Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии

Подождите немного. Документ загружается.

286 с весьма небольшими ресурсами, a ER Mapper требует в

среднем 1 Гбайт дисковой памяти и 32 Мбайт RAM (это не

покажется странным, если учесть, что объем одного файла

составляет от 400 Мбайт и более)

Таким образом, по стоимости и назначению инструментальные

системы представляют собой широкий набор средств - от

комплексных до настольных (Desktop CIS).

Большинство инструментальных систем ориентированы на

использование платформ PC. Среди них можно отметить: Maplnfo,

Arclnfo, МОЕ (Intergraph), ArcView, ArcCAD (ESRI), WinGIS

(Progis), AtlasGIS, Spans GIS (TYDAC Techn., Inc.), ERDAS Imagine

(ERDAS, Inc.). Дадим краткий анализ некоторых систем.

7.2. Специализированная система ER

Mapper

В ноябре 1996 г. в Москве прошла 3-я Международная

конференция "Методы дистанционного зондирования и ГИС-

технологии для контроля и диагностики состояния окружающей

среды". На конференции отмечена тенденция сближения

технологий обработки данных дистанционного зондирования

(ДДЗ) и ГИС-технологий.

Программное обеспечение (ПО) систем ГИС и ДДЗ долгое

время развивалось почти независимо друг от друга. В конце 80-х

гг. стали появляться первые коммерческие пакеты программ для

обработки данных зондирования. И в это же время начинается

активное установление связей с ГИС-пакетами.

Однако только в середине 90-х гг. произошел качественный

скачок -появились многофункциональные пакеты, снабженные

совершенным пользовательским интерфейсом. Это дало

возможность массовому пользователю-прикладнику напрямую

использовать мощные технологические возможности систем

обработки ДДЗ и способствовало сближению технологий ГИС и

ДДЗ, причем сближение это обусловлено потребностями

технологий этих систем.

Первые ГИС в качестве основного источника данных были

ориентированы на карту, ДДЗ - на использование снимков. В

настоящее время ввиду более активного применения снимков в

ГИС создаются предпосылки объединения этих технологий. На

рынке ПО ДДЗ можно выделить три пакета такого рода, которые, с

одной стороны, специально предназначены для обработки ДДЗ, с

другой - выступают как некие специализированные ГИС-пакеты.

Это ERDAS Imagine фирмы ERDAS, ER Mapper фирмы ER Mapping,

EASI/PACE фирмы PCI.

Одна из развитых систем обработки изображений в среде ГИС

ER Mapper ориентирована прежде всего на обработку больших

объемов фотограмметрической информации (файл до 900 Мбайт)

и решение задач ГИС на этой основе (тематическое

картографирование). Она имеет полный графический интерфейс

пользователя.

В пакете ER Mapper впервые используется набор алгоритмов,

позволяющих обрабатывать растровые изображения совместно с

векторными данными ГИС и табличными данными из

реляционных баз данных.

Применение динамических связей с ГИС и СУБД дает

возможность оперативно использовать все данные об объекте

независимо от формы представления и форматов данных. ER

Mapper снабжен аппаратом составления и редактирования

аннотаций к растровым, векторным и точечным объектам.

Пакет включает встроенный динамический компилятор,

который позволяет обрабатывать большие объемы информации на

рабочих станциях, поддерживающих систему Х-Windows, PC под

управлением Windows NT, Windows 95. Картографические

средства, включенные в пакет, обеспечивают вывод изображений

на большой набор полиграфических устройств.

Пакет ER Mapper рассчитан на применение во всех отраслях

науки и промышленности, требующих обработки больших

объемов геофизической и географической информации: контроль

природных ресурсов, лесное хозяйство, информационное

обеспечение управления, разведка минеральных ресурсов,

разведка и добыча нефти и газа.

Каждая из прикладных отраслей имеет свои особенности, которые

должны быть учтены для получения полного и эффективного

решения. ER Mapper содержит библиотеку алгоритмов,

необходимых для обработки различных данных - от спутниковых

съемок до сейсмических измерений. Имеется возможность

модификации алгоритмов и добавления в библиотеку новых.

