Ранжированные классификации.

Ранжированные классификации, как правило, применяются для числовых атрибутов. Методов подобных классификаций множество, рассмотрим некоторые из них. Наиболее распространенным методом является метод естественных интервалов. В ArcGIS этот метод классификации устанавливается по умолчанию. Метод естественных интервалов создает классы таким образом, чтобы сгруппировать близкие по значениям данные. Другими словами в пределы одного класса попадают (по возможности) объекты, значения атрибутов которых близки.

Метод равноинтервальной классификации разбивает значения атрибута на равные по размеру диапазоны значений.

Ранжированные классификации: растровый тип данных.

Ранжированные классификации на растровом типе данных выполняются совершенно аналогичным способом. Используя какой – либо метод классификации (на слайде показан метод естественных интервалов), весь диапазон значений ячеек (целочисленных или с плавающей запятой) разделяются на интервалы. Число интервалов определяется числом классов. Каждому интервалу присваивается новый код. Далее выполняется операция переклассификации.

38. Высокочастотные (ФВЧ), низкочастотные (ФНЧ) и анизотропные фильтры.

    ФНЧ подавляет высокие пространст-венные частоты и представляет поверх-ность в упрощенном, сглаженном виде.

    ФВЧ подавляет низкие пространственные час-тоты и предназначен для подчеркивания мел-ких деталей растрового изображения

    Анизотропная фильтрация призвана решить недостаток фильтрации билинейной. А именно, более точно определять цвета пикселей, соответствующие элементы текстуры которых (группы текселей) расположены не параллельно экрану. Казалось бы, нужно всего лишь взять цвета всех текселей, соответствующих каждому пикселю и усреднить их. Полученное для данной группы текселей значение цвета и будет настоящим цветом пикселя на экране. Однако такой метод требует огромных вычислительных затрат и выдвигает непомерные требования к пропускной способности памяти. Естественно, в чистом виде, для расчета 3D-графики в реальном времени, такой метод не используется, а используется его аппроксимация. Для относительно неплохого результата такой аппроксимации, прежде всего, необходимо увеличить количество текселей, определяющих цвет пикселя, а так же учесть форму проекции, в зависимости от угла наклона текстуры. Числом текселей, которое используется для определения цвета пикселя, определяется глубина (уровень) анизотропии.

39. Переклассификация поверхностей: уклон, экспозиция, отмывка рельефа, видимость, расчет объемов.

Инструменты переклассификации изменяют значения ячеек в альтернативные значения с использованием различных методов. Вы можете переклассифицировать одно значение одновременно или группы значений, используя альтернативные поля; на основе критериев, таких как заданные интервалы (например, группа значений в 10 интервалов); или по площади (например, группа значений в 10 групп, содержащих одинаковое количество ячеек). Инструменты разработаны так, чтобы вы могли изменять много значений входного растра на нужные, заданные или альтернативные значения. Все методы переклассификации применяются к каждой ячейки в пределах области. То есть при применении альтернативного значения к существующему, все методы переклассификации применяют альтернативное значение к каждой ячейке исходной зоны. Методы переклассификации не применяют альтернативные значения только к части входной зоны.

Одним из способов конвертации данных поверхности в более удобную для использования информацию для анализа является переклассификация поверхности. Переклассификация поверхности устанавливает диапазон значений равным только одному значению. Вы можете переклассифицировать поверхность таким образом, что областям с ячейками выше заданного значения или между двумя критичными значениями, присваивается один код, а другим областям присваивается другой. Или можно использовать инструмент Переклассификация (или Интервальная перекодировка (Slice)), чтобы разделить поверхность на заданное число классов, как способа для укрупнения и генерализации детальных данных. Переклассификация поверхности часто делается для того, чтобы уменьшить число входных категорий для анализа наложения.

Уклон. Концептуально процесс довольно прост: нужно узнать связь между расстоянием по горизонтали между точками на местности и соответствующей разницей высот. Отношение второй величины к первой и является способом выражения уклона.

