close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1571.Геоинформационные системы

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Кафедра общей и биоорганической химии
Геоинформационные системы
Методические указания
Рекомендовано
Научно-методическим советом университета
для студентов специальности Экология
и направления Экология и природопользование
Ярославль 2006
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 574
ББК Б 1я73
Г 35
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. План 2006 года
Рецензент
кафедра общей и биоорганической химии Ярославского государственного
университета им. П.Г. Демидова
Составители:
В.Ю. Орлов, С.В. Тихонов
Г 35
Геоинформационные системы: методические указания / Сост.
В.Ю. Орлов, С.В. Тихонов; Яросл. гос. ун-т. – Ярославль: ЯрГУ,
2006. – 36 с.
Методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины “Геоинформационные системы” (блок ОПД).
Предназначены для студентов 4-го курса специальности
013100 Экология и направления 511100 Экология и природопользование
Ил. 46
УДК 574
ББК Б 1я73
© Ярославский государственный университет, 2006
© В.Ю. Орлов, С.В. Тихонов, 2006
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
Геоинформационные системы (ГИС) получили сегодня в мире
самое широкое применение. Они активно используются для решения научных и практических задач, включая планирование и
управление на городском, региональном и федеральном уровнях,
комплексное многоаспектное изучение природно-экономического
потенциала в пределах крупных регионов, инвентаризацию природных ресурсов, проектирование транспортных магистралей и
нефтепроводов, экологический мониторинг, обеспечение безопасности человека, и т.д. Опыт использования позволяет констатировать широкий спектр и эффективность применения геоинформационных систем в профессиональной деятельности современного
специалиста.
Развитие общества, усложнение его инфраструктуры требуют
от нового поколения более тщательного и продуманного управления ресурсами, овладения новыми средствами и методами обработки информации. Это методы обработки и анализа пространственной информации, методы оперативного решения задач управления, оценки и контроля изменяющихся процессов, обеспечивающие высокую наглядность отображения разнородной информации,
мощность и удобство инструментария для анализа реальности,
предоставляемые геоинформационными системами.
Рост интереса к геоинформационным системам, обширность
сферы применения, включение их в ряд крупнейших государственных программ последних лет (например, «Земельный кадастр России») – дают ей право претендовать на место одной из наиболее
перспективных информационных технологий. Особое место ГИС
занимают в природоохранной деятельности, являясь основной системой поддержки принятия решений.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Представление
графической информации
Наглядность представляемой в ГИС информации связана с
широким применением компьютерной графики.
Модели представления графических данных бывают двух основных типов: векторные и растровые.
Растровые данные получаются, подобно фотографии, в виде
отдельных точек, которыми манипулируют компьютерные программы как по одной, так и группами.
Рис. 1. Пример формирования растрового изображения
Растр применяется в основном там, где пользователей не интересуют отдельные пространственные объекты, а интересует точка
пространства как таковая с ее характеристиками (высотная отметка
или глубина, влажность или тип почв, и т.п.). Недостаток растровых форматов состоит в сложности распознавания объектов. Можно выделить и оперировать с участком поверхности изображения
(рис. 2).
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Операции с растровым изображением
К растровым форматам относятся, например, PCX, TIFF, GIF,
JPG, RLC. Файлы растровых форматов получаются обыкновенно
при помощи автоматических цифрователей, фиксирующих элементы рисунка построчно при перемещении сканерного луча (сканеры,
сканирующие устройства).
Особенность растровых изображений – изменение качества рисунка при масштабировании (рис. 3).
Характеристикой растрового изображения является разрешение – количество пикселей (точек) на единицу поверхности. Чем
выше разрешение, тем более детализировано изображение и больше размер графического файла.
а
б
Рис. 3. Рисунок при текущем масштабе 100% (а) и 400% (б)
Векторные данные используются в ГИС для представления
информации, которая имеет объектную природу и нуждается в
анализе и манипулировании. Они хранятся в виде точек и линий,
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
связанных геометрически и математически. Это означает, что информация может толковаться как серия индивидуальных точек, а
может образовывать новые сложные структуры данных. Векторное
изображение состоит из отдельных объектов, которыми можно
оперировать по отдельности (рис. 4).
