4.2. Операции вычислительной геометрии (буферы)
Создание буферных зон – это географическая операция для определения областей, окружающих географические объекты [16]. В ГИС ARC/INFO операция выполняется командой BUFFER, в результате выполнения которой создаются один или более полигонов вокруг существующих географических объектов. При выполнении построения буферов могут быть созданы буферы как постоянной, так и переменной ширины. Результирующие буферные зоны представляют собой полигоны - области, внутри и вне заданного буферного расстояния от каждого объекта. Построение буферных зон выполняется для любого типа географических объектов: точек, линий или полигонов, рис.26.
Рис.26. Создание буферных зон вокруг точек, линий или полигонов.
Операции вычислительной геометрии (построение буферных зон) являются ведущими при выполнении аналитических работ в ГИС по расчету санитарно-защитных зон предприятий, планированию водоохранных и природоохранных полос, размещению объектов инфраструктуры вдоль дорожных систем и т.д.
4.3. Картографическая генерализация
Одной из возможностей ГИС ARC/INFO является картографическая генерализация. Генерализация в ГИС имеет два аспекта: генерализация базы данных и непосредственно геометрическая генерализация [17]. Генерализация информации в базе данных может быть представлена как построение масштабного ряда для всех объектов карты, выводимых при определенном масштабе.
Геометрическая генерализация трактуется как упрощение контура или отдельных линий и реализована в ARC/INFO для векторных и грид-данных. Разработанная для операторов BENDSIMPLIFY и ORTIGONAL команда GENERALIZE в версии 8 расширена опцией поддержки топологической корректности при выполнении генерализации - (NOERRORCHECK/ERRORCHECK). При использовании оператора ERRORCHECK выполняется проверка корректности создаваемого материала. В случае появления топологической ошибки, расстояние генерализации будет уменьшено, а в атрибутивную таблицу будет добавлено поле TOLFLAG с указанием использованного расстояния для каждой линии. Следует отметить, что несколько циклов применения команды с последовательно уменьшаемым в 10-15 раз расстоянием, дает более корректные результаты, чем одна генерализация. Специально для упрощения таких объектов как строения, городские кварталы и улицы может быть применена команда BUILDINGSIMPLIFY, которая работает с учетом ортогональности объектов. В версии 8 команда CENTERLINE реализует возможность автоматического построения центральных линий полигональных объектов, таких как улицы, на основании заданных минимальной и максимальной ширины входных объектов.
4.4. Построение моделей непрерывно распределенных признаков
Построение моделей непрерывно распределенных признаков эффективно выполняется с помощью грид-моделей пространственных объектов. Например, гриды ГИС ArcView позволяют выполнять большое количество функций для проведения пространственного анализа. Гриды могут представлять непрерывно распределенные в пространстве данные такие, как рельеф, расстояния до заданных объектов, данные спектрального отражения и др. Использование грида позволяет проводить аналитические операции, которые невозможны для векторных покрытий. Например, с помощью гридов можно моделировать водные потоки на местности, распространение пожара, загрязнение почвы радионуклидами и т.д., рис.27.
Рис.27. Моделирование рельефа г.Минска способом создания грида
В ГИС ArcView работу с гридами поддерживает специальный программный модуль Spatial Analyst. При подключении этого модуля в ArcView большая палитра функциональных средств становится доступной через дополнительные пункты меню Анализа (Analysis) , некоторые новые кнопки и инструменты, а также через запросы на языке Avenue. Прежде всего появляется возможность преобразовывать любую из векторных тем ArcView, включая темы в формате CAD, в растровый формат грид-темы, а затем использовать все доступные аналитические возможности грид-тем: создание поверхностей по этим темам, буферизация пространственных объектов, расчет близости точек пространства к тем или иным объектам и др.
Грид-темы могут быть также созданы из растровых изображений стандартных форматов, включая TIFF, BIL, Sun raster, USGS DEM, DTED и других. Специальные пункты меню позволяют моделировать поверхность по отдельным точечным данным, интерполируя изолинии, рассчитывая уклоны и экспозицию склонов полученной поверхности, а также подсчета плотности явления.