Экспозиция склонов (аспект). Поскольку поверхности имеют уклон, они имеют также и ориентацию, называемую экспозицией или аспектом. Идеи уклона и экспозиции неразделимы как в физическом, так и в аналитическом плане. Без уклона невозможен топографический аспект. Для геологов преобладающий уклон сдвигов может быть путем к пониманию подземных процессов.

Взаимная видимость показывает, что если вы расположены в определенной точке топографической поверхности, то одни области рельефа будут вам видны (области видимости), а другие нет. В векторной системе простейший метод состоит в соединении точки наблюдателя с каждой возможной целевой точкой покрытия. Затем выполняется трассировка лучей, т.е. вы следуете вдоль линии (луча), ища отметки высоты, которые выше этой линии. Более высокие точки будут загораживать для наблюдателя то, что за ними. Существуют многие способы определения областей видимости для векторных структур данных, включая TIN.

Расчет объемов - Функция Насыпей/Выемок показывает площади и объемы изменений между двумя поверхностями. Она указывает площадь и объем поверхности, в которой произошли изменения, связанные с добавлением или удалением вещества поверхности.

Отмывка рельефа - Тени, рисуемые на карте, для создания эффекта солнечного освещения земной поверхности. Гипотетическое освещение поверхности в соответствии с азимутом и высотой Солнца. Отмывка создает эффект трёхмерного изображения, способствующий визуальному восприятию рельефа на карте и относительным измерениям освещённости для анализа.
Азимут - это угловое направление расположения солнца, измеряемое от севера против часовой стрелки, в градусах от 0 до 360. По умолчанию установлено значение 315 (северо-запад).
Высота - это угол высоты источника освещения над горизонтом: от 0 (горизонт) до 90 градусов (зенит). По умолчанию установлено значение 45 градусов

40. Простое и функциональное расстояние.

Расстояние по прямой (простое расстояние) вычисляет расстояние от каждой ячейки растра до ближайшего источника. Источник – это объект интереса: колодец, торговая точка, дорога, лес и т.д. Пример использования функции Расстояние по прямой: Каково расстояние до ближайшего города?
функциональное
В случае векторных координат для определения расстояний может использоваться серия модификаций стандартной теоремы Пифагора. Вначале вспомним исходную формулу для эвклидова или прямолинейного расстояния между двумя точками:
D = [(X1 – X2)2 + [(Y1 – Y2)2 ]½.
Однако,если мы не можем двигаться по прямой, т.е. имеется некоторое препятствие, вынуждающее нас отклоняться от прямой, то мы можем обобщить эту формулу в неэвклидову форму:
D = [(X1 – X2)k + [(Y1 – Y2)k ]1/k,
где k- показатель степени - некоторое число из диапазона возможных значений. Нетрудно заметить, что подстановка k = 2 превращает эту формулу в предшествующую формулу для расстояния по прямой.
Допустим, например, что мы ищем расстояние между двумя точками в Манхэттене, где десятки высоких зданий и кварталы ограничивают наше движение отрезками под прямым углом друг к другу. В этом случае мы имеем значительные ограничения движения, и переменная k принимает значение 1, а формула расстояния принимает вид:
D = |X1 – X2 | + | Y1 – Y2 |.
Как видите, любое расстояние в векторной БД может быть определено простым изменением параметра k в соответствии с имеющимися условиями. Например, k = 0.6 позволяет нам найти кратчайшее расстояние вокруг некоторого барьера, такого как озеро.

+ Простое расстояние– это расстояние по прямой между 2 точками

Функциональное расстояние учитывает сопротивление движению (т.е. наиболее простой путь в обход, чем по прямой).

41. Буферы. Виды буферов.

Буфер (buffer) - это полигон, с границей на определенном удалении от точки, линии или границы области.

