Гис-технологии создания цифровых тематических карт

Гис-технологии создания цифровых тематических карт

Планы и карты в большинстве случаев создают двумя методами: по результатам наземных геодезических съемок и с использованием материалов дистанционного зондирования местности. К таким материалам относят полутоновые как цветные, так и черно-белые космические или аэрофотоснимки, полученные с помощью различных аэрофотосъемочных систем, устанавливаемых на борту искусственных спутников Земли, космических станций, самолетов, вертолетов, дельтапланов и пр.

Комплекс работ по созданию земельно-ресурсных (в том числе и земельно-кадастровых) карт осуществляют по определенной технологической схеме. Основные крупные блоки:

фотограмметрическая подсистема, при помощи которой осуществляются ввод и преобразование полутоновых цветных или черно-белых снимков, обработка или выдача конечной продукции в виде ортофотопланов (полутоновые изображения участка местности в ортогональной проекции) или штриховых кадастровых планов; подсистема цифрования ортофотопланов и карт, при помощи которой преобразуются в цифровой вид имеющиеся планы и карты;

подсистема цифровой обработки, хранения и отображения картографической информации, которая служит для создания цифровой модели местности (ЦММ) путем преобразования растровых изображений в векторную форму, формирования тематических слоев, создания специальных хранилищ информации (баз данных) и электронных карт, выдачи готовой продукции в виде цветных земельно-кадастровых и других тематических карт.

Центральным ядром технологической схемы является подсистема цифровой обработки, хранения и отображения графической информации.Цифровая карта - это цифровое выражение векторного или растрового представления общегеографической или тематической карты, записанное в определенном формате, обеспечивающем ее хранение, редактирование и воспроизведение.

Электронная карта (англ. electronic mар) - это картографическое изображение, визуализированное на дисплее (мониторе) компьютера на основе данных цифровых карт или баз данных ГИС, или картографическое произведение в электронной (безбумажной) форме, представляющее собой цифровые данные вместе с программными средствами их визуализации.

Полная цифровая модель объекта цифровой карты, отображающая в определенной системе координат пространственное положение и геометрическое описание объектов карты, включает:

геометрическую (метрическую) информацию;

атрибуты-признаки, связанные с объектом и характеризующие его;

неметрические (топологические) характеристики, которые объясняют связи между объектами (ориентация одного объекта по отношению к другому, наличие общей границы и точек, сложность контуров, наложение одного объекта на другой).

Информация об объекте, содержащаяся в базе данных ГИС, должна состоять из обязательных и необязательных компонентов.

Не обязательно хранить все атрибутивные данные слоя в одной таблице - информацию из разных источников можно держать в разных таблицах и связывать их логически в одну большую таблицy.

Для этого можно использовать одинаковое во всех таблицах и в то же время уникальное в пределах отдельно взятой таблицы поле (номер объекта или его идентификатор), т. е. каждая таблица должна иметь так называемый первичный ключ (индекс) - поле или набор полей, содержимое которых однозначно определяет запись в таблице и отличает ее от других. Связь между таблицами обычно образуется при добавлении в первую таблицу поля, содержащего значения индекса второй таблицы. Благодаря этому становится возможным объединять какие угодно большие объемы данных и при помощи специальных программных средств осуществлять отбор записей, производить группировки, объединения и сортировки, а также поиск в базе данных по запросу пользователя, что не только актуально, но и создает большие удобства пользователю, поскольку не требует перестройки всей БД, достаточно лишь обновить только одну из исходных таблиц.

Пространственное разрешение

Характеризуется размером пикселя (на поверхности Земли), записываемого в растровую картинку — может варьироваться от 1 до 1000 метров.

Спектральное разрешение

Данные Landsat включают семь полос, в том числе инфракрасного спектра, в пределах от 0.07 до 2.1 мкм. Сенсор Hyperion аппарата Earth Observing-1 способен регистрировать 220 спектральных полос от 0.4 до 2.5 мкм, со спектральным разрешением от 0.1 до 0.11 мкм.

