Лекция 1. Введение Геоинформационные системы

Содержание

Слайд 2

Литература Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. –М.: ООО «Библион»,

Литература

Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. –М.: ООО «Библион», 1997.

160 с.
Де Мерс М., Географические информационные системы. М.: «Дата+», 2000.
Королёв Ю.К. Общая геоинформатика. –М.: СП «Дата+», 1998. -118 с.
Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. –М.: «Финансы и статистика», 1998. -286 с.
Кошкарев А.В., Тикунов В.С. Геоинформатика. Справочное пособие. М.: 1997. 213 с.
Кошкарёв А.В. Геоинформатика. Толкование основных терминов. –М.: ГИС-ассоциация, 1998.
Слайд 3

Web-ресурсы ГИС-ассоциация, http://gisa.ru Электронная библиотека ГАГУ, http://e-lib.gasu.ru Компания DATA+, http://dataplus.ru Geodesy.Org.Ru,

Web-ресурсы

ГИС-ассоциация, http://gisa.ru
Электронная библиотека ГАГУ, http://e-lib.gasu.ru
Компания DATA+, http://dataplus.ru
Geodesy.Org.Ru, http://www.geodesy.org.ru/
Тема ГИС на портале report.ru,

http://gis.report.ru/
GIS-Lab.info, http://www.gis-lab.info/
Open Geospatial Consortium (OGC), http://www.opengeospatial.org/
Слайд 4

Географические информационные технологии Системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, Gallileo) Системы спутников,

Географические информационные технологии

Системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, Gallileo)
Системы спутников, которые позволяют

определять координаты объектов с точностью до сантиметров
Системы геосъемки
Спутники или самолеты с фотоаппаратурой высокого разрешения
Геоинформационные системы
Программные системы с возможностями ввода, управления, анализа и отображения географических данных
Первые два пункта – системы для ввода данных в ГИС. ГИС обеспечивает управление данными с этих систем
Слайд 5

Четыре шага к ГИС Графический редактор (Corel Draw, Photoshop) Дополнительные данные

Четыре шага к ГИС

Графический редактор (Corel Draw, Photoshop)

Дополнительные данные из других

источников

Запросы по атрибутивной информации

Сложные запросы

Слайд 6

Точки зрения Хранителей карт. ГИС - система поиска и выдачи на

Точки зрения

Хранителей карт. ГИС - система поиска и выдачи на экран

монитора карт определенной территории, а также их легенд, объяснительных текстов, табличных данных, графиков, диаграмм и др.
Создателей карт. ГИС должна быть скорее исследовательской или проектной средой, нежели просто справочным инструментом
Слайд 7

Определение ГИС (географическая информационная система) Внутренне позиционированная автоматизированная пространственная информационная система,

Определение ГИС (географическая информационная система)

Внутренне позиционированная автоматизированная пространственная информационная система, создаваемая для

управления данными, их картографического отображения и анализа
Интегрированная компьютерная система, которая осуществляет сбор, хранение, манипулирование, анализ, моделирование и отображение пространственно соотнесенных данных
Слайд 8

Процесс создания ГИС

Процесс создания ГИС

Слайд 9

Упрощенная структурная схема В основе – сцена – то, что подлежит

Упрощенная структурная схема

В основе – сцена – то, что подлежит картированию
Сцена

описывается значениями признаков – свойств пространственных структур.
Способ картирования – измерение и оценка данных признаков
Классифицированные и определенным образом организованные значения признаков образуют легенду карты –жесткий каркас из ранее заданных свойств
Слайд 10

Состав ГИС ГИС – открытая система, включающая: набор данных о каких-либо

Состав ГИС

ГИС – открытая система, включающая:
набор данных о каких-либо пространственных объектах,


инструкции по получению этих данных,
инструменты для их обработки,
инструменты для преобразования их в изображение
хорошо организованные правила получения нужной информации из системы
Слайд 11

Зачем нужны ГИС?

Зачем нужны ГИС?

Слайд 12

Зачем изучать ГИС? 80% деятельности правительственных организаций имеет отношение к геоданным

Зачем изучать ГИС?

80% деятельности правительственных организаций имеет отношение к геоданным
управление земельными

ресурсами, уборка мусора, размещение пожарных и милиции, размещение объектов жизнеобеспечения
Активное использование в бизнесе
анализ потребителей, управление маршрутами
эксплуатация естественных ресурсов (нефть, газ, …)
управление объектами сельского хозяйства, строительство
В армии
управление военными операциями
интерпретация данных со спутников
В научных исследованиях
география, геология, ботаника, социология, экономика, эпидемиология, криминология
Слайд 13

Что особенного дают ГИС? Автоматизация деятельности, связанной с геоданными Интеграция данных

Что особенного дают ГИС?

