Питання і завдання для самоперевірки
1. Дайте загальну характеристику аналітичних можливостей сучасних ГІС.
2.Охарактеризуйте картометричні операції в ГІС.
3. У чому полягають особливості операцій вибору в ГІС?
4. Яке призначення має процедура рекласифікації в сучасних ГІС-па-кетах?
5. Дайте характеристику методів картографічної алгебри.
6. Охарактеризуйте методи статистичного аналізу в ГІС.
7. Охарактеризуйте методи просторового аналізу в ГІС.
8. Які аналітичні процедури в ГІС , як правило, об'єднують під назвою «оверлейний аналіз»?
9. Що таке цифрові моделі рельєфу і які існують проблеми і методи щодо їх побудови?
10. Охарактеризуйте можливості ГІС щодо аналізу рельєфу на основі його цифрових моделей.
11. Що таке географічні мережі і які методи мережного аналізу реалізуються за допомогою сучасних ГІС?
Розділ 8. Геостатистичний аналіз і моделювання
8.1. Геостатистичне моделювання
До геостатистичного моделювання в геоінформатиці, як правило, відносять діяльність, спрямовану на побудову (моделювання) безперервних поверхонь на основі масивів точкових даних, отриманих у результаті інструментальних вимірювань, відбору і обробки проб ґрунту, води, повітря та ін. або картометричних робіт з використанням вибіркового методу.
Процедури просторового моделювання реалізовані в багатьох спеціалізованих пакетах, що досить широко використовуються на практиці. До них належать, наприклад, пакети Surfer (Golden Software), Gstat (Pebesma, Wesseling, 1998), GST (Мальцев, 1993), TECHBASE (Minesoft, USA), MICROMINE (Micromine Pty Ltd, AUSTRALIA).
Останніми роками модулі геостатистичного аналізу і моделювання включаються до складу інструментальних ГІС з розвиненими аналітичними можливостями. Вони дають можливість дослідження структури дискретних наборів просторово-координованих даних, побудови на їх основі безперервних поверхонь і, таким чином, оцінки (прогнозу) значень змінної в точках (комірках растра), у яких вона не визначалася (не спостерігалася, не вимірювалася), і оцінки точності (або похибки) цієї побудови з використанням статистичних методів. Як приклад таких модулів наведемо розширення (extention) Geostatistical Analyst (Геостатичний аналіз), введене розробниками до складу ГІС-пакетів фірми ESRI, починаючи з пакетів сімейства ArcGIS версії 8.1, і модуль Surface Modeling and Geostatistics (Моделювання поверхонь і геостатистика), що ввійшов до складу останньої (2003) версії пакета Idrisi (Idrisi Kalimanjaro).
В основі методів побудови (моделювання) безперервних поверхонь на основі дискретних (точкових) масивів просторово-координованих даних лежать процедури просторової інтерполяції. При цьому використовуються як стохастичні, так і детерміністичні підходи.
8.2. Просторова інтерполяція
Інтерполяція — обчислення проміжних значень якої-небудь величини за деякими відомими її значеннями. Інтерполяція використовується в багатьох прикладних напрямках наук про Землю. У метеорології інтерполюються дані спостережень метеостанцій для одержання карт погоди на великі території, інтерполюються дані океанологічних і гідрологічних вимірювань, будуються поля концентрацій речовин у різних середовищах та ін. У геології інтерполяція застосовується для побудови двовимірних і тривимірних моделей підземних масивів за даними точкових шпар.
Для створення інтерпольованої карти як мінімум необхідний набір точок з даними про їх просторове положення (координати х, у в користувальницькій системі або у вигляді широти/довготи) і кількісне значення параметра (z) у цих точках — висота, тиск, температура, концентрація забруднювача та ін. У більшості практичних випадків мережа таких вихідних точок (data point) нерегулярна, має різну щільність, великі розриви тощо.
Завданням просторової інтерполяції є побудова на основі мережі вихідних точок суцільної поверхні з заданим розміром кроку сітки вузлів, що розраховуються. Залежно від необхідної просторової точності вибирається різний крок (наприклад, ділянка розміром 10x10 км може бути інтерпольована із кроком 100 м (100x100 вузлів сітки) або з кроком 10 м (1000x1000 вузлів). На підставі числових значень точок даних розраховується значення для кожного вузла мережі, що інтерполюється. Звичайно процедура інтерполяції виконується для області прямокутної форми — растра (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Загальна схема просторової інтерполяції
В англомовній науковій літературі процедура побудови регулярної прямокутної сітки числових значень на основі мережі нерегулярних точок одержала усталене найменування gridding, масив інтерпольованих по регулярній сітці даних — grid, окремий вузол інтерпольованої сітки — node. На основі регулярного масиву даних х, у, z можливе проведення великої кількості аналітичних процедур, а також побудова різних видів графічних відображень поверхонь: ізолінійних зображень, блок-діаграм, напівтонових або градієнтних зображень.
Існуючі методи інтерполяції можна поділити на дві великі групи — глобальні і локальні. Локальні методи інтерполяції, у свою чергу, поділяються на локальні детерміновані і локальні стохастичні.