Виды буферов:

    Буфер вокруг полигонов

    Буфер вокруг точек

    Буфер вокруг линейных объектов

    Многослойный буфер

    Мотивированный буфер

    Простой буфер

    Варьируемый буфер

Буферизация обычно создает две области: одна в пределах указанного расстояния от выбранного объекта реального мира, другая - вне. Область, которая находится в пределах указанного расстояния называется буферная зона.
Буферная зона - область, предназначение которой отделять одни объекты реального мира от других. Часто буферные зоны используют для определения зон защиты окружающей среды, защиты жилых и коммерческих зон от промышленных аварий и природных катастроф, предотвращения насилия. Распространенным примером буферных зон будут зеленые насаждения между жилой коммерческой зонами, пограничные зоны между государствами, шумозащитные зоны вокруг аэропортов или зоны защиты от загрязнений вдоль рек.

42. Растровое и векторное наложение. Методы наложения.

Растровое наложение подразумевает сравнение (сопоставление) ячеек двух или более растров, пространственное положение которых совпадает. Поэтому экстент и пространственное разрешение всех входных растров должны быть одинаковыми.

Процесс растрового наложения полигонов так же прост, как и наложение точек, поскольку в растре полигоны являются группами точек с одинаковыми наборами числовых значений. Растровым наложениям свойствен недостаток пространственной точности, но при этом они обладают высокой гибкостью и скоростью выполнения вследствие своей простоты. Общепризнанно, что в общем случае растровое наложение предпочтительно вследствие его вычислительной легкости поскольку каждая ячейка растра одного покрытия обязательно совмещена с такой же ячейкой в других покрытиях.

Векторные наложения "точка в полигоне" и "линия в полигоне" являются вопросом графического отношения объектов и отношения атрибутов. Для векторного наложения полигонов программа должна определить точки пересечения границ полигонов одного покрытия с границами полигонов другого покрытия. Эти точки пересечения становятся узлами, и программа отслеживает передачу атрибутов в новое покрытие.

Методы наложения

В целом, существует два метода выполнения анализа наложений: наложение пространственных объектов (наложение точек, линий или полигонов) и наложение растров. Некоторые виды анализа наложений подходят к одному или другому из этих методов. Анализ наложения для нахождения местоположений с использованием определенного критерия часто лучше всего выполняется с использованием наложения растров (однако, вы можете делать это по данным пространственных объектов). Конечно, это также зависит от того, в каком виде уже хранятся ваши данные, как пространственные объекты или в виде растров. Для получения хорошего результата нужно конвертировать данные из одного формата в другой и выполнить анализ.

Наложение объектов

Ключевыми элементами наложения пространственных объектов являются входной слой, слой наложения и выходной слой. Функция наложения разбивает пространственные объекты во входном слое там, где они перекрываются пространственными объектами слоя наложения. Новые области создаются в местах пересечения полигонов. Если входной слой содержит линии, они разбиваются в местах, где их пересекают полигоны. Эти новые пространственные объекты хранятся в выходном слое, исходный входной слой не изменяется. Атрибуты пространственных объектов в слое наложения присваиваются соответственно новым пространственным объектам в выходном слое вместе с исходными атрибутами входного слоя.

Наложение растра

При наложении растров каждая ячейка каждого слоя пространственно привязана к одному и тому же географическому местоположению. Это удобно для комбинации характеристик многочисленных слоев в одном слое. Обычно большое количество значений соответствует каждой характеристике, что позволяет математически произвести объединение слоев и получить новое значение для каждой ячейки в выходном слое.

43. Поиск информации в ГИС. Виды запросов.

Поиск информации в ГИС. Виды запросов. Поиск объектов в ГИС можно осуществлять с помощью запросов. Запросы — это задания на поиск данных в базе, удовлетворяющих определенным условиям. ГИС обладают набором средств для обработки и управления информацией, включающих средства стандартного языка структурированных запросов SQL.

Выделим основные возможности непространственного (атрибутивного) анализа, осуществляемого с помощью запросов:
• • запрос по атрибутам и их отображение;
• • поиск цифровых карт и их визуализация;
• • классифицирование непространственных данных;
• • картографические измерения (расстояние, направление, площадь);
• • статистические функции.