Автоматизация деятельности, связанной с геоданными
Интеграция данных из независимых

источников
Взаимодействие сложных геоинформационных паттернов
Сложные геоинформационные запросы
Комплексное геоинформационное моделирование (моделирование природных катаклизмов, управление ресурсами)
Слайд 14

Базовые понятия ГИС-технологии – технологическая основа создания географических информационных систем, позволяющая

Базовые понятия

ГИС-технологии – технологическая основа создания географических информационных систем, позволяющая реализовать

их функциональные возможности
Геоинформационный анализ – анализ размещения, структуры, взаимосвязей объектов и явлений с использованием методов пространственного анализа
Цифровое покрытие – семейство однотипных пространственных объектов в пределах некоторой территории
Слайд 15

Пространственный объект - цифровое представление объекта реальности, содержащее его местоуказание и

Пространственный объект

- цифровое представление объекта реальности, содержащее его местоуказание и набор

свойств.
Точечные
Линейные
Полигональные
Поверхности
Слайд 16

Функциональные возможности ГИС Ввод данных в машинную среду при помощи импорта

Функциональные возможности ГИС

Ввод данных в машинную среду при помощи импорта из

существующих наборов цифровых данных или с помощью оцифровки источников
Преобразование данных, конвертация между форматами, изменение систем координат
Хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных
Картометрические операции
Средства персональных настроек пользователей
Слайд 17

Геоинформатика - наука, технология и производственная деятельность: по научному обоснованию, проектированию,

Геоинформатика

- наука, технология и производственная деятельность:
по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации

и использованию ГИС
по разработке ГИС-технологий
по прикладным аспектам или приложениям ГИС для практических или геонаучных целей
Слайд 18

Что интересует нас? Позиционирование и навигация Координаты. Навигационные системы Пространственная информация

Что интересует нас?

Позиционирование и навигация
Координаты. Навигационные системы
Пространственная информация в геоинформационных

системах
Картографические и геоинформационные структуры данных
Программирование ГИС
Нормативно-правовые аспекты ГИС
Слайд 19

История ГИС 1950-70 гг. «Новаторский период» Исследование принципиальных возможностей ГИС, пограничных

История ГИС

1950-70 гг. «Новаторский период»
Исследование принципиальных возможностей ГИС, пограничных областей знаний

и технологий, наработка эмпирического опыта, теоретические работы
1970-80 гг. «Период государственного влияния»
Развитие крупных ГИС-проектов под эгидой государства, формирование геоинформационных госструктур, снижение роли отдельных групп исследователей
Слайд 20

История ГИС 1980-… гг. «Период коммерческого развития» Широкий рынок разнообразных ГИС,

История ГИС

1980-… гг. «Период коммерческого развития»
Широкий рынок разнообразных ГИС, расширение области

их применения путем интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей
Конец 1980-… гг. «Пользовательский период»
Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей ГИС, появление пользовательских «клубов», связанных единой тематикой возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.
Слайд 21

Задачи ГИС Стратегическое планирование, прогнозирование и выявление потребностей в проектировании Анализ

Задачи ГИС

Стратегическое планирование, прогнозирование и выявление потребностей в проектировании
Анализ деятельности действующих

предприятий
Мониторинг состояния окружающей среды
Оперативное реагирование на аварийные ситуации
Информационное обеспечение профилактических и аварийных ремонтных работ.
Слайд 22

Области знаний ГИС-инженера Информатика (Computer Science) компьютерная графика визуализация базы данных

Области знаний ГИС-инженера

Информатика (Computer Science)
компьютерная графика
визуализация
базы данных
администрирование
защита баз данных

География и смежные науки:
картография
геодезия
фотография
геостатистика

Область

использования:
администрирование
геология
планирование
полезные ископаемые
управление лесами
маркетинг
строительство
криминология
Слайд 23

ГИС-специализации Накопление первичных данных Проектирование баз данных Проектирование ГИС Планирование, администрирование,

ГИС-специализации

Накопление первичных данных
Проектирование баз данных
Проектирование ГИС
Планирование, администрирование, управление ГИС-проектами
Разработка и поддержка

ГИС
Маркетинг и распространение ГИС-продукции
Образование и обучение ГИС-технологиям
Слайд 24

Архитектура ГИС сбор данных Запросы Геоинформационная база данных Представление и отчеты Преобразования и анализ

Архитектура ГИС

сбор данных

Запросы

Геоинформационная база данных

Представление и отчеты

Преобразования и анализ

Слайд 25

Базовые компоненты ГИС Аппаратная платформа Программное обеспечение Данные Аналитик (человек) Затраты

Базовые компоненты ГИС

Аппаратная платформа
Программное обеспечение
Данные
Аналитик (человек)
Затраты на оборудование – малая часть

от затрат на приобретение о обработку данных
Слайд 26

Модель данных ГИС

Модель данных ГИС

Слайд 27

Назначение модели данных Представить географические особенности реального мира в цифровом формате

Назначение модели данных

Представить географические особенности реального мира в цифровом формате в

виде базы данных таким образом, чтобы они были представлены в абстрактной форме в виде карты и позволяли манипулировать данными для решения некоторых проблем
Слайд 28