Радиометрическое разрешение

Число уровней сигнала, которые сенсор может регистрировать. Обычно варьируется от 8 до 14 бит, что дает от 256 до 16 384 уровней. Эта характеристика также зависит от уровня шума в инструменте.

Временное разрешение

Частота пролёта спутника над интересующей областью поверхности. Имеет значение при исследовании серий изображений, например при изучении динамики лесов. Первоначально анализ серий проводился для нужд военной разведки, в частности для отслеживания изменений в инфраструктуре, передвижений противника.

Для создания точных карт на основе данных дистанционного зондирования,необходима трансформация, устраняющая геометрические искажения. Снимок поверхности Земли аппаратом, направленным точно вниз, содержит неискаженную картинку только в центре снимка. При смещении к краям расстояния между точками на снимке и соответствующие расстояния на Земле все более различаются. Коррекция таких искажений производится в процессе фотограмметрии. С начала 1990-х большинство коммерческих спутниковых изображений продается уже скорректированными.

Кроме того, может требоваться радиометрическая или атмосферная коррекция. Радиометрическая коррекция преобразует дискретные уровни сигнала, например от 0 до 255, в их истинные физические значения. Атмосферная коррекция устраняет спектральные искажения, внесенные наличием атмосферы.

В рамках программы NASA Earth Observing System были сформулированы уровни обработки данных дистанционного зондирования:

0001110

0011100

0011110         =7*5=35

0001111

0000111

00011100011100001111000011110000111

3031303140414031 =20

30333444443 =11

интеренет Суть метода группового кодирования состоит в том, что данные вводятся парой чисел, первое обозначает длину группы, второе - значение. Изображение просматривается построчно, и как только определенный тип элемента или ячейки встречается впервые, он помечается признаком начала. Если за данной ячейкой следует цепочка ячеек того же типа, то их число подсчитывается, а последняя ячейка помечается признаком конца. В этом случае в памяти хранятся только позиции помеченных • ячеек и значения соответствующих счетчиков.

Применение такого метода значительно упрощает хранение и воспроизведение изображений (карт), когда однородные участки (как правило) превосходят размеры одной ячейки.

Обычно ввод осуществляют слева направо, сверху вниз. Рассмотрим, например, бинарный массив матрицы (5x6):

0001 1 1

001110

001110

011111

011111.

При использовании метода группового кодирования он будет вводиться как:

303 1203 1303 1205 11051.

Вместо 30 необходимо только 20 элементов данных. В рассмотренном примере экономия составляет 30 %, однако на практике при работе с большими массивами бинарных данных она бывает гораздо больше.

Метод группового кодирования имеет ограничения и может использоваться далеко не во всех ГИС.

Топология - это раздел математики, изучающий топологические свойства фигур, т.е. такие свойства, которые не изменяются при любых деформациях, производимых без разрывов и склеиваний (точнее при взаимно однозначных и непрерывных отображениях).

Оверлейные операции

Оверлей (overlay) - операция наложения друг на друга двух или более слоев, в результате которой образуется графическая композиция, или графический оверлей исходных слоев (graphic overlay) или один производный слой, содержащий композицию пространственных объектов исходных слоев

 

Основная концепция ГИС

ГИС – это область знаний, которая содержит в себе программные, инструментальные средства и спец. образом подготовленный пользователь для описания о.среды. Окружающий мир можно представить в виде система:

S: Х->Y, где S – система определяющая воздействие множества признаков Х на выходное множ-во Y. Эта система гетерогенная

Любую гетерагенную систему можно разложить на многоуровневые страты (уровни)

Х1->S:XiOUOP->Y₁->Y, где OUOP – свойство передачи информации вверним и нижним стратам.

Интерпретировать данный вывод можно следующим образом

Представим страты в виде тематических слоев (допустим на стекле отражены горизонтали, на другом – реки и т.д. Тогда накладывая слои друг на друга по определенным правилам мы получим карту). Операции изменения состава слоев называются оверлей-операцией. Гисы работают только с замкнутыми системами, поэтому не надо пытаться решать в рамках ГИС задачи типа влияние солнечной активности на урожайность.