Запрос является «вопросом» к базе данных, заданным в определенной форме. В ГИС запрос может быть выполнен к атрибутивной и к графической части. Как правило, в ГИС присутствует возможность создания запроса при помощи специального построителя. Вызывается специальное окно, содержащее возможность выбора таблиц, полей, операторов, функций и других параметров. Возможно присутствие кнопки «проверить».

Целью запроса является выборка объектов по заданным параметрам, их изменение (при необходимости) и сохранение этих изменения в базе данных.

Другой тип ГИС-анализа - запросы или выбор из базы данных. Запросы позволяют Вам идентифицировать и сосредоточиться на определенном наборе пространственных объектов. Есть два типа ГИС запросов, запросы атрибут и местоположения.

Запросы атрибу, так называемые a-пространственные запросы, позволяют находить пространственные объекты по их атрибутам.
Наземные наблюдения.
Данные типа «перепись».
Косвенные методы сбора данных
Аэрофотосъемка
космическая съемка
телеметрические методы

+Виды запросов: Пространственные запросы (что это, где это. Каков размер объекта), Непространственные (среднее значение, сумма..), Моделированные.

44. Вывод: отображение результатов анализа

Вывод результатов — конечный продукт любого анализа. Целью является не просто анализ сам по себе, а и представление результатов. Вывод результатов анализа может быть постоянным и временным, в зависимости от типа выходного устройства. К первой категории относят вывод на бумагу, пленку или магнитные носители - все они могут хранить результат долгое время. Вторая категория - вывод на экран монитора или проекционный экран, с целью демонстрации результатов анализа или предварительного просмотра файлов. Вывод может быть человеко- и машинно-ориентированный. Машинно-ориентированные вывод используется для сохранения материала на компьютерных носителях информации; он возвращает нас от подсистемы вывода ГИС к подсистеме хранения и редактирования. Человекоориентированный вывод предназначен для восприятия людьми.

45. Картографический вывод результатов в ГИС: назначение карт.

Картографический вывод результатов в ГИС: назначение карт. Вывод результатов — конечный продукт любого анализа. Здесь мы рассмотрим как способы вывода ГИС, так и некоторые требования дизайна для создания качественного, понятного выходного продукта. Обе стороны важны, так как техника физически ограничивает наши возможности создания изображений, а пользователи имеют физические и психологические ограничения и особенности восприятия, влияющие на интерпретацию результатов.

Традиционным является картографический вывод. Карты всё еще остаются наиболее компактным способом представления географической информации. Традиционно карты создавались для осуществления двух основных функций. Первая функция - это хранение информации. Создание карты - это способ зафиксировать информацию о местоположении пространственного объекта. Вторая функция состоит в том, чтобы через изображение донести пространственную информацию до пользователя.

Соответственно, различают карты двух типов.

Первый - это основные справочные карты, например Административная карта Российской Федерации или карта города. Карты этого типа содержат информацию о взаимном расположении объектов.

Второй тип - тематические карты, используемые для передачи информации по определенной одной или нескольким тематикам, например землепользование, уровень добычи полезного ископаемого или уровень экологической безопасности. Большинство карт на выходе ГИС относятся к тематическим картам, выделяющим структурные отношения в рамках выбранной темы. В случае ГИС слово "тема" можно заменить на "решение", так как такие карты чаще всего являются результатом решения определенной задачи или ключом к завершению процесса принятия решения.

Первое правило при составлении тематической карты гласит, что она должна быть читаема, анализируема и интерпретируема. Каждый помещаемый на карту объект должен говорить что-то на тему этой карты. На карте показывают лишь те объекты, которые соответствуют ее назначению. Изображение других объектов, не отвечающих назначению карты, затрудняют ее восприятие.

46. Номенклатура топографических карт. Деление листа масштаба 1:1 000 000 на листы более крупных масштабов.

47. Определение масштаба и угловых координат листа топографической карты по его номенклатуре.

