Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уфимский государственный авиационный технический университет
СОЗДАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОДАННЫХ
СРЕДСТВАМИ ARCGIS
Лабораторный практикум
по дисциплинам «Введение в геоинформационные системы»,
«Геоинформационные технологии»,
«Информационные технологии»
Уфа 2005
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра геоинформационных систем
СОЗДАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОДАННЫХ
СРЕДСТВАМИ ARCGIS
Лабораторный практикум
по дисциплинам «Введение в геоинформационные системы»,
«Геоинформационные технологии»,
«Информационные технологии»
Уфа 2005
Составители: Павлов С.В., Христодуло О.И., Никитин А.Б., Сайфутдинова Г.М.
УДК 681.3.06:91(07)
ББК 32.97 – 018.2(я7)
Создание и использование геоданных средствами ArcGIS: Лабораторный практикум по дисциплинам «Введение в геоинформационные системы», «Геоинформационные технологии», «Информационные технологии» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост.: Павлов С.В., Христодуло О.И., Никитин А.Б., Сайфутдинова Г.М. – Уфа, 2005 – 138 с.
Приведено описание лабораторных работ, в результате выполнения которых студенты познакомятся с основными понятиями и структурой геоинформационных систем, приобретут навыки по вводу и обработке пространственных данных. По каждому разделу приводятся контрольные вопросы и задания.
Предназначены для студентов, изучающих дисциплины «Введение в геоинформационные системы», «Геоинформационные технологии», «Информационные технологии», а также остальные дисциплины, связанные с геоинформационными технологиями.
Табл. 2. Ил. 108. Библиогр.: 7 назв.
Рецензенты: исполнительный директор ООО “Дата+”,
к.г.н. А.В. Орлов
профессор кафедры ТК УГАТУ Гвоздев В.Е.
©Уфимский государственный
авиационный технический университет, 2005
СОДЕРЖАНИЕ
Введение |
5 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ВЕКТОРИЗАЦИЯ РАСТРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ EASY TRACE И СОЗДАНИЕ ТОПОЛОГИИ |
12 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ОТОБРАЖЕНИЕ ДАННЫХ |
26 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ПОСТРОЕНИЕ ЗАПРОСОВ К БАЗЕ ДАННЫХ ГИС |
41 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ИЗУЧЕНИЕ ФОРМАТОВ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ |
56 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. СВЯЗЫВАНИЕ И СОЕДИНЕНИЕ ТАБЛИЦ |
74 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ И СОЗДАНИЕ ОТЧЕТА В АRCМAP |
93 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. РЕДАКТИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕДАКТОРА |
107 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. РЕДАКТИРОВАНИЕ АТРИБУТИВНЫХ ДАННЫХ |
129 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ |
138 |
Введение
Компьютер стал обычным рабочим инструментом большого числа специалистов из различных предметных областей. Проектировщики, экономисты, экологи, энергетики, коммерсанты, связисты все чаще стали обращаться к электронным данным как к основе решения производственных задач, проведения исследований и принятия решений.
Большинство планов, решений и повседневных действий руководителей всех уровней и рядовых специалистов зависит от своевременного поступления точной, привязанной к определенному месту информации. Поэтому при выборе подходов к созданию современного (естественно, высокоавтоматизированного, основанного на применении компьютерных технологий) информационного обеспечения управления в своей организации или на своем предприятии специалист должен ориентироваться на те информационные технологии, которые обеспечивают сбор, хранение и обработку всей необходимой информации в виде, наиболее наглядном и удобном для принятия решения. В наибольшей мере этим требованиям удовлетворяют зародившиеся 25-30 лет назад географические информационные системы (ГИС).
Что же такое ГИС, из чего они состоят, и какие задачи позволяют решать? Ответы на эти вопросы и должны дать студенты после освоения данной дисциплины.
Для специалистов в области автоматизации информационного обеспечения, знакомых с термином "автоматизированные информационные системы" (АИС) (то есть компьютерные системы, предназначенные для сбора, передачи, хранения, обработки и представления конечному пользователю интересующей его информации), ГИС можно определить как «АИС, обладающая возможностью (или предназначенная для) работы с территориально (или пространственно) привязанными данными». Эти данные в ГИС обычно называют географическими данными или геоданными. Примерами геоданных могут быть места расположения подразделений предприятия, заданных географическими координатами, и дорожная сеть определенной территории, также заданная географическими координатами. Обладая такими геоданными, можно решать задачу оптимизации маршрута следования для посещения всех интересующих нас подразделений с отображением этого маршрута на электронной карте территории.
Для людей малознакомых с терминологией принятой в АИС, ГИС можно определить как организованный набор аппаратных и программных средств, географических данных в электронной (компьютерной) форме и персонала, предназначенных для эффективного ввода, хранения, обновления, обработки и визуализации (получения изображения) всех видов географически привязанной информации [1]. Менее точно, но более просто ГИС можно определить как компьютерную систему, способную хранить и использовать данные, описывающие определенные места на земной поверхности.