 

Основные понятия, значение и принципы ГИС

ГИС - организованный набор аппаратных средств, программного обес, географ данных и спец образом подготовленного персонала, преназнач для эффективного ввода, хранения, обновления, обработки, анализа и визуализации всех видов геогр привязанной инфо.

Основные понятия

БД- сов-ь массивов прост данных, объединенных программными средствами, к-е обеспечивают построение адекватных реальному миру моделей.

Объекты ГИС - отображаемые предметы и явления

Карта - пост в картограф проекции, уменьшаемое обобщенное из-е пов-ти Земли, показывающее расп на ней объекты в опр системе знаков.

Цифровая карта - электрон модель местности.

Пространственная модель местности - трехмерная образно знаковая модель основных элементов и объектов местности постр средствами машинной графики.

Точка привязки - точка условного знака в наиб степени соответ объекту на мест-ти.

Аппаратные ср-ва - вкл платформы, на кот раб ГИС и разнооб переферийное оборудование (сканеры, плоттеры, принтеры)

ПО - разв вводить, сохр, анализ и оторбр гр информ.

Значение ГИС

1) Объединяет в единую систему инфо разных типов, создает структуру для анализа данных.

2) Открывает новые пути обрботки и использ знаний и их отобр.

3) Обесп взаимосвязь между различными видами деетельн.

Принципы ГИС

1) Соотв структ ГИС и её тех. Х-к предъявляемым к ней требованиям

2) Применение системного подхода при создании и исп ГИС

3) Комплексность системы

4) Эффективность

5) Понятие инфо обеспеч упр развитие территор в процессе экспл земель

6) Открытость системы

 

Покрытие

Покрытие- совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одному классу в пределах некоторой тер-и и в системах координат, общих для набора слоев.

По типу объектов покрытия бывают: точечные, линейные, полигональные.

Покрытие- файловая структура, включающая набор файлов, отражающих простр объекты и структуру отношений между ними.

Покрытие:

tic- контрольные точки для покрытия

bnd- мин/макс корд покрытия

arc- идентификатор координат узлов дуг

lab- цветовое пространство

cat- настройка фона изобр

 

CNT-табл центроидов полигонов

TOL- допуски на обработку данных покрытия

 

О соединении и связи таблиц

Большинство руководств по разработке баз данных рекомендуют строить базу данных на основе множества атрибутивных таблиц – каждая из которых посвящена отдельной теме – вместо создания одной большой таблицы, содержащей все необходимые поля. Такая схема предотвращает дублирование информации в базе данных, так как информация содержится только в одной таблице. Когда вам нужна информация, которая не содержится в текущей таблице, вы можете связать две таблицы.

Например, вы можете получить данные из других отделов вашей организации, покупать коммерческие данные или загружать данные из Интернет. Если эта информация хранится в таблице, такой как таблица dBASE, INFO или таблица базы геоданных, вы можете связать эти данные с вашими пространственными объектами и отобразить их на карте.

ArcGIS позволяет ассоциировать записи одной таблицы с записями в другой через общее поле, известное как ключевое. Создать эти ассоциации можно разными способами, включая временное объединение или связывание таблиц на карте или создание классов отношений в базе геоданных, что позволяет получить постоянные ассоциации. Например, вы можете связать таблицу собственников земельных участков со слоем земельных участков, поскольку у них имеется общее поле parcel ID.

Когда вы соединяете две таблицы, то атрибуты из одной присоединяются к атрибутам другой на основании поля, общего для обеих таблиц. Связывание таблиц описывает отношение между двумя таблицами - также на основании общего поля, но при этом не происходит добавления атрибутов одной таблицы в другую, вместо этого вы можете при необходимости обращаться к связанным данным.

Соединение таблиц по атрибуту

Обычно к слою присоединяют таблицу с данными на основании значений поля, которое присутствует в обеих таблицах. Название поля в таблицах может различаться, но тип поля должен быть один и тот же: числовые поля соединяются с числовыми, строковые со строковыми и т.д. Можно выполнить соединение и при помощи диалогового окна Соединение данных (Join Data), которое открывается по щелчку правой кнопкой на слое в ArcMap, или с помощью инструмента Добавить соединение (Join).

Предположим, что вы получаете ежедневные данные прогноза погоды по округам и строите карты погоды, основанные на этой информации. Ваши данные о погоде хранятся в таблице в вашей базе данных и имеют общее поле со слоем округов, таким образом, вы можете присоединить данные прогноза к географическим данным и после этого отображать, надписывать и анализировать слой, используя любое из присоединенных полей.

Отношение один-к-одному и многие-к-одному

Когда вы соединяете таблицы в ArcMap, вы создаете отношение один-к-одному или много-к-одному между таблицей атрибутов слоя и таблицей, содержащей информацию, которую необходимо присоединить. Пример, приведенный ниже, иллюстрирует отношение один-к-одному между округами и данными прогноза погоды. Другими словами, одной записи в таблице с прогнозом соответствует одна запись в таблице слоя округов.

В следующем примере показано отношение много-к-одному. Предположим, у вас есть слой, где для каждого полигона задан определенный тип землепользования. Таблица атрибутов слоя при этом хранит только код землепользования; полное описание каждого типа землепользования хранится в отдельной таблице. Соединение этих двух таблиц устанавливает отношение многие-к-одному, так как несколько записей таблицы атрибутов слоя соединяются с одной записью таблицы описаний видов землепользования. В результате вы можете использовать более информативные подписи при построении легенды к вашей карте.

Отношение один-к-одному и многие-к-одному

При использовании отношений один-ко-многим или многие-ко-многим, вам необходимо использовать опцию Связать, или Создать класс отношений, чтобы поддержать отношения между наборами данных. Тем не менее, и в этом случае, возможно использование соединения. При создании соединения, результат зависит от типа источника данных. Для данных базы геоданных, при создании соединения возвращаются все сопоставленные записи. Для данных других форматов, например шейп-файлов или таблиц dBase, возвращается только первая сопоставленная запись.

Это означает, что если вы создали соединение 1:M или M:M данными базы геоданных, и вам необходимо построить отчет, вы увидите несколько записей в отчете, по одной для каждого сопоставления. Множественные сопоставления также приводятся, при использовании присоединенных полей для присвоения условных знаков, присоединении слоя, надписывании, идентификации объектов, построении диаграмм, а также при использовании инструментов Найти и Гиперссылка. Если вы используете присоединенный слой в качестве входных данных для инструментов геообработки, или в операциях экспорта, также будут использованы множественные сопоставления записей.

Внимание:

В любых случаях соединений 1:M, присоединяется только первая сопоставленная запись, и только она отображается в таблице атрибутов слоя.

Пространственное соединение данных

Если слои на карте не имеют общего атрибутивного поля, их можно соединить с помощью пространственного соединения, которое позволяет связать атрибуты двух слоев на основе местоположения объектов слоев.

Можно выполнить пространственное соединение и при помощи диалогового окна Соединение и связи (Join Data), которое открывается по щелчку правой кнопкой на слое в ArcMap, или с помощью инструмента Пространственное соединение (Spatial Join).

Используя пространственное соединение, вы можете:

• Находить ближайшие объекты по отношению к другим объектам.
• Находить, что расположено внутри объекта.
• Находить, что пересекает объект.
• Вычислить, сколько точек находится внутри каждого полигона.

Пространственное соединение использует пространственные связи (ассоциации) между слоями, поля одного из которых будут добавлены в другой. Пространственное соединение отличается от соединения по атрибуту и классу отношений тем, что оно не динамично и требует сохранения результатов в новый выходной слой.