Рис. 4. Операции с объектами векторного изображения
К векторным относятся форматы DXF, DX90, PIC, DWG,
IGES, DGN, HPGL и многие другие. Распространенный формат
DXF появился из пакета AutoCAD и стал стандартом в связи с его
популярностью. В настоящее время он используется как обменный
для переброски данных между CAD приложениями. DXF хорошо
документирован.
Большинство ГИС требует, чтобы данные были представлены
в векторном формате, хотя в ряде систем допускается использование растровых изображений в качестве основы для создания электронной карты или иллюстраций.
Весьма распространенной процедурой является конвертация
изображений из векторного формата в растровый и наоборот. Векторные изображения могут быть сохранены в растровом формате
либо проведена растеризация изображения. Растровые изображения могут быть просто открыты в векторном графическом редакторе либо импортированы в него. Но все изображение будет восприниматься как один объект, и работа с отдельными фрагментами без
специальных операций невозможна. Как правило, проводится так
называемая векторизация. Эта операция является очень распространенной при создании ГИС проектов, так как исходный электронный картографический материал получают чаще всего в растровом формате. Для осуществления векторизации используют
либо блоки программного обеспечения ГИС, либо отдельные про6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
граммы. Так, в практикуме используется отдельная программа векторизации, размещенная на учебных компьютерах факультета биологии и экологии ЯрГУ, на локальном диске D (см. рис. 5). Запускающим файлом является Stremline.exe.
Рис. 5. Размещение
программы
векторизации
растровых
изображений на
учебных компьютерах
факультета биологии
и экологии ЯрГУ
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Графические файлы открываются традиционным путем
(рис. 6). В программе существует функция редактирования (панель
с инструментами в правой части рис. 6).
Рис. 6. Открытие растрового графического файла для
просмотра, редактирования и векторизации
Типы графических файлов, с которыми можно работать в программе, указаны на рис. 7. Вид программы с открытым растровым
изображением представлен на рис. 8.
Перед проведением операции векторизации необходимо выбрать ее параметры (рис. 9): способ представления распознанных
объектов (в виде площадных или линейных), толщина линий, и др.
(рис. 10). Процедура векторизации запускается командой
CONVERT (рис. 11). После ее завершения можно видеть на экране
исходное растровое изображение (RASTER IMAGE), полученное
векторное (CONVERTED ART) либо вместе (ART & RASTER) по
сделанному выбору (рис. 12). Полученное векторное изображение
можно сохранить в формате DXF (рис. 13).
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 7. Типы графических файлов, с которыми можно работать
в программе Stremline
Рис. 8. Растровое изображение (формат файла TIFF)
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Задание.
Получить растровое изображение участка карты формата TIFF
(разрешение 300 dpi), отредактировать его, создав 3 карты; содержащие изображение: а) дорог, б) водных объектов, в) населенных
пунктов. Осуществить их векторизацию, выбрав режим. Сохранить
полученные файлы с векторным изображением в формате DXF в
Вашей папке на диске Е.
Внимание! Программа Stremline не предназначена для просмотра изображений в формате DXF. Поэтому Вы не сможете открыть в ней полученные Вами векторные изображения.
Рис. 9. Открытие установок векторизации
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 10. Установки векторизации
Рис. 11. Запуск процесса векторизации
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 12. Векторное изображение. Выбор режима просмотра
Рис. 13. Сохранение векторного изображения
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Программное средство
ГИС MapInfo 3.0
Специализированная система MapInfo. Она относится к
классу “настольных” ГИС, является хорошей платформой для подготовки разнообразных картографических документов. MapInfo позволяет отображать различные данные, имеющие пространственную привязку. Отличительной особенностью этой ГИС является
универсальность. Система дает возможность создавать интегрированные ГИС проекты Intergraph и MapInfo для Windows, Windows
NT, UNIX, цифровые картографические системы, программные
средства формирования и анализа геоинформационных баз данных.