Основными составляющими ГИС в соответствии с рис.1, являются:
географические данные;
специалисты, умеющие использовать эти геоданные в различных предметных областях;
программные средства работы с геоданными;
аналитические процедуры и методы для работы с геоданными;
аппаратные средства для работы с геоданными.
Наиболее дорогостоящей, а также отличающей ее от традиционных АИС, составляющей ГИС являются электронные "копии" географических карт различных масштабов и тематической нагрузки, а также авиационных и космических снимков. Слово "копии" взято в кавычки, так как по способу хранения геоданных все ГИС подразделяются на два больших класса: растровые и векторные. В растровых ГИС геоданные действительно хранятся в виде электронной копии, то есть в виде изображения географической карты или фотоснимка. В векторных ГИС все объекты географической карты хранятся в виде наборов их географических координат: для точечных объектов или полигонов - это пара координат (х, y); для линейных (протяженных) объектов - это множество пар координат {(х, y)} точек, принадлежащих этому объекту; для площадных объектов - это координаты пограничной линии этого объекта. То есть в векторных ГИС множество объектов географической карты представляет собой базу данных координат этих объектов, а также значений их характеристик - атрибутов.
Рисунок 1. Структура ГИС
Векторные ГИС, не хранят карты в общепринятом смысле, они хранят данные, с помощью которых можно создать нужное представление (в виде карты), наиболее подходящее для конкретных целей.
Для построения больших корпоративных информационных систем более широко применяются векторные ГИС. В силу того, что они более экономно используют память ЭВМ для хранения информации, а также позволяют обращаться с каждым конкретным географическим объектом как с отдельным объектом обработки на ЭВМ (как с отдельным объектом программирования, то есть позволяют реализовывать концепцию объектно-ориентированного программирования). Вся географическая информация хранится в виде отдельных слоев. Слоем называют обычно совокупность однотипных объектов, расположенных на карте, хранящуюся в отдельном файле (в нескольких файлах) ЭВМ. В отдельном слое хранится информация о дорогах, инженерных сооружениях, типах почв и грунтов, трубопроводах.
Существует несколько способов ввода геоданных в компьютер:
приобретение готовых цифровых электронных карт;
конвертация из других форматов;
непосредственная оцифровка с твердой основы;
сканирование карт с твердой основы с последующей векторизацией;
векторизация авиационных и космических снимков;
непосредственный ввод координат географического объекта на местности (с помощью GPS приемника).
На российском рынке предлагается большое количество различных программных ГИС-продуктов практически для любой вычислительной платформы. Современные программные комплексы для создания корпоративных геоинформационных систем комплектуются, как правило, по функционально-модульному принципу с применением компонентно-ориентированного программирования. Существует некоторый базовый модуль – ядро системы, который осуществляет выполнение основных функций по вводу, хранению и обработке геоданных. Для выполнения дополнительных функций, связанных с более сложной обработкой и анализом геоданных, фирмы-разработчики поставляют дополнительные модули расширения ядра системы или специализированные системы, совместимые по данным и средствам разработки с базовой системой. Комплексное решение для создания корпоративных геоинформационных систем может быть достигнуто на основе программных продуктов ESRI (США), которые позволяют выполнять все функции по созданию и эксплуатации ГИС, а также интегрировать обработку и хранение геоданных с существующими системами обработки традиционных (атрибутивных) данных, работающих под управлением программных систем, поставляемых другими фирмами (ORACLE, INFORMIX, DB2, MS SQL Server и др.). Структура взаимодействия основных программных продуктов фирмы ESRI для создания распределенной корпоративной ГИС представлена на рис.2. Наиболее известными и широко распространенными в мировой практике на данный момент является семейство продуктов ArcGIS, текущая версия которого 9.1. Система ArcGIS позволяет выполнять все основные функции по вводу, корректировке, обновлению, хранению, обработке и представлению пространственных данных. Система ArcGIS построена по модульному принципу и основные, схожие функции ГИС разделены на группы и каждая группа вынесена в отдельный модуль расширения ArcGIS. Структура модулей расширения ArcGIS приведена на рис.3.
Аппаратные средства ГИС, как и аппаратные средства современных корпоративных информационных систем включают в себя множество технических средств: персональные компьютеры, средства ввода и вывода графической информации, серверы, коммуникационное оборудование, средства позиционирования на местности, оборудование для дистанционного зондирования и так далее.
Удачный выбор всех четырех составляющих определяет успех в создании ГИС для конкретного потребителя. Практическая доступность всех основных компонентов ГИС широкому кругу организаций, их способность объединять все данные (географические и атрибутивные) в единую среду совместного использования дают основание рекомендовать их как самое современное средство для создания автоматизированного информационного обеспечения при управлении территориально распределенными системами, имеющими большое количество географически рассредоточенных объектов.
Рисунок 2. Структура взаимодействия основных программных продуктов фирмы ESRI
Рисунок 3. Структура модулей расширения ArcGIS
Лабораторная работа № 1.
ВЕКТОРИЗАЦИЯ РАСТРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ EASY TRACE И СОЗДАНИЕ ТОПОЛОГИИ