Данные функции позволяют интерполировать поверхность или строить изолинии (векторная линейная тема) по значениям отдельных точек с использованием одного из четырех предлагаемых в ArcView методов интерполяции:
ОВР - обратно взвешенных расстояний (средневзвешенных значений соседних точек по заданному числу соседей или в пределах указанного радиуса).
Сплайн - (создание поверхности с минимальной кривизной).
Тренд - (подбор функции, описывающей все входные точки с полиномом заданного порядка методом наименьших квадратов).
Кригинг - (многоступенчатый подбор математической функции для заданного числа точек или для точек в пределах заданного радиуса для распространения зависимостей на все точки), рис.28.
Рис.28. Построение изолиний рельефа местности по отдельным точкам отметок высот
Функции второй группы позволяют проводить вычисления по темам грид: уклоны, экспозицию, отмывку (освещенности при регулируемых азимуте и высоте взгляда) рельефа, кривизну поверхности, а также определять зоны видимости из одной или нескольких точек наблюдения.
Spatial Analyst располагает возможностями осуществления различных запросов к растровым темам. Эти запросы могут касаться как одной так и сразу нескольких грид-тем. Например, можно запросить по отдельности районы, где концентрация загрязняющих веществ превышает определенный уровень (например, ПДК), или сформулировать этот запрос в специальном окне построения картографических запросов. Ответом на каждый запрос будет являться новая грид-тема, включающая удовлетворяющие запросу ячейки.
Любая из грид-тем может быть представлена в более удобном виде с помощью возможности классификации грид-тем при редактировании легенды. Для растровых слоев возможны два типа классификации: равноинтервальная или по стандартному отклонению от среднего. Количество классов задается пользователем. При необходимости можно прейти на оценочные единицы (например, баллы) с помощью функции переклассификации грид-темы. Используя эту функцию можно присвоить любые новые значения классу или группе ячеек, относящихся к одной классификационной группе.
Любая из грид-тем может визуально получить объем за счет использования значений другой грид-темы (например, рельефа) в качестве показателя яркости отображения ячейки. Это особенно полезно для наглядного отображения зависимостей между данными двух тем, например, между рельефом и использованием земель и т.д.
Особую группу представляют функции статистического анализа грид-тем. Различные статистические справки доступны как через пункты меню, так и через специальные кнопки. Например, при формировании легенды можно в редакторе легенды получить сведения о максимальном и минимальном значениях, а также о стандартном отклонении, что весьма полезно при выборе типа классификации и количества классов. С помощью кнопки гистограммы или отдельных пунктов меню можно также получить гистограммы распределения значений по ячейкам как по всей теме, так и в пределах произвольно обозначенного на карте района.
Специальный пункт меню предназначен для построения гистограммы распределения ячеек по определенным зонам другого покрытия. Например, можно подсчитать количество ячеек зоны затопления (или их общую площадь) попадающих в различные виды землепользования (селитебная зона, сельскохозяйственные угодья, транспортные магистрали и т.д.) или проанализировать распределение ячеек разной загрязненности в селитебной или производственной зоне, рис.29.
Рис.29. Подсчет по гистограмме площадей промышленной, многоквартирной и усадебной застройки на территории г.Минска
Функции математического анализа позволяют производить расчеты значений ячеек по одной или нескольким грид-темам. Математические операторы включают четыре группы: арифметические (сложение, вычитание, умножение, деление значений грид-тем), логические (проверка значений на соответствие ИСТИНА или ЛОЖЬ), сравнительные (соответствие условию сравнения), бинарные действия (вычисления бинарных значений). Кроме того доступны логарифмические, специальные математические (абсолютное значение, целочисленная часть и т.п), тригонометрические (синус, косинус, тангенс и т.п.) и степенные функции. С помощью этих функций можно, например, определять наиболее подходящие местоположения для различных объектов по сумме факторов, производить экстраполяцию процессов, изменяющихся по установленным закономерностям (например, в экспоненциальной прогрессии).
Представление грида, в котором определенное значение присваивается не всей ячейке, а ее центральной точке, называется решеткой (Mesh). Модель решетки позволяет производить точные расчетные операции с поверхностью, выполнять построение цифровой модели рельефа.