В пакете ER Mapper вводится новый прием обработки

изображений - алгоритмы. Алгоритм - это хранимая в текстовом

виде последовательность операций, содержащая полное описание

действий, необходимых для решения той или иной задачи. В

состав алгоритма могут входить следующие операции:

• ввод исходных растровых данных в цифровой форме,

включая описа

ние этапов предварительной обработки для каждого частотного

диапазона;

•формулы (групповые операции), по которым следует

проводить ком

бинирование данных частотных диапазонов многозональных

снимков;

• совместное отображение заданного порядка различных

наборов

данных;

• динамический доступ к внешним данным;

• метод классификации элементов изображения по "частотному

пор

трету";

• вычисление статистических характеристик, кодирование

цветом

результатов классификации.

Программное обеспечение системы позволяет осуществлять

проекционные преобразования в более чем шестьсот проекций.

Кроме того, существует возможность трансформирования снимков

с переводом фотограмметрических данных в любую

картографическую проекцию.

В пакете ER Mapper предлагается новое понятие в технике

обработки изображений - виртуальные наборы данных (virtual

dataset).

Виртуальные наборы данных - это результат применения

алгоритма к некоторому набору данных. Формально любой

алгоритм, порождающий некий набор данных, может

рассматриваться (и участвовать в других алгоритмах) как

логический виртуальный набор данных.

Достоинствами такой организации данных являются:

• уменьшение затрат дисковой памяти. Например, обработка

одного

набора данных Landset может порождать от 15 до 20 виртуальных

набо

ров данных (главные компоненты, индексы вегетации, булевы

данные о

наличии водного или облачного покрова и т. д.). Эти данные могут

вы

числяться по мере необходимости;

• упрощенное представление данных. Виртуальные наборы

могут

быть использованы для построения простых "проекций" (моделей)

бо

лее сложных наборов или моделей данных;

• порождение новых типов данных. Например, из набора

данных

спутниковой съемки Landset TM (7 полос с разрешением 30 м) и

SPOT

Panchromatic (одна полоса с разрешением 10 м) возможно

построение

набора с разрешением 10 м и 7-ю полосами спектра.

Метод доступа к внешним данным, применяемый в системе ER

Mapper, называется динамической связью. Если в алгоритме

предусмотрено использование внешних данных, динамическая связь

обеспечит доступ непосредственно к требуемой внешней системе.

Это дает ряд преимуществ:

• высокая точность;

• поддержка различных типов данных - имеется возможность

объе

динения различных типов данных (векторных, табличных и

точечных),

например, динамическая связь с базой данных на основе SQL

позволяет

представлять табличные данные в графической форме;

180

• поддержка требований заказчика - пользователь может добав

лять свои программы динамических связей к интересующим его

сис

темам;

• наличие интерфейса PostScript.

Для реализации отмеченных преимуществ в комплект системы

включен набор программ для динамической связи с разными

информационными системами и форматами: аннотационные

векторные файлы ER Mapper, оболочки Arclnfo, карты GenaMap,

таблицы SQL Oracle, внешние векторные форматы, средства

оформления карт (легенды, сетки, графические знаки, объекты,

описанные пользователем, масштабные и цветовые шкалы),

заголовки и аннотации (дата и время, сноски, коммерческие знаки

(логотипы)), примеры программ динамических связей.

Пакет позволяет оперативно создавать и редактировать

векторные файлы аннотаций. Поддерживается создание новых

файлов и редактирование существующих. Аннотации могут быть

"привязаны" к любым данным. Во время работы с аннотациями

возможно выполнение других операций. В процессе составления

аннотаций пользователь может выполнять векторизацию

растровых файлов, в частности построение векторного полигона

вокруг произвольного участка растрового изображения. Все

операции по составлению аннотации выполняются из соответ-

ствующей панели интерфейса.

Пакет ER Mapper снабжен развитым аппаратом для

подготовки карт высокого полиграфического качества.

Построение карт может быть включено в любой алгоритм.

Благодаря использованию процессора PostSript достигается

высокое качество печати для многих видов поддерживаемого

полиграфического оборудования.

Подготовка картографических объектов выполняется в 24-

битном цвете, после чего проводится цветокорректировка,

соответствующая RGB- (Red, Green, Blue) или HSl-

представлениям. Все действия по подготовке карт выполняются

под управлением меню, что существенно облегчает этот процесс.

