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

75 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

27425. Обучение искусству в эпоху Средневековья. Зависимость образовательность моделей с существующими в данной формации духовным (религиозным) идеалом и назначением человека.Школа-монастырь.Методы обучения рисованию в Древней Руси 34 KB
  Методы обучения рисованию в Древней Руси. Основа обучения в этот период механическое копирование. Итак в эпоху средневековья: основной метод обучения копирование по образцам способствовавшее развитию ремесленного труда; процесс обучения самостоятельная работа в составе артели мастеров. службы школыобщежития для подготовки мальчиков к монашеству школы обучения грамоте и церков.
27426. Методы обучения искусству в эпоху Просвещения. Влияние западной школы академического рисования на становление и развитие российской художественной школы 32.5 KB
  Методы обучения искусству в эпоху Просвещения. Хронологическими рамками Просвещения принято считать 16881789 гг. Русское Просвещение унаследовало проблематику Европейского Просвещения но осмысливало и развивало ее вполне самобытно в контексте с исторической ситуацией сложившейся в российском обществе того времени. Идеи Просвещения вначале были восприняты знаменитым царемреформатором Петром Великим и его сподвижниками.
27427. Становление и развитие методики обучения рисованию в российских школах XIX в.Школа А.Венецианова; училище технического рисования графа С.Строганова 40.5 KB
  Венецианова; училище технического рисования графа С.Строганова; курс рисования А.Чистякова; школа Ашбе: геометральный и натуральный методы рисования. он на свои деньги основал бесплатную Строгановскую школу рисования в которой училось искусствам и ремеслам 360 человек в том числе и бедные дети горожан и крепостные.
27428. Понятие образования и образовательных моделей. Историческая реконструкция образовательных моделей как форм организации содержания образования и технологии воспроизводства культуры 15.02 KB
  Историческая реконструкция образовательных моделей как форм организации содержания образования и технологии воспроизводства культуры Образование это процесс и результат приобщения человека к знаниям о мире ценностям опыту накопленному предшествующими поколениями.Модели образования История зафиксировала различные модели образования каждая из которых имеет свои положительные тенденции и сыграла определенную роль. Модель образования как государственноведомственной организации.
27429. Методика обучения как педагогическая наука. Предмет методики. Современное понимание содержания и структуры образования. Специфика художественного образования и обучения искусству 30 KB
  Современное понимание содержания и структуры образования. Специфика художественного образования и обучения искусству. Содержание образования это социальный опыт деятельности. В содержание образования входит 4 компонента: знания; умения навыки; опыт эмоциональноценностных отношений; опыт творческой деятельности.
27430. Методы обучения искусству в эпоху Возрождения. Школа-мастерская.Ченнино Ченнини, Альберта, Леонардо да Винчи, А.Дюрер.Методы обрубовки.Метод завесы 38 KB
  Методы обучения искусству в эпоху Возрождения. Постановка обучения в эпоху Возрождения представляла собой следующие этапы. После 6 8 лет обучения ученик мог остаться в мастерской в качестве помощника но мог и перейти к другому мастеру. Основа обучения рисунок.
27431. Особенности развития художественного образования в России и за рубежом конца 19-начала 20 в. История становления современной системы художественного образования в общеобразовательной школе. Истоки многообразия концепций и подходов 39 KB
  Особенности развития художественного образования в России и за рубежом конца 19начала 20 в. История становления современной системы художественного образования в общеобразовательной школе. определяется приоритетным значением в среде художественнопедагогической общественности как в нашей стране так и за рубежом идея всеобщего эстетического и художественного воспитания. Ведущим в данный период развития художественного образования становится лозунг от ребёнка к методу.
27432. Основные дидактические принципы, методы, средства и ресурсы обучения искусству, их взаимосвязь и взаимозависимость в педагогической практике 36 KB
  Основные дидактические принципы методы средства и ресурсы обучения искусству их взаимосвязь и взаимозависимость в педагогической практике. Основные дидактические положения методики преподния изоискусства. С методологической и методической точки зрения неверна теория утверждающая что раз все люди поразному видят и поразному воспринимают мир то и натуру они могут передавать поразному как видят. Принципы и методы обучения изоискусству концепции Приобщение к мировой художественной культуре как части духовной культуры Б.
27433. Особенности проблемного обучения изобразительному искусству в школе. Понятие проблемы и проблемной ситуации в обучении искусству. Специфика организации, проектирования/ моделирования проблемной ситуации на уроках ИЗО 33.5 KB
  В программе она формулируется как задача формирования художественнотворческой активности школьника. Познавательная усвоение способов постижения и организации художественного образа. Основные типы проблем: познание способов методов художественного творчества усвоение способов создания художественного образа специфики языка искусства усвоение приемов изобразительной деятельности. Первый тип проблем объединяет проблемы художественного образного обобщения фактов явлений объектов предметов действительности через художественный замысел.