеоспутников на околоземных орбитах;2) мелкомасштабные — 1:1 000 000 — 1: 10000000. Такие масштабы типичны для снимков с ресурсных спутников, а также с пилотируемых кораблей и орбитальных станций;3) среднемасштабные — 1:100 000 — 1:1 000 000. Снимки такиих масштабов получают с ресурсно-картографических спутников; 4) крупномасштабные — 1:10000—1:100 000. Это снимки со спутников для детального наблюдения и крупномасштабного топографического картографирования, в том числе спутников двойного назначения: военного и гражданского. К данной группе относятся и аэроснимки, которые, в свою очередь, дифференцируются по масштабам. По пространственному разрешению (размеру на местности минимального изображающегося элемента ) снимки разделяют так: 1. Снимки низкого разрешения (измеряется километрами, более или равно 1000м). Такое разрешение характерно для сканерных и тепловых инфракрасных снимков с метеоспутников, основные изображающиеся объекты — облачность, тепловая структура вод океана, крупнейшие геологические структуры суши. 2. Снимки среднего разрешения (сотни метров, 100-1000м), на которых отображаются многие природные объекты. Это, снимки, получаемые сканерами среднего разрешения, и тепловые инфракрасные снимки с ресурсных спутников. 3. Снимки высокого разрешения (десятки метров, 10-100 м), на которых изображаются не только природные, но и многие хозяйственные объекты. Высокое разрешение характерно для наиболее широко используемых сканерных снимков с ресурсных спутников и фотографических снимков с пилотируемых кораблей, орбитальных станций, автоматических картографических спутников.4. Снимки очень высокого разрешения (единицы метров, 1- 10 м), на которых отображается весь комплекс природных и хозяйственных объектов, включая населенные пункты и транспортные сети. 5. Снимки сверхвысокого разрешения (доли метра, менее или равно 1 м),детально отображающие населенные пункты, промышленные, транспортные и другие хозяйственные объекты. Эти снимки получают со специализированных спутников для детальной съемки и крупномасштабного топографического картографирования. К данной группе относится и весь огромный массив аэрофотоснимков.