Предусмотрена возможность использования объектов из

библиотек с необходимыми дополнениями.

Достоинством системы является наличие в ней средств

визуализации трехмерного изображения. Пакет ER Mapper

содержит полный набор трехмерной визуализации, включая

отображение в перспективе, получение стереопар, перемещение

точки обзора рельефа в реальном времени "полет" и трехмерное

отображение на дисплее. Последние две функции используют

графическую библиотеку OpenGL и пока могут быть реализованы

только на UNIX.

181

7.3. Система ГеоДраф,

ГеоГраф (GeoDraw,

GeoGraph)

Система ГеоДраф, ГоеГраф (GeoDraw, GeoGraph) - ведущая

отечественная разработка ГИС. В совокупности с системой

Геоконструктор эти средства образуют некую законченную

модульную систему. Различие между ними функциональное.

ГеоДраф - векторный топологический редактор, ГеоГраф - средство

композиционного построения уже существующих цифровых карт,

Геоконструктор - средство создания приложений пользователя по

его собственным алгоритмам и программам с использованием

Borland C++, Visual Basic, Delphi и т.п., позволяющее эффективно

организовывать композиции формирования карты, фильтрации

пространственных объектов, привязки к базам данных, поддержки

географических проекций и т.д.

Векторный редактор ГеоДраф предназначен для создания

картографических баз данных для технологий ГИС и относится к

классу Desktop • CIS. Он поддерживает построение

картографической структуры, содержащей многослойное

отображение данных, позволяет осуществлять идентификацию

объектов и их привязку к базам атрибутивных данных, вести работу

с 40 картографическими проекциями и выполнять преобразование

(конвертацию) форматов данных в широком диапазоне. /

ГеоГраф позволяет создавать электронные тематические атласы

на основе оверлейного представления цифровых карт и связанных с

ними атрибутивных цифровых данных.

Использование ГИС ГеоДраф, ГеоГраф для Windows дает

возможность создавать базы данных, содержащие координатные

атрибутивные данные, отвечающие международным стандартам.

Цифровые модели, создаваемые в системе, имеют топологическую

нагрузку.

Допускается ввод картографической информации методами

дигита-лизации. Система ГеоДраф осуществляет векторизацию

растровых изображений и производит широкий спектр

преобразований карт для интеграции пространственных данных из

разных источников: преобразования плоскости и всех

отечественных картографических проекций, идентификацию

объектов и их связь с таблицами атрибутивных данных популярных

форматов DXF, dBase, Paradox и др.

В системе имеется возможность проведения анализа данных. С

ее помощью можно осуществлять тематическое картографирование,

про- " странственные измерения, реализацию разнообразных

запросов к кар-

182

там и связанным с ними таблицам, логические запросы и быстрый

оверлей слоев, вывод полученных композиций карт, растровых

изображений, графиков, текстов на другие устройства,

взаимодействие с приложениями.

Система ГеоДраф осуществляет обмен данными с другими

известными системами, такими, как Arclnfo, Maplnfo, AutoCAD и

др., которые могут использоваться в едином технологическом

комплексе с программными средствами ГеоДраф, решая

взаимодополняющие классы задач.

Программные средства и технологии системы обеспечивают

создание и поддержку базы данных цифровых планов, которая

является основой для создания ГИС города.

Программные средства достаточно просты в использовании,

могут применяться как автономно, так и в сочетании с другими

популярными программными средствами, указанными выше, и при

этом значительно дешевле любых программных средств с

сопоставимыми возможностями.

При наличии единой цифровой пространственной базы для

города различные городские службы (земельные, по управлению

имуществом, милиция, тепло-, газо- и энергоснабжение, БТИ,

жилищные, дорожные и др.) имеют возможность связывать с

пространственными объектами (зданиями, улицами,

коммуникациями, земельными участками, участками зеленых

насаждений и др.) свою специфическую информацию в виде таблиц

и дополнительных пространственных объектов.

При этом обеспечивается полное (топологическое)

согласование объектов из различных слоев, автоматически

формируются корректная система пространственных отношений

между объектами, необходимая координатная привязка, в том

числе и для системы GPS.

Геоинформационная система конечного пользователя ГеоГраф

дает возможность просматривать, редактировать, анализировать

данные, проводить пространственные измерения, находить

объекты, отвечающие наборам задаваемых пользователем условий,

и реализовывать другие функции. Приложения, созданные на базе

этой системы, широко используются внутри страны и за рубежом.

Наконец, система ГеоДраф, ГеоГраф позволяет путем интеграции

разноотрасле-вой информации на едином пространственном базисе

решать сложные комплексные задачи в области управления

территорией города с учетом комплекса интересов (социальных,

экологических, финансовых и др.). Система постоянно развивается

и в нее включаются новые возможности.

183

7.4. Инструментальная

система ArGIS

В Московском государственном университете геодезии и

картографии разработано ядро инструментальной ГИС,

занимающей промежуточное состояние между

полнофункциональной и настольной ГИС -ArGIS.

Требуя небольшого объема вычислительных ресурсов,

ArGIS решает задачи, посильные таким мощным пакетам, как

ER Mapper. Система ArGIS ориентирована на построение

цифровых моделей с использованием аэрокосмических

снимков. Она позволяет не только строить цифровую модель

рельефа ( по регулярной сетке), но и получать ее трехмерное

перспективное представление. По цифровой модели рельефа

с помощью специального программного модуля получают

разрезы.

ArGIS в отличие от ГеоДраф, ГеоГраф совмещает в одной

среде графический редактор и систему построения

картографических композиций. Более удобным по сравнению

с ГеоДраф является редактирование графических элементов

карты.

ArGIS имеет встроенные библиотеки условных знаков,

которые могут пополняться или видоизменяться

пользователем. Система имеет русскоязычное меню,

справочник команд, что делает ее простой и доступной для

обучения и освоения отечественным пользователем. В

системе дополнительно к обычным встроена библиотека

трехмерных условных знаков.

7.5. Система ArcCAD

Система ArcCAD, разработанная Институтом

исследования систем окружающей среды (ESRI), является

продуктом слияния технологий САПР (AutoCAD) и

геоинформационных систем (Arclnfo). При этом следует

отметить, что ArcCAD - не преобразователь данных из

AutoCAD в Arclnfo, а полноценная GIS, создающая

пространственные данные непосредственно в формате

Arclnfo. Это означает, что технологически и на уровне

данных ArcCAD полностью интегрирована с Arclnfo. Подоб-

ная интеграция означает следующее:

• ArcCAD использует данные, созданные как в программе

Arclnfo,

так и в системе AutoCAD;

• созданные в ArcCAD данные могут быть использованы

для даль

нейшей обработки в Arclnfo и в AutoCAD;

184

• программное средство ArcView для PC, компьютеров

Macintosh

или рабочих станций может быть использовано для

просмотра, вывода

на экран и анализа данных ArcCAD;

• ArcCAD может быть также использована для доступа к

dBASE-

файлам, файлам форматов DXF, ASCII и IGES;

• с помощью ArcCAD пользователь может распоряжаться

всеми об

служивающими средствами GIS пакета Arclnfo;

• ArcCAD включает все стандартные средства ГИС-

технологий созда

ния, корректировки и управления данными с топологической

структу

рой. Система предоставляет набор геоинформационных

команд выбора

и запроса. Выбор объектов может основываться на любой

комбинации

пространственных, графических и атрибутивных критериев,

определен

ных в виде серий логических выражений.

При работе с AutoCAD имеется возможность

использования языка искусственного интеллекта AutoLISP.

Этот язык, отличаясь логичностью и простотой, легко

осваивается специалистами, пишущими практически на

любом алгоритмическом языке. Специальные средства

обработки пространственных данных расширяют

возможности AutoLISP. Все функции ArcCAD могут быть

также реализованы через библиотеки AutoCAD.

Пользовательский интерфейс анализа и управления

объектами системы ArcCAD позволяет осуществлять оверлей

полигонов, вписывание линий и точек в полигоны, создание

буферных зон, удаление границ смежных полигонов и другие

операции.

В системе ArcCAD производится автоматическое

создание легенд с описанием условных обозначений. При

этом используются хранящиеся в базе данных атрибуты и

несколько параметров, вводимых пользователем в

интерактивном режиме.

ArcCAD связывает карты и базу данных, создавая систему

управления базами данных с графическим интерфейсом.