При осуществлении пространственного соединения можно использовать один из трех типов ассоциаций, описание которых приведено ниже:

• Сопоставление каждого объекта с ближайшим объектом или объектами: в этой ассоциации вы можете либо добавить атрибуты ближайшего объекта, либо добавить множество численных атрибутов ближайших объектов (min, max и т.д.).
• Сопоставление каждого объекта с объектом внутри: в этом случае добавляются атрибуты объекта, находящегося внутри текущего объекта. Примером такого случая может быть точка, находящаяся внутри полигона или сегмент линии, полностью находящийся внутри другого сегмента (другими словами, перекрывается им).
• Сопоставление каждого объекта с пересекающим объектом, или объектами: Как и в случае с ассоциацией по ближайшему объекту (объектам), описанной выше, вы можете либо добавить атрибуты отдельного пересекающего объекта, либо множество численных атрибутов пересекающих объектов.

Для каждой точки, полигона и комбинации линий в диалоговом окне соединения доступна только самая часто используемая ассоциация из перечисленных выше. В VBA соединение можно осуществлять, используя любую ассоциацию и любые комбинации точечных, линейных или полигональных слоев объектов.

Связывание таблиц

В отличие от соединения, связывание таблиц просто устанавливает отношение между двумя таблицами. Связанные данные не добавляются в таблицу атрибутов слоя, как это происходит при соединении. Вместо этого вы можете обращаться к связанным данным, когда вы работаете с таблицей атрибутов слоя.

Например, если вы выберете здание, вы можете найти всех арендаторов, которые занимают его. Точно так же, если вы выберете арендатора, вы найдете здание, в котором он арендует помещение (или несколько зданий, в случае, если он владеет сетью магазинов, расположенных в разных торговых центрах, - отношение многие-ко-многим). Однако, если вы попробуете использовать операцию соединения, ArcMap найдет только по одному арендатору, соответствующему каждому зданию, игнорируя данные по остальным арендаторам.

Связи, определенные в ArcMap, по сути, то же самое, что и простые классы отношений в базе геоданных, за исключением того, что они хранятся вместе с картой, а не в базе геоданных.

Если класс пространственных объектов в базе геоданных участвует в классе отношений, это отношение будет доступно для использования, вам не придется связывать таблицы в ArcMap. Классы отношений будут автоматически доступны, когда вы добавите на карту слой, участвующий в классе отношений. Обратите внимание, что отношение многие-ко-многим определяется иначе, если ваши данные хранятся в базе геоданных. Таким образом, если у вас есть классы отношений, определенные в базе геоданных, надо их использовать, а не создавать новые в ArcMap.

Более подробно о создании классов отношений

Классы отношений в базе геоданных

Класс отношений хранит информацию о связях между объектами и записями в базе геоданных, и обеспечивает целостность ваших данных.

Более подробно о преимуществах использования классов отношений

Отличие соединений и связей

При выборе между связыванием и соединением воспользуйтесь следующими общими рекомендациями:

• Вы будете использовать соединение двух таблиц, когда тип связи данных один-к-одному или много-к-одному.
• Связывать таблицы надо, если тип связи данных в них один-ко-многим или много-ко-многим.

Более подробно о выборе между классами отношений, связыванием и соединением

Сохранение соединений и связей

Когда вы сохраняете карту, содержащую соединения и связи, ArcMap сохраняет только определение связи двух атрибутивных таблиц, а не сами связанные данные. Когда вы в следующий раз открываете карту, ArcMap восстанавливает отношение (соединение или связь) между таблицами, считывая его из базы данных. Таким образом, любые изменения исходных таблиц, произошедшие с момента их последнего отображения на карте, автоматически отобразятся при следующем просмотре.

Соединения могут храниться в документе ArcMap или файле слоя. Если по какой-либо причине вы планируете переместить данные, вам необходимо сохранить ваши документы ArcMap с относительными путями. Если данные были перемещены, вы можете восстановить таблицы и слои после открытия документа, но если целевая таблица и связанные таблицы не находятся в одной директории или одной рабочей области, то соединения не подлежат восстановлению. Если вы сохраняете документ с относительными путями, то таблицы и слои будут автоматически восстановлены с соединениями, так как документ был перемещен в соответствии с местом перемещения данных.

Если вы хотите, вы можете делать копию слоя со связанными данными на диске: просто экспортируйте слой. Чтобы экспортировать слой, щелкните на нем правой кнопкой в таблице содержания, укажите на Данные, затем Экспорт данных. При этом создается новый класс пространственных объектов со всеми атрибутами, включая атрибуты связанных полей.

Использование соединений, связей и классов отношений одновременно

Если ваши данные подвергаются и соединению, и связыванию, то важен порядок создания соединений и связей. Если ваш слой или таблица содержат связи, то они удаляются сразу после присоединения к ним данных. Если вы связываете присоединенный слой или таблицу, связь удаляется при удалении соединения. В соответствии с эмпирическим правилом, лучше всего сначала создавать соединения, а потом добавлять связи.

В случае, если вам необходимо присоединить таблицу А и связать таблицу В со слоем С, возможны три варианта действий. Опишем все эти ситуации:

• Присоедините таблицу А к слою С, затем свяжите таблицу В со слоем С: Сценарий работает. В результате вы получите присоединенный слой, связанный с таблицей В.
• Присоедините таблицу А к слою С, затем свяжите таблицу В со слоем С: Сценарий также работает. Так как связь работает в двух направлениях, то вы сможете обращаться к связанным записям из любой таблицы, участвующей в связи. В данном случае связь принадлежит таблице В, поэтому при соединении со слоем С связь не удаляется.
• Присоедините таблицу B к слою С, затем свяжите таблицу A со слоем С: Этот сценарий не работает. Отличие от предыдущей последовательности заключается в том, что здесь связь принадлежит слою С. Поэтому при соединении таблицы А к слою С, связь удаляется.

Соединение не оказывает влияния на связи, принадлежащие присоединенной таблице. Однако, целевая таблица или слой не могут обращаться к этим связям.

Классы отношений никогда не удаляются в результате операции соединения и разъединения. Они могут использоваться независимо от того, участвуют ли данные в соединении или связывании.

Соглашения принятые в ГИС.

geographic data (пространственный данные) - цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах. Обычно состоят из двух взаимосвязанных частей: позиционной (spatial, locational) и непозиционной (aspatial). Полное описание П.д. складывается из взаимосвязанных описаний топологии, геометрии и атрибутики объектов и составляют основу информационного обеспечения ГИС. Изменчивость данных требует наряду с "пространственностью", учета временных аспектов данных (data temporality), расширяя понятие П.д. до пространственно-временных данных (spatio-temporal data) и как следствие проявлений четырехмерных ГИС (4D GIS). Средством абстрактного описания служат модели, или структуры П.д. (spatial data structure). Качество П.д. (spatial data quality) определяется их точностью, надежностью, достоверностью, полнотой, непротиворечивостью.

Растровая модель:

Ø Местоположение – наименьшая единица географического пространства, для которого могут быть приведены какие-либо значения или свойства..

Ø Значение – единица информации, хранящаяся в слое для каждого пикселя или ячейки. Ячейки одной зоны имеют одинаковое значение.

Ø Площадной контур (зона, область) – набор смежных местоположений одинакового свойства.

Ø Разрешение – минимальная линейная размерность наименьшей единицы географического пространства, для которой могут быть приведены какие-либо значения.

Векторная модель:

Ø Внутренняя область – область, которая не включает собственную ераницу.

Ø Полигон – область, состоящая из внутренней области, одного внешнего кольца и может содержать несколько непересекающихся внутренних колец.

Ø Область – ограниченный непрерывный объект, который может включать или
                 не включать в себя собственную границу.

Ø Точка – определяет геометрическое местоположение. Элемент карты, чьи
            размеры настолько малы, что неотображаются в виде области.

Ø Линия – множество упорядоченных точек, соединенных друг с другом и
              представляющих элемент карты, который слишком узок для
              отображения в виде области.

Узел – топологический переход или конечная точка, также может определять
          местоположение

Ø Линейный сегмент – прямая линия между двумя точками.

Ø Строка – последовательность линейных сегментов.

Ø Кольцо –замкнутая последовательность непересекающихся цепочек, строк,
              связей или замкнутых дуг

Ø Цепочка – направленная последовательность непересекающихся линейных
                 сегментов или дуг с узлами на их концах

Ø Связь – соединение между двумя узлами.

Ø Дуга – геометрическое место точек, которые формируют кривую определенную
          математической функцией

Стратегия трассировки.

Трассировка- процесс полуавт или ручное прорисовка линий по е изоб на растре.

Опции:

Максимальный разрыв - величина возможного разрыва в линиях, либо размер пропуска в пунктире (в пикселах)

Минимальная длина отрезка (в пикселях) которая при разветвлении должна рассматриваться как возможное продолжение трассы

Точность аппроксимации – максимальное отклонение прокладываемой трассы от пикселей. Отсюда следует, что ошибка при векторизации по растру М 1:10000 с разрешением 400 пикселей на дюйм приближается к 50 см что вполне достаточно для векторизации сельхозземель (горизонталей и др объектов), а для известных объектов координаты необходимо задавать с клавиатуры.

Угол поиска при разрыве - угол (в градусах) полного раскрытия конуса поиска. Максимальное значение- 90 градусов

Длина фильтра - количество соседних точек, влияющих на значение координат текущей точки при сглаживании. Для очень изломанных изолиний длина фильтра устанавливается 3- 4 при точности аппроксимации 0,5 - 0,6 для плавных линий, например, дорог или рек, длину фильтра разумно увеличить до 5-10

 

Теоретическая часть

Самым простым примером растровых данных является отсканированная карта. Основными характеристиками растровых данных являются - разрешение сканирования, цветность (глубина цвета), если растровые данные географически привязаны, то к их характеристикам добавляются такие параметры как система координат и пространственное разрешение (разрешение на местности).

Другими примерами растровых данных являются данные дистанционного зондирования, фотографии, данные, полученные в процессе растровых операций в других ГИС.

Элементарную единицу растра называют пикселем (pixel, от picture element - элемент изображения, ячейка матрицы).

Каждый элемент изображения имеет определенное значение, зависящее от того, как изображение было получено, и что оно содержит. Например, если оно было получено со спутника, каждый его пиксел представляет собой преобразованное в цифровое значение определенное количество световой энергии, отраженной от участков земной поверхности и попавшей на чувствительную ячейку матрицы прибора (сенсор). Производные растровые данные в каждой ячейке могут содержать информацию о высоте над уровнем моря в данной точке, о температуре почвы и воздуха, о плотности популяции вида на кв. км и т.д. Растровые данные удобное средство управления информацией о непрерывных признаках имеющие значение в каждой точке территории (таких как давление, температура, влажность и т.д.). Подробнее о различие растровых и векторных данных.

Цветность

Как уже было сказано выше в главе про векторные и растровые данные, каждому элементу изображения, помимо координат, соответствует также некое значение - атрибут, при отображение растра на экране монитора этот атрибут используется для кодирования цвета. От типа значений этого атрибута зависит, будет ли растр цветным, черно-белым или индексированным. Цвет который мы видим на экране образуется путем смешения компонент, каждая из которых по отдельности не несет цвета, но несет градацию серого - яркость, если таких компонент 3, то электронно-лучевая трубка монитора может преобразовать каждую компоненту в интенсивность соответствующего цвета, чаще всего это т.н. RGB (red-green-blue, красный-зеленый-синий). Количество градаций между белым и черным называется радиометрическим разрешением растра или глубиной цвета.
0..255 8bit
0..65535 16 bit
0..16000000 24 bit
Чем больше радиометрическое разрешение растра, тем лучше передаются вариации яркости объекта, тем больше деталей можно различить. Трехкомпонентное изображение называется полноцветным (true-color), обычно его глубина цвета равна 24 bit (или 8 bit на компоненту). Однокомпонентное изображение называется черно-белым или изображением в оттенках серого (grayscale), его глубина цвета обычно 8 bit. Особый вариант 8 битного, но цветного изображения - т.н. псевдоцветное или индексированное изображение, его особенностью является наличие специальной таблицы определяющей соответствие каждого значения (0..255) определенному цвету, кодируемому 3-мя компонентами RGB. Таким образом, такой растр является 8-ми битным и цветным одновременно, эта форма очень удобна для хранения топографических и тематических карт, имеющих ограниченное количество использованных цветов.

Особым параметром цветового значения пиксела является прозрачность. ArcGIS позволяет назначить одному из цветов атрибут прозрачность, что позволяет, например, убрать рамку определенного цвета у растровых данных.

Спектральное разрешение
Бумажные материалы, как и земная поверхность, сканируются в определенных диапазонах спектра. Количество и ширина этих диапазонах называются спектральным разрешением прибора-сканера. При сканировании бумажных материалов используются 3 диапазона спектра соответствующие красной, зеленой и синей части спектра, за счет этого результат выглядит также, как он выглядит, когда мы наблюдаем его своими глазами. А вот дистанционное зондирование Земли из космоса ведется, как правило, в диапазонах отличных от привычных человеческому глазу, например в ближнем и среднем инфракрасном, поэтому получить изображение, которое мы бы увидели, находясь на месте камеры частотневозможно. Но благодаря такому выбору часто удается различить объекты, которые человеческим глазом не различаются. Помимо особых спектральных диапазонов, отличие данных ДДЗ состоит и в их большем, чем 3 количестве, количество диапазонов в которых ведется съемка, может достигать сотен. По количеству диапазонов, данные ДЗЗ разделяют на панхроматические (1 диапазон), мультиспектральные (до 1-30 диапазонов), гиперспектральные (более 30 диапазонов).

Система координат
Только что отсканированная карта находится в локальной системе координат. Начало ее располагается в точке 0,0 (как правило, это нижний, левый угол), пространственное разрешение элемента изображения карты (пиксела) равно 1. Для работы в ГИС с такими данными (если Вы конечно хотите работать в географическом пространстве), необходимо эти данные привязать (подробнее об обработке растровых данных >>>).

Практическая часть

Скачать учебные материалы для этой главы (37 Мб).

В практической части этой главы Вы научитесь:

• Работать с одноканальными (индексированными и данными в градациях серого) растровыми данными;
• Работать с многоканальными растровыми данными;

Гис-технологии создания цифровых тематических карт

Планы и карты в большинстве случаев создают двумя методами: по результатам наземных геодезических съемок и с использованием материалов дистанционного зондирования местности. К таким материалам относят полутоновые как цветные, так и черно-белые космические или аэрофотоснимки, полученные с помощью различных аэрофотосъемочных систем, устанавливаемых на борту искусственных спутников Земли, космических станций, самолетов, вертолетов, дельтапланов и пр.

Комплекс работ по созданию земельно-ресурсных (в том числе и земельно-кадастровых) карт осуществляют по определенной технологической схеме. Основные крупные блоки:

фотограмметрическая подсистема, при помощи которой осуществляются ввод и преобразование полутоновых цветных или черно-белых снимков, обработка или выдача конечной продукции в виде ортофотопланов (полутоновые изображения участка местности в ортогональной проекции) или штриховых кадастровых планов; подсистема цифрования ортофотопланов и карт, при помощи которой преобразуются в цифровой вид имеющиеся планы и карты;

подсистема цифровой обработки, хранения и отображения картографической информации, которая служит для создания цифровой модели местности (ЦММ) путем преобразования растровых изображений в векторную форму, формирования тематических слоев, создания специальных хранилищ информации (баз данных) и электронных карт, выдачи готовой продукции в виде цветных земельно-кадастровых и других тематических карт.

Центральным ядром технологической схемы является подсистема цифровой обработки, хранения и отображения графической информации.Цифровая карта - это цифровое в