Слайд 29

Слои модели данных

Слои модели данных

Слайд 30

Реализация модели данных Данные организованы в виде слоёв. Каждый слой содержит

Реализация модели данных

Данные организованы в виде слоёв. Каждый слой содержит некоторый

класс объектов
Слои интегрируются при помощи единой системы координат на земной поверхности
Слайд 31

Модель данных ГИС (пример) Три слоя: дороги водные ресурсы топография Их

Модель данных ГИС (пример)

Три слоя:
дороги
водные ресурсы
топография
Их можно изучать совместно, поскольку они

заданы в единой системе координат
Слои содержат два типа данных:
географические
атрибутивные
Два типа слоёв:
векторный
растровый
4 свойства географических данных:
проекция, масштаб, разрешение и точность

дороги

долгота

широта

долгота

долгота

широта

широта

Слайд 32

Внутренняя база данных географическая информация – описывает месторасположение объектов и служит

Внутренняя база данных

географическая информация – описывает месторасположение объектов и служит для

отображения информации (хранится в shapefile, «Таблица данных векторного изображения»)
атрибутивная информация – данные, описывающие качественные и количественные параметры объектов («Таблица внутренних атрибутов», «Таблица внешних атрибутов»)
Слайд 33

Географические и атрибутивные данные?

Географические и атрибутивные данные?

Слайд 34

Представление данных в растровом и векторном форматах Растровая модель Растровое изображение

Представление данных в растровом и векторном форматах

Растровая модель
Растровое изображение (raster) –

изображение содержит сетку, у каждого элемента которой есть дополнительные атрибуты
Картинка (image) – простое изображение, состоящее из пикселей
Векторная модель (vector)
Любой географический объект в реальном мире может быть представлен в векторной форме одной из фигур: точки, линии, многоугольники
Слайд 35

Вектор и растр Реальный мир Векторное представление Растровое представление line polygon point

Вектор и растр

Реальный мир

Векторное представление

Растровое представление

line

polygon

point

Слайд 36

Проекция, масштаб, точность и разрешение Проекция (projection) – метод, с помощью

Проекция, масштаб, точность и разрешение

Проекция (projection) – метод, с помощью которого

двумерные координаты карты будут отображаться на трехмерную поверхность земли
Масштаб (scale) – параметр, который ставит в соответствие расстояние на карте расстоянию на земной поверхности
Слайд 37

Проекция, масштаб, точность и разрешение Точность (accuracy) – точность с которой

Проекция, масштаб, точность и разрешение

Точность (accuracy) – точность с которой информация

из базы данных отражает реальный мир
Позиционирование
Согласованность
Полнота
Разрешение (resolution) – размер наименьшего элемента, который может соответствовать растровым данным
Для растровых данных измеряется в пикселях
Слайд 38

Термины растрового слоя Площадная зона – набор соседствующих местоположений одинакового свойства

Термины растрового слоя

Площадная зона – набор соседствующих местоположений одинакового свойства
Значение –

единица информации, хранящаяся в слое для каждого пикселя объекта
Местоположение – наименьшая единица картографического пространства, для которого могут быть определены характеристики или свойства
Слайд 39

Обозначения на векторных картах

Обозначения на векторных картах

Слайд 40

ГИС и цифровая картография Карты со сложным содержимым (Corel Draw, InDesign,

ГИС и цифровая картография

Карты со сложным содержимым (Corel Draw, InDesign, Publisher)

– не ГИС
В ГИС – географическая привязка объектов и единое координатное пространство
В ГИС – аналитическая обработка (буферизация, объединение, вырезание, наложение)
В ГИС – возможность задавать вопросы (с помощью запросов)
Слайд 41

Отличие цифровой карты от ГИС-карты

Отличие цифровой карты от ГИС-карты

Слайд 42

Аппаратная платформа ГИС Простые ГИС Персональный компьютер, ОС Windows, Linux Профессиональные

Аппаратная платформа ГИС

Простые ГИС
Персональный компьютер, ОС Windows, Linux
Профессиональные ГИС
Рабочая станция на

RISC-процессорах, монитор>21’, многозадачная ОС Unix, Solaris, VMS
Зачем мощные машины?
Векторизаторы
Высокая детализация карт
Значительные объемы данных (>ТБ)
Слайд 43

Устройства ввода/вывода

Устройства ввода/вывода

Слайд 44

Устройства ввода/вывода

Устройства ввода/вывода

Слайд 45

Классификация ГИС (по функциональности) Профессиональные – руководство крупными отраслями и территориями

Классификация ГИС (по функциональности)

Профессиональные – руководство крупными отраслями и территориями (ESRI, Autodesk,

Simens)
Настольные – прикладные научные задачи, оперативного управления и планирования (MAP Info, ArcView, Atlas)
Вьюверы, электронные атласы – системы информационно-справочного использования. Нет возможности редактирования
Слайд 46

Классификация ГИС (по типам представления графической информации) ГИС на основе растровой

Классификация ГИС (по типам представления графической информации)

ГИС на основе растровой модели
цифровое представление

графических объектов – совокупность ячеек растра
ГИС на основе векторной модели
Объект как набор координатных чисел