21911

Ввод данных в ГИС. Базовые структуры данных в ГИС. Представление пространственных данных. Структура геоинформационных систем

Лекция

География, геология и геодезия

Базовые структуры данных в ГИС. Представление пространственных данных. Ввод данных в ГИС.

Русский

2013-08-04

73 KB

62 чел.

Лекция № 4

Тема: Ввод данных в ГИС. Базовые структуры данных в ГИС. Представление пространственных данных. Структура геоинформационных систем.

Ввод данных в ГИС.

Ввод данных - процедура кодирования данных в компьютерно-читаемую форму и их запись в базу данных GIS.

Ввод данных включает три главных шага:

  •  Сбор данных
  •  Их редактирование и очистка
  •  Геокодирование данных

Последние два этапа называются также предобработкой данных.

Информация о качестве данных

  •  Дата получения
  •  Точность позиционирования
  •  Точность классификации
  •  Полнота
  •  Метод, использованный для получения и кодирования данных

Классификация - автоматическое разбиение изображений по заданному признаку или совокупности признаков на однородные содержательно интерпретируемые области, т.е. выделение объектов или классов объектов по их яркостным и/или геометрическим свойствам и их последующая обработка или интерпретация различными методами.

Типы систем ввода данных

1. Ввод с помощью клавиатуры

  •  Главным образом, для атрибутивных данных
  •  Редко используется для пространственных данных
  •  Может быть совмещен с ручным цифрованием

2. Координатная геометрия

Координатная геометрия - математические и программные средства, используемые для автоматизации обработки данных геодезических съемок.

  •  Очень высокий уровень точности, полученной, за счет полевых геодезических измерений
  •  Очень дорогой
  •  Используемый для земельного кадастра

3. Цифрование.

Цифрование - преобразование аналоговых графических и картографических документов (оригиналов) в форму цифровых записей, соответствующих векторным представлениям пространственных объектов. По методу цифрование различают:

  •  Цифрование с помощью дигитайзера с ручным обводом
  •  Цифрование c использованием сканирующих устройств (сканеров) с последующей векторизацией растровых копий оригиналов;
  •  ручное цифрование манипулятором типа "мышь" по растровой картографической подложке (map background) или полуавтоматическое видеоэкранное цифрование, а также гибридные методы.

Сканирование

  •  Размер ячейки, который можно отсканировать (минимальный фрагмент карты составляет около 20 микрон (0.02 мм)
  •  Снимок нуждается в обработке и редактировании для улучшения качества

Ручное цифрование

  •  наиболее широко используется при ввода пространственных данных с карт;
  •  эффективность метода зависит от качества сканируемого материала, программного обеспечения цифрования и умения оператора;
  •  требует много времени и допускает наличие ошибок

4. Ввод существующих цифровых файлов

В данном случае под цифровыми файлами понимаем наборы данных различных ведомств и организаций

Приобретение и использование существующих цифровых наборов данных является наиболее эффективным способом заполнения ГИС

Проблемы цифрования карт

  •  Уровень ошибок в базе данных ГИС непосредственно связан с уровнем ошибок исходных карт
  •  Карты не всегда адекватно отображают информацию и не всегда точно передают данные о местоположении

Базовые структуры данных в ГИС.

Природа географических данных

Геоинформационные данные содержат четыре интегрированных компонента:

  •  Географическое положение (размещение) пространственных объектов представляется 2-х, 3-х или 4-хмерными координатами в географически соотнесенной системе координат (широта/долгота)
  •  Атрибуты - свойство, качественный или количественный признак, характеризующий пространственный объект (но не связанный с его местоуказанием)
  •  Пространственные отношения определяют внутренние взаимоотношения между пространственными объектами (например, направление объекта А в отношении объекта В, расстояние между объектами А и В, вложенность объекта А в объект В)
  •  Временные характеристики представляются в виде сроков получения данных, они определяют их жизненный цикл, изменение местоположения или свойств пространственных объектов во времени

Основополагающие элементы базы пространственных данных

  •  Элементы действительности, смоделированные в базе данных ГИС имеют два тождества: реальный объект и смоделированный объект (объект БД).
  •  Реальный объект - явление окружающего мира, представляющее интерес, которое не может быть более подразделено на явления того же самого типа
  •  Объект БД - элемент, в том виде, в каком он представлен в базе данных. Объект БД является "цифровым представлением целого или части реального объекта".
  •  Метод цифрового представления явления изменяется исходя из базового масштаба и ряда других факторов.

Модель базы пространственных данных

  •  Каждый тип реального объекта представляется определенными пространственными объектами базы данных
  •  Пространственные объекты могут быть сгруппированы в слои, также называемые оверлеями, покрытиями или темами
  •  Один слой может представлять одиночный тип объекта или группу концептуально связанных типов

Представление пространственных данных

Представление пространственных данных - способ цифрового описания пространственных объектов.

Наиболее универсальные и употребительные из них:

  •  векторное представление (точки, линии, полигоны)
    •  (векторно-топологическое представление
    •   векторно-нетопологическое или модель "спагетти")
  •  растровое представление (ячейки, сетки),
  •  регулярно-ячеистое представление
  •  квадродерево (квадротомическое представление).

К менее распространенным или применяемым для представления пространственных объектов определенного типа относятся также гиперграфовая модель, модель типа TIN и ее многомерные расширения.

Существуют способы и технологии перехода от одних П.п.д. к другим (к примеру, растрово-векторное преобразование, векторно-растровое преобразование).

Представление пространственных объектов в ГИС

Представление пространственных объектов реальной действительности

  •  Пространственные данные состоят из цифровых представлений реально существующих дискретных пространственных объектов.
  •  Свойства, показанные на карте, например, озера, здания, контуры, должны пониматься как дискретные объекты.
  •  Содержание карты может быть зафиксировано в базе данных, путем превращения свойств карты в пространственные объекты.
  •  Многие свойства, которые показаны на карте, на самом деле виртуальны. Например, контуры или границы реально не существуют, но здания и озера - реальные объекты.

Содержание базы пространственных данных включает:

  •  Цифровые версии реально существующих объектов (например, зданий)
  •  Цифровые версии искусственно выделенных свойств карты (например, контуры)
  •  Искусственные объекты, созданные специально для целей построения базы данных (например, пиксели).

Разновидность непрерывных свойств

  •  Некоторые свойства пространственных объектов существуют повсеместно и изменяются непрерывно над земной поверхностью (высота, температура, атмосферное давление) и не имеют реально представленных границ.

Непрерывная изменчивость может быть представлена в базе данных несколькими способами:

  •  посредством величин измерений в некоторых характерных пунктах (точках), например, метеостанции и посты
  •  посредством описаний трансектов (профилей – вертикальных разрезов участков земной поверхности)
  •  посредством разделения площади на контуры, зоны, принимая при этом, что некоторое значение свойства внутри контура (зоны) есть величина постоянная
  •  посредством построения изолиний, например горизонталей для отображения рельефа

Каждый из этих способов создает дискретные объекты, которые могут быть зафиксированы в виде точек, линий, площадей.

Компоненты пространственных данных

  •  Расположение: пространственные данные вообще часто называются данными о размещении
  •  Пространственные отношения: взаимосвязи между пространственными объектами описываются как пространственные отношения между ними (например, А содержит B; смежен с С, находится к северу от D)
  •  Атрибуты: Атрибуты фиксируют тематические описания, определяя различные характеристики объектов
  •  Время: временная изменчивость фиксируется разными способами:
    •  - интервалом времени, в течение которого существует объект
    •  - скоростью изменчивости объектов
    •  - временем получения значений свойств

Источники пространственных данных

Совокупности первичных данных (измерений и съемок) по выборкам:

  •  произвольная выборка, каждое место или время одинаково вероятно, чтобы быть выбранным
  •  систематическая выборка проводится согласно правилу, например через каждый 1 км
  •  упорядоченная выборка, когда известно, что генеральная совокупность содержит существенно различные подсовокупности

Совокупности вторичных данных, полученные из существующих карт, таблиц, или других баз данных.

Структура геоинформационных систем

Геоинформационные системы  включают в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.

Аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются:

- инструменты для ввода и оперирования географической информацией система управления базой данных (DBMS или СУБД);

- инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения);

- графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам и функциям.

Данные – это, вероятно, наиболее важный компонент. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем либо приобретаться у поставщиков. В процессе управления пространственными данными географическая информационная система объединяет (а лучше сказать – совмещает) географическую информацию с данными других типов. Например, с конкретным кусочком электронной карты могут быть связаны уже накопленные данные о населении, характере почв, близости опасных объектов и т. д. (в зависимости от задачи, которую придется решать при помощи ГИС). Причем в сложных, распределенных системах сбора и обработки информации часто с объектом на карте связывают не существующие данные, а их источник, что позволяет в реальном времени отслеживать состояние этих объектов. Такой подход применяется, например, для борьбы с чрезвычайными ситуациями вроде лесных пожаров или эпидемий.

Исполнителями именуют людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Может показаться странным, что люди, работающие с программным обеспечением, рассматриваются как составная часть ГИС, однако в этом есть свой смысл. Дело в том, что для эффективной работы географической информационной системы необходимо соблюдение методов, предусмотренных разработчиками, поэтому без подготовленных исполнителей даже самая удачная разработка может утратить всякий смысл.

Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

Методы. Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

Структура ГИС, как правило, включает четыре обязательные подсистемы:

1) Ввода данных, обеспечивающую ввод и/или обработку пространственных данных, полученных с карт, материалов дистанционного зондирования и т.д.;

2) Хранения и поиска, позволяющую оперативно получать данные для соответствующего анализа, актуализировать и корректировать их;

3) Обработки и анализа, которая дает возможность оценивать параметры, решать расчетно-аналитические задачи;

4) Представления (выдачи) данных в различном виде (карты, таблицы, изображения, блок-диаграммы, цифровые модели местности и т.д.)

Таким образом, создание карт в круге «обязанностей» ГИС занимает далеко не первое место, ведь чтобы получить твердую копию карты совершенно не нужна большая часть функций ГИС, или они применяются опосредованно. Тем не менее, как в мировой, так и в отечественной практике, ГИС широко используются именно для подготовки карт к изданию и, в меньшей степени, для аналитической обработки пространственных данных или управления.

Контрольные вопросы:

  1.  Какие пять ключевых составляющих включают в себя Геоинформационные системы?
  2.  Определение ввода данных и что она в себя включает?
  3.  Какие существуют типы систем ввода данных?
  4.  Типы базовых структур?
  5.  Как представляются пространственные объекты в ГИС?

PAGE  9


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13242. Дослідження біполярного транзистора 358.5 KB
  Лабораторна робота № 4 Тема: Дослідження біполярного транзистора Мета: 1. Дослідження залежності струму колектора від струму бази і напруги базаемітер. Аналіз залежності коефіцієнта підсилення по постійному струмі від струму колектора. 3. Дослідження р...
13243. Задання робочої точки в транзисторному каскаді 206 KB
  Лабораторна робота №5 Тема: Задання робочої точки в транзисторному каскаді Мета: 1. Розглянути різні способи задання робочої точки транзисторного каскаду з загальним емітером. 2. Побудова навантажувальної лінії транзисторного каскаду. Задання робочої то...
13244. Дослідження двокаскадного транзисторного підсилювача 710.5 KB
  Лабораторна робота №6 Тема: Дослідження двокаскадного транзисторного підсилювача Мета: Дослідження амплітудних і частотних характеристик двокаскадного підсилювача Прилади й елементи Осцилограф Біполярні транзистори 2N2712 Джерело постійної ЕРС Джерел...
13245. Характеристики операційного підсилювача 209 KB
  Лабораторна робота №7 Тема: Характеристики операційного підсилювача Мета: 1. Вимірювання вхідних струмів операційного підсилювача ОП. Оцінка величин середнього вхідного струму і різниці вхідних струмів ОП. Вимірювання напруги зміщення ОП Вимірювання ...
13246. Дослідження операційного підсилювача із зворотними звязками 1.41 MB
  Дослідження амплітудних і частотних властивостей операційного підсилювача. Вивчення впливу негативного зворотного звязку на характеристики операційного підсилювача Вимірювання напруги зміщення ОП.
13247. Неінвертуюче та інвертуюче ввімкнення операційного підсилювача 194 KB
  Лабораторна робота №9 Тема: Неінвертуюче та інвертуюче ввімкнення операційного підсилювача. Мета: 1. Вимірювання коефіцієнта підсилення схем неінвертуючого та інвертуючого ввімкнення операційного підсилювача. Визначення різниці фаз між вихідною і вхідною ...
13248. Сумування напруг у схемах на ОП 213 KB
  Лабораторна робота №10 Тема: Сумування напруг у схемах на ОП Мета: 1. Аналіз роботи схеми суматора на ОП. Дослідження сумування двох постійних вхідних напруг. Дослідження сумування постійної і змінної вхідної напруги. Дослідження сумування двох змінних
13249. Вивчення резонансу в електричному колі змінного струму 870.5 KB
  Лабораторна робота № 10 Тема: Вивчення резонансу в електричному колі змінного струму. Мета: виявити явище резонансу в електричному колі шляхом дослідження залежності сили струму в ньому від частоти змінної напруги; дослідити вплив активного опору на форму резонансн
13250. Визначення розмірів плати за забруднення ґрунтів 55 KB
  Лабораторна робота № Тема: Визначення розмірів плати за забруднення ґрунтів Теоретична частина Ґрунт це самостійне природне тіло яке утворилося з поверхневих шарів гірських порід під сукупним впливом тварин рослин мікроорганізмів клімату води рельєфу місц...