Возможности ГИС:
– методы анализа данных в реляционной базе данных;
– поиск географических объектов;
– методы тематической закраски карт;
– методы создания и редактирования легенд;
– поддержка широкого набора форматов данных;
– доступ к удаленным базам данных и распределенная обработка данных.
MapInfo позволяет получать информацию о местоположении
по адресу или имени, находить пересечение улиц, границ, производить автоматическое и интерактивное геокодирование, проставлять
на карту объекты из базы данных. Информация представляется в
виде таблиц, карт, диаграмм, текстовых документов. ГИС дает
возможность проводить специальный географический анализ и
графическое редактирование. Модули системы включают обработку данных геодезических измерений, векторизацию и архивацию
карт, схем, чертежей, преобразования картографических проекций,
совмещение пространственных данных.
Система MapInfo включает специализированный язык програмирования MapBasic, позволяющий менять и расширять пользовательский интерфейс системы. Эта ГИС дает возможность напрямую использовать данные электронных таблиц Excel, Lotus 1-2-3,
форматы dBase, и др.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Работа с MapInfo 3.0
Перед работой с системой MapInfo 3.0 можно ознакомиться с
мультимедийным учебником, прилагаемым к программе и позволяющим понять основы работы с данной ГИС (рис. 14 – 16). После
выбора темы учебник самостоятельно демонстрирует функционирование, и вмешательство пользователя необходимо только при запуске соответствующей подтемы или возврате к предыдущей.
Рис. 14. Открытие электронного учебника
по работе с MapInfo 3.0
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 15. Выбор темы учебника
Рис. 16. Запуск следующей подтемы (стрелка  ) или повтор
завершенной (стрелка ⇐ )
Запуск рабочей версии MapInfo 3.0 и открытие имеющихся
карт (в приведенном примере карты мира) представлен на рис. 17 –
22.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 17. Запуск программы MapInfo 3.0
Рис. 18. Открытие электронных карт
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 19. Обращение к базе вложенных
в систему электронных карт
Рис. 20. Форматы файлов, которые могут быть открыты
в рамках MapInfo 3.0
Следует обратить внимание, что могут быть открыты и простые растровые рисунки и карты (формат Raster Image на рис. 20).
Однако наложить друг на друга несколько рисунков не удается –
они не прозрачны и могут играть роль подложки.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 21. Обращение к папке с картами мира
Рис. 22. Открытие карты мира
Система MapInfo 3.0 дает возможность работы со слоями. Открытие окна контроля слоев показано на рис. 23. В показанном варианте с картой система работает в режиме просмотра рис. 24. При
активации редактирования (галочка в окне «карандаш», рис. 25),
появляется возможность изменять очертания объектов карты. Активация выведения информации по объектам (галочка в окне «бирка», рис. 25, 26) позволяет сформировать на карте географические
названия.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 23. Открытая карта мира. Обращение к набору слоев
(черная стрелка и подпись, правая нижняя часть рисунка)
Рис. 24. Открытое окно контроля слоев
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 25. Активация режима редактирования слоев и выведения
дополнительной информации по объектам
Рис. 26. Географическая информация, выведенная на карту
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 27. Активация редактирования карты (изменение
очертаний объектов, черная стрелка и подпись, правая средняя
часть рисунка)
Рис. 28. Выбор объекта для редактирования
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для редактирования очертаний объекта необходимо активиро(рис. 27). Затем навести на выбранный объвать пиктограмму
ект курсор и нажать левую клавишу «мыши» (рис. 28). Появляются
символы выделения объекта (Антарктида на рис. 28), и можно проводить изменение очертаний.
Вывод полной информации по выбранному объекту осуществляется активацией пиктограммы i (правая нижняя часть рис. 29).
Рис. 29. Вывод полной информации по выбранному объекту
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 30. Вывод окна с данными по всем географическим
объектам
Вывод полной информации по всем объектам карты, содержащимся в базе данных, показан на рис. 30, 31.
Рис. 31. Окно с данными по всем географическим объектам
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 32. Импорт графических файлов в MapInfo 3.0
Создание новых ГИС-ресурсов требует импорта исходных картографических материалов. В системе MapInfo 3.0 предусмотрен
импорт векторных графических файлов формата DXF (рис. 32 –
36). После операции импорта файл сохраняется (рис. 36) и может
быть открыт как типовой файл системы MapInfo (рис. 37).
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 33. Форматы файлов, импортируемые в MapInfo 3.0
Рис. 34. Импорт файла формата AutoCAD DXF
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 35. Процесс импорта файла формата AutoCAD DXF
Рис. 36. Сохранение файла формата MapInfo 3.0
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 37. Открытие файла,
импортированного в формат MapInfo 3.0
Рис. 38. Карта, импортированная в формат MapInfo 3.0
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 39. Создание тематической раскраски карты,
импортированной в формат MapInfo 3.0
На основе открытой карты производится ее оформление, в том
числе тематическая раскраска (рис. 39). Возможен вывод информации об объектах электронной карты (рис. 40).
Задание.
На основе 3-х созданных электронных карт в формате DXF
(см. раздел 1): а) изображения дорог, б) изображения водных объектов, в) изображения населенных пунктов, создать информационный ресурс ГИС, содержащий 3 слоя и имеющий тематическую
раскраску.
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 40. Вывод информации по объектам карты
4. Основы работы с системой GPS
Глобальная система определения координат (Global Positioning
System, GPS) – это система, позволяющая определять местоположение объекта, т.е. широту, долготу и высоту над уровнем моря, а
также направление и скорость движения. Кроме того, с помощью
GPS можно определять время с точностью до 1 наносекунды.
GPS разработана в США. Состоит из 24 искусственных спутников Земли и наземных станций слежения, объединенных в общую сеть. В качестве абонентского оборудования служат индивидуальные GPS-приемники, способные принимать сигналы со спутников и по принятой информации вычислять свое местоположение.
GPS-приемник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника, их взаимное
расположение и вычисляет свои координаты по законам геометрии.
При этом, для определения 2-х координат (широта и долгота) достаточно получить сигналы с трёх спутников, а для определения высоты над уровнем моря – с четырёх.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Система GPS позволяет определить местоположение в любой
точке на суше, на море и в околоземном пространстве. В зависимости от области применения, диапазон которой довольно широк, а
также от стоимости, исполнение GPS-приемников также весьма
разнообразно. В целом весь спектр моделей можно разделить на
четыре большие группы: персональные, автомобильные, морские и
авиационные.
Возможные области использования GPS
С помощью GPS можно создавать и обновлять картографические базы данных ГИС для различных дисциплин. В частности, эта
система нашла широкое применение в сфере изучения и использования природных ресурсов, исследования и организации охраны
разнотипных экосистем, развития и контроля городского, лесного,
сельского и рыбного хозяйства, мониторинга чрезвычайных ситуаций, а также в других областях человеческой деятельности, использующих геопространственные данные.
Для изучения устройства и основных приемов работы с GPSнавигаторами ниже рассматривается персональный навигатор
eTrex Legend фирмы Garmin. Возможности навигатора включают:
– хранение до 500 точек с именами и географическими символами,
– построение до 20 маршрутов по 50 точек каждый,
– автоматическую запись до 20 треков по 250 точек каждый,
– функцию «Поиск» для нахождения в памяти и на карте конкретных точек, населенных пунктов и других объектов,
– «путевой компьютер», отображающий разнообразную информацию о параметрах движения,
– внутреннюю память объемом 8 Мб для хранения картографической информации.
Рабочие функции навигатора осуществляются с помощью соответствующих кнопок (рис. 41).
С помощью кнопки Page осуществляется циклическое переключение между пятью экранными страницами.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Встроенная антенна
Кнопки масштабирования
(Zoom in/out)
Кнопка Page для
циклического
переключения
страниц дисплея
Кнопка поиска
(Find)
Click Stick – джойстик, или пятипозиционный переключатель
Кнопка Power для
включения / выключения прибора и подсветки
дисплея
Жидкокристаллический дисплей
Рис. 41. Основные элементы и кнопки управления
навигатора eTrex Legend
Страница дисплея «Satellite» («Спутники»)
После включения навигатора на дисплее появляется страница
«Спутники» (рис. 42).
Когда навигатор получит информацию от достаточного количества спутников, в верхней части экрана появится надпись «Ready
to Navigate» (готов к навигации).
Страница дисплея «Map» («Карта»)
На странице «Карта» указывается текущее положение, изображаемое символом треугольника в центре экранной карты, причем вершина треугольника указывает направление движения
(рис 43). По мере движения треугольник будут перемещаться по карте, причем за ним будет оставаться тонкая линия «следа» (протокол
пути).
Масштаб экранной карты может быть изменен в широких пределах. На боковой стенке корпуса навигатора имеются кнопки ZOOM
IN и ZOOM OUT, нажатия которых будут уменьшать или увеличи31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вать изображение карты на экране. Окно состояния в верхней части
экранной Страницы показывает состояние связи со спутниками GPS
и точность определения координат.
Рис. 42. Страница дисплея «Спутники»
Страница дисплея «Navigation» (Навигация)
Страница «Навигации» содержит указатели направления на выбранную заранее цель движения. Окно состояния в верхней части
страницы показывает имя цели (точки), расстояние и время в пути до
нее (рис. 44). Указатель направления и картушка компаса помогают ориентироваться в пространстве. Внизу экранной страницы
видны два информационных окна, в которых может быть выведена
самая разнообразная информация.
Для следования по курсу достаточно двигаться по стрелке
«Указателя направления», который всегда указывает прямо на цель
движения, без всякого учета реального состояния местности.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 43. Страница дисплея «Карта»
Страница дисплея «Trip Computer» («Путевой компьютер»)
Экранная страница «Путевой Компьютер» может содержать
до 8 информационных окон. В каждом окне можно указать тип отображаемой навигационной информации (рис. 45).
Выбирая наборы данных и организуя их в желаемом порядке на
экранной странице, можно настроить экранный «Путевой Компьютер» по своему желанию для нужд конкретного проходимого маршрута.
Страница дисплея «Main Menu» («Главное меню»)
Страница «Главное меню» – это графическое представление
различных страниц, входящих в набор главного меню навигатора
(рис. 46).
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 44. Страница дисплея «Навигация»
Рис. 45. Страница дисплея «Путевой компьютер»
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 46. Страница дисплея «Главное меню»
с символами страниц, а также символами
источник тока, датой и текущим
временем, индикатором подсветки
При помощи этого меню можно создавать новые точки на карте, находить нужные объекты, создавать маршруты, сохранять записи путей (треков), рассчитывать площадь объектов, настраивать
всю систему навигатора, управлять подключением и обменом данными с внешними устройствами.
Задание.
Определить свое положение на местности и рассчитать площадь объекта.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учебное издание
Геоинформационные системы
Составители: Орлов Владимир Юрьевич
Тихонов Сергей Владимирович
Редактор, корректор А.А. Антонова
Компьютерная верстка И.Н. Ивановой
Подписано в печать 28.04.2006 г. Формат 60х84/16.
Бумага тип. Усл. печ. л. 2,09. Уч.-изд. л. 1,6.
Тираж 100 экз. Заказ
Оригинал-макет подготовлен
в редакционно-издательском отделе ЯрГУ.
Отпечатано на ризографе.
Ярославский государственный университет.
150000 Ярославль, ул. Советская, 14.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Геоинформационные системы
38
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
12
Размер файла
4 407 Кб
Теги
система, 1571, геоинформационные
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа