Определение ГИС через подсистемы

ГИС представляет собой набор подсистем ее образующих. ГИС имеет следующие подсистемы:

· Подсистема сбора данных, обеспечивающая собирание и предварительную обработку данных из различных источников. Это подсистема так же отвечает за преобразование различных типов пространственных данных (например, от изолиний топографической карты к модели рельефа ГИС).

· Подсистема хранения и выборки данных, организующая пространственные данные с целью их выборки, обновления и редактирования.

· Подсистема анализа данных, которая выполняет различные задачи на основе этих данных, группирует и разделяет их, устанавливает параметры и ограничения и выполняет моделирующие функции.

· Подсистема вывода, которая отображает всю базу данных или часть ее в табличной, диаграммной, картографической или другой форме.

3. Сравнение традиционной картографии и ГИС

Сравнение функций подсистемы вывода
Карта	ГИС
Только графическое представление	Карты — лишь один из видов вывода
Многие формы карт	ГИС представляет практически неограниченные возможности в создании карт
Модификации могут включать картограммы и др.	Включает так же таблицы, графики, диаграммы, изображение и др. Нетрадиционные формы вывода: интерактивный вывод, передача баз данных, видео и др.
Сравнение функций подсистемы ввода
ВВОД: запись на бумаге(копиляция)  - точки  - линии  - области	ВВОД: Запись в память компа(кодирование)  - точки  - линии  - области
Источники:  - Аэрофотосъемка  - дистанционное зондирование  - геодезические работы  - словесные описания и зарисовки  - статистические данные и др.	Источники: то же, что и для карты, а также:  - готовые цифровые карты  - цифровые модели местности и рельефа  - цифровые аэро- и космоснимки  - данные лазерного сканирования  - цифровые базы данных  - данные, полученные через интернет
Сравнение функций подсистемы хранения и выборки
Точки, линии и области рисуются на бумаге с помощью символов	Точки, линии и области хранятся как ячейки растра или координаты и идентификаторы в компе
Выборка — просто чтение карты	Выборка требует эффективных методов компьютерного поиска
Сравнение функций подсистемы анализа
Требуется линейка, планометр, транспортир и другие инструменты, используемые челом – аналитиком	Используются возможности компьютера для измерения, сравнения и описания информации в базе данных
Возможности ограничены данными, сгруппированными и представленными на бумажной карте	Обеспечивает быстрый доступ к исходным данным. Позволяет группировать и переклассифицировать данные для дальнейшего анализа. Одни и те же данные могут быть использованы многократно

Форматы данных ГИС.

Векторные (шейп-файлы, файлы покрытия, ARC\INFO, чертежи САПР и др.)

Растровые изображения и Гриды (BMP,TIFF, JPG, ERDAS IMAGINE…)

Триангуляционные (TIN)

Таблицы (dBase)

Текстовые файлы (txt, asc …)

Охарактеризуйте форматы данных: шейп-файл, класс пространственных объектов, база геоданных.

Шейп-файл - это простой, нетопологический формат для хранения геометрического местоположения и атрибутивной информации географических объектов. Географические объекты могут быть представлены точками, линиями или полигонами (площадями). Рабочая область, содержащая шейп-файлы, может также содержать таблицы dBASE, которые могут хранить дополнительные атрибуты, доступные для соединения с объектами шейп-файла.

Класс пространственных объектов - это набор географических объектов с общим типом геометрии (точки, линии или полигоны), одинаковым набором атрибутов и одинаковой пространственной привязкой. Примеры классов объектов - точки, земельные участки, типы почв, административные районы и т.д.

База геоданных – это "контейнер", использующийся для хранения совокупности наборов данных.

Типы баз геоданных.

База геоданных – это "контейнер", использующийся для хранения совокупности наборов данных. Существует три типа баз геоданных:

1. Файловые базы геоданных – хранятся как папки в файловой системе. Каждый набор данных хранится в виде файла, который может увеличиваться вплоть до 1 ТБ по размеру. Этот тип БГД рекомендуется использовать вместо персональных баз геоданных.
2. Персональные базы геоданных – все наборы данных хранятся в виде файла базы данных Microsoft Access, который имеет ограничение по размеру в 2 ГБ.
3. Многопользовательские базы геоданных – также известные как корпоративные, не имеют ограничений по размеру и количеству пользователей. Хранятся в реляционной базе данных с использованием Oracle, Microsoft SQL Server, IBM DB2, IBM Informix или PostgreSQL.

7. Геометрические примитивы. Объекты высокого уровня геометрии.

Геометрические примитивы:

Точка — ни длины, ни ширины, только координаты х,у. т. е., местоположение у нее только указано. Рамки, определяющие представление объектов в виде точки, задает масштаб карты. О таких объектах говорят, что они дискретные, т.е. каждый из них может занимать в любой момент времени только определенную точку пространства.

Линия — обозначаются объекты, которые в заданном нами масштабе имеют длину, но не имеют ширины т. е., одномерные объекты. Кроме того, поскольку линии занимают не единственное местоположение в пространстве, мы должны знать по крайней мере две точки – начальную и конечную с пространственными координатами. Если у линейного объекта есть несколько изгибов, то чем более сложнее вид линии, тем больше дополнительных точек может понадобиться.

Полигоны — имеют и длину и ширину, у них вычисляется площадь и периметр и они являются двумерными объектами. Границей полигональных объектов является линия, которая начинается и заканчивается в одной точке. Полигональные объекты имеют несколько характеристик: местоположение линии, оконтуривающей полигон, форма и ориентация линии, величина площади полигона.

Наиболее употребимыми являются следующие геометрические примитивы: 1) точка (point) - простейший геометрический объект, имеющий нулевую размерность. Точка характеризуется только местоположением; 2) отрезок (segment) - совокупность точек (пикселов), через которые проходит геометрический отрезок с заданными конечными точками. Характеризуется начальной и конечной точками, или начальной точкой и приращениями координат, или длиной и углом наклона; 3) ломаная (open polygon, polyline) - последовательности отрезков, соединяющих заданные точки; 4) полигон, или многоугольник (polygon) - область, ограниченная замкнутой ломанной; 5) прямоугольник (rectangle) - частный случай полигона, ограниченного четырехугольником, все углы которого прямые. Как правило прямоугольник - геометрический примитив имеет стороны, параллельные осям координат; 6) плоская кривая (planar curve) - множество точек плоскости, координаты которых удовлетворяют уравнению F(x,y)=0. Если эта кривая во всех точках имеет непрерывно изменяющуюся касательную, то она называется гладкой кривой (smooth curve).

Объекты высокого уровня геометрии:

точечные объекты высокого lvl:

Узел — особая точка, в которой соединяется 2 или более дуг. Один из основных элементов топологии.

Центроид — находящаяся в точном географическом центре некоторой области (полигона) или в центре распределения некоторого явления (распределение точек). Центр прямоугольника, описанного вокруг полигона. Центр эллипса наиболее близкого по форме к контуру полигона.

Линейные объекты высокого lvl:

Сети — набор соединенных линейных объектов, вдолькоторых возможно движение первого узла к другому.

Площадные объекты высокого lvl:

Регион: сплошной; фрагментированный; перфорированный — исключает отдельные полигоны: отверстия или острова.

Шкалы измерений.

Существует устоявшаяся основа для измерения практически всех видов данных, в том числе и географических. Эти так называемые шкалы измерения данных простираются от простого наименования объектов, до высокоточных измерений, позволяющих нам непосредственно сравнивать качества различных объектов. Используемая шкала измерений будет определяться отчасти типом классификации, отчасти необходимой информацией, и отчасти возможностями производить измерения при заданном масштабе наблюдения.

Существует огромное количество шкал, приведем некоторые из них. Номинальная шкала, из названия которой следует, что объекты различаются по именам. Эта система позволяет говорить о том, как называется объект, но не позволяет делать прямого сравнения объектов.

Если необходимо провести более тонкое сравнение объектов, то следует выбрать более высокую шкалу измерений. Таковой является порядковая шкала, позволяющая проводить качественное сравнение от лучшего к худшему для данного конкретного во-проса. Если необходима более высокая точность в измерениях, то нужно воспользоваться интервальной шкалой измерения, в которой измеряемым величинам приписываются численные значения. Как и в случае порядковой шкалы, здесь тоже можно сравнивать объекты, но сравнения могут делаться с более точной оценкой различий. Хорошим примером пространственных данных, измеряемых в интервальной шкале, является температура почвы на некоторой исследуемой площади с различными типами почв. Последняя и наиболее "количественная" шкала измерений - это шкала отношений.

9. Два способа представления географического пространства.

1.Растровая модель данных

Растровая модель данных - цифровое представление пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселов) с присвоенными им значениями класса объекта. Р.м. предполагает позиционирование объектов указанием их положения в соответствующей растру прямоугольной матрице единообразно для всех типов пространственных объектов (точек, линий, полигонов и поверхностей). Наиболее часто растровые модели применяют при обработке аэрокосмических снимков для получения данных дистанционных исследований Земли.

· Разбивает всю изучаемую территорию на элементы регулярной сетки или ячейки

· Каждая ячейка содержит только одно значение

· Является пространственно заполненной, поскольку каждое местоположение на изучаемой территории соответствует ячейке растра, иными совами - растровая модель оперирует элементарными местоположениями

Соглашения, принятые для растровой ГИС

· Разрешение

Минимальная линейная размерность наименьшей единицы географического пространства, для которой могут быть приведены какие-либо данные. В растровой модели данных наименьшей единицей для большинства систем выступает квадрат или прямоугольник. Такие единицы известны как сетка, ячейка или пиксель. Множество ячеек образует решетку, растр, матрицу.

· Местоположение

Наименьшая единица географического пространства, для которого могут быть приведены какие-либо характеристики или свойства (пиксель, ячейка). Такая частица картографического плана однозначно идентифицируется упорядоченной парой координат - номерами строки и столбца

· Площадной контур (Зона)

Набор смежных местоположений одинакового свойства. Термин Класс (или район) часто используется в отношении всех самостоятельных зон, которые имеют одинаковые свойства. Основными компонентами зоны являются ее значение и местоположения

· Значение

Единица информации, хранящаяся в слое для каждого пикселя или ячейки. Ячейки одной зоны (или района) имеют одинаковое значение

2. Векторная модель данных

Векторно-нетопологическое представление данных - цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар, с описанием только геометрии объектов.

Векторно-топологическое представление (линейно-узловое представление) - разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов, описывающего не только их геометрию, но и топологические отношения между полигонами, дугами и узлами.

Используются в практике проектирования ГИС для решения задач управления сетями инженерных коммуникаций — сетями водо-, газо-, электроснабжения. К примеру, модель сети воздушных линий электропередач с опорами, на которых закреплены провода разных сечений и фаз, а также грозозащитный трос, должна строиться как многолучевой граф. Моделирование средствами ГИС теплосетей, предполагающее не только их тополого-геометрическое описание, но и встраивание моделей гидравлических расчетов, также требует модели данных как ориентированного и взвешенного графа.

Векторная модель данных:

· Основана на векторах (направленных отрезках прямых)

· Базовым примитивом является точка

· Объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями или дугами

· Площади определяются набором линий

· Представляет собой объектно-ориентированную систему

Типы векторных объектов, основанные на определении пространственных размеров

1)Безразмерные типы объектов

· Точка - определяет геометрическое местоположение

· Узел - топологический переход или конечная точка, также может определять местоположение

2)Одномерные типы объектов

· Линия - одномерный объект

· Линейный сегмент - прямая линия между двумя точками

· Строка - последовательность линейных сегментов

· Дуга - геометрическое место точек, которые формируют кривую определенную математической функцией

· Связь - соединение между двумя узлами

· Направленная связь - связь с одним определенным направлением

· Цепочка - направленная последовательность непересекающихся линейных сегментов или дуг с узлами на их концах

· Кольцо - последовательность непересекающихся цепочек, строк, связей или замкнутых дуг

· Двумерные типы объектов

· Область - ограниченный непрерывный объект, который может включать или не включать в себя собственную границу

· Внутренняя область - область, которая не включает собственную границу

· Полигон (контур) - 2-мерный (площадной) объект, внутренняя область, образованная замкнутой последовательностью дуг в векторно-топологических представлениях или сегментов в модели "спагетти". Различают простой П., не содержащий внутренних П., и составной П, содержащий внутренние П., называемые также "островами" (island) и анклавами (hole).

· Пиксель - элемент изображения, который является самым малым неделимым элементом изображения.

Преимущества

Растровая модель

· Простая структура данных

· Эффективные оверлейные операции

· Работа со сложными структурами

· Работа со снимками

Векторная модель

· Компактная структура

· Топология

· Качественная графика