Система разграфки и номенклатуры листов карт дает возможность определить географические координаты углов рамки любого листа топографических карт всего масштабного ряда, а также по географическим координатам точки находить номенклатуру листа карты любого масштаба, на котором эта точка находится. Южную широту рамки листа карты масштаба 1:1 000 000 можно определить с помощью таблицы 5.1.

Если нет таблицы обозначения поясов, то вначале определяют порядковый номер латинской буквы пояса (порядковому номеру 1 соответствует латинская буква А, 2 – В, 3 – С, …). Затем номер пояса умножают на 4 и получают значение географической шпроты φ северной параллели листа. Уменьшив это значение на 4. получают широту южной параллели рамки листа. Для определения долгот меридианов, ограничивающих лист, следует иметь ввиду, что за начало счета долгот принят Гринвичский меридиан, а начало счета колонн идет от меридиана, имеющего долготу 180. Поэтому для колонн с номерами 31-60 (к востоку от Гринвичского меридиана) номер колонны уменьшают на 30, умножают на 6º и определяют значение географической долготы восточного меридиана листа. Уменьшив это значение на 6º, получают значение долготы западного меридиана листа.

Пример. Для листа карты масштаба 1:1 000 000 с номенклатурой N-37 определить географические координаты (рис. 5.8). Решение:

· порядковый номер буквы N в латинском алфавите 14;

· по порядковому номеру определяем широту северной параллели 14 × 4 = 56º

· уменьшив значение северной широты на 4 получаем широту южной параллели рамки листа 56º – 4º = 52º

· определяем долготу восточного меридиана (37 – 30) × 6º = 42º

· уменьшив значение долготы восточного меридиана на 6 получаем значение долготы западного меридиана 42º – 6º = 36º

+

48. Определение масштаба и номенклатуры листа топографической карты по его угловым координатам.

По географическим координатам точки можно определить номенклатуру любого листа топографической карты, на котором находится эта точка Для этого необходимо:

· определить номер пояса, в котором находится искомый лист, разделив широту в градусах плюс четыре, на 4.

Внимание! Чтобы в остатке получить целое число градусов, деление следует выполнять без использования калькулятора.

· По номеру пояса из таблицы 5.1 определить обозначение пояса (латинскую букву).

Латинскую букву пояса можно вычислить с помощью компьютера. Для этого в электронных таблицах Microsoft Excel вводим формулу: =СИМВОЛ(номер пояса+64)

· определить номер колонны, разделив долготу в градусах плюс шесть, на 6 и к частному прибавить 30;

· по остатку (градусов и минут) определить номенклатуру листов карт более крупного масштаба.

Пример. Координаты объекта: широта 53°50′с.ш.; долгота 40°30′в.д.. Определить номенклатуру листа карты масштаба 1:500 000.

Решение. Номер пояса (ряда) (53 + 4): 4 = 14 целых. 1º в остатке деления и 50′ широты (всего остаток 1°50′) будем использовать для определения номенклатуры листа карты более крупного масштаба. 14 целых это порядковый номер ряда. Цифра 14 соответствует латинской букве N. Символ N соответствует поясу карты масштаба 1:1 000 000. Номер колонны (40 + 6): 6 + 30 = 37. Остаток по долготе 4° + 30' = 4°30'.

Номенклатура листа карты масштаба 1:1 000 000 будет N – 37.

Составляем схему деления листа 1:1 000 000 на равные части по долготе и широте (рис. 1).

Отсчитываем от южной границы схемы 1°50′(остаток по широте) и от западной границы 4°30′(остаток по долготе). Получаем пересечение линий на четверти, обозначенной заглавной буквой Г. Таким образом, искомая номенклатура листа карты масштаба 1:500 000 будет N-37-Г.

Для определения номенклатуры карт масштаба 1:200 000 методика определения номера трапеции такая же, как и для масштаба 1:500 000.

На пересечении пунктирных линий (рис 5.10) видим римскую цифру ХХIII. Добавляем римскую цифру к номенклатуре листа 1: 1 000 000 и получаем номенклатуру листа карты масштаба 1:200 000 N-37-ХХIII. Составляя последовательно схемы деления листов с обозначением их координат можно определить номенклатуру листов карт более крупного масштаба.

+

49. Системы глобального спутникового позиционирования. GPS. Глонасс. Принципы работы.

Cпу́тниковая систе́ма навига́ции — система, предназначенная для определения местоположения (географических координат) наземных, водных и воздушных объектов. Спутниковые системы навигации также позволяют получить скорости и направления движения приёмника сигнала. Кроме того, могут использоваться для получения точного времени. Такие системы состоят из космического оборудования и наземного сегмента (систем управления). В настоящее время только две спутниковые системы обеспечивают полное покрытие и бесперебойную работу для всего земного шара — GPS и ГЛОНАСС.

Принцип работы

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

Современная американская система глобального определения месторасположения GPS (GlobalPositioningSystem) и точного времени на базе спутникового определения координат была создана в конце 70-х гг. Система NAVSTAR (другое название GPS) изначально имела военное назначение, но в 1983 г. США открыли доступ к спутниковой информации для использования ее в гражданских целях. В настоящее в ремя орбитальная группировка GPS насчитывает 29 работающих спутников. Покрытие спланировано так, что в любой момент времени при отсутствии физических помех с Земли можно получать сигналы от 5 до 12 спутников.Система является глобальной, всепогодной и обеспечивает возможность получения точных координат и времени 24 часа в сутки
Российская глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС использует те же базовые принципы, что и GPS с Galileo. Естественно, общедоступной она не была, а напротив, долгое время оставалась секретной. На сегодняшний день из необходимых 24 спутников система располагает лишь 10 работающими по назначению.

50. Применение ГИС-технологий в геологических исследованиях.

Программное обеспечение, используемое при геолого-разведочных работах, можно разделить на несколько групп: векторные ГИС, растровые ГИС, горно-геологические системы для моделирования месторождений полезных ископаемых, сервисные программы. Векторные геоинформационные системы широко используются при картосоставительских работах. Из наиболее часто встречающихся пакетов следует отметить ArcGIS, Mapinfo, ПАРК и др. Растровые ГИС традиционно используют для дешифрирования материалов аэрофото- и космосъемок при поисково-съемочных работах. Геологи здесь используют ErdasImagine, ENVI, ER Mapper и др. Горно-геологические системы предназначены для моделирования месторождений полезных ископаемых, подсчета запасов, планирования и оптимизации горных работ, моделирования рудничной вентиляции, проведения маркшейдерских расчетов. На Российских предприятиях наибольшее распространение получили Surpac, Micromine, Datamine, Gemcom, MineScape и др. Сервисные программы позволяют подготовить данные для геоинформационных и горно-геологических систем. Это векторизаторы, электронные таблицы, программы для скачивания данных с GPS и др. Применение конкретных программных средств обусловлено рядом факторов: удобством работы, выполняемыми функциями, требованиями МПР и его структур.
В настоящее время, при производстве геолого-разведочных работ ГИС используется для:

· топографической привязки; удобной среды для картосоставительских работ;

· обработки и наглядного представления результатов геохимических и геофизических исследований;

· среды для моделирования МПИ с подсчета запасов ПИ;

· среды для комплексной обработки разнородной геолого-геофизической информации;

· удобной среды для накопления и обобщения любой геологической информации.

По методам, способам и технологиям работы, а также по применяемому оборудованию и программному обеспечению можно выделить несколько направлений применения геоинформационных систем в геологии:

• при геологическом картировании;
• при геохимических и геофизических исследованиях;
• при моделировании МПИ для подсчета запасов и прогнозных ресурсов и управления горнодобывающим предприятием;
• при прогнозировании МПИ. При использовании геоинформационных и горно-геологических систем систем на предприятиях геологического профиля традиционно возникает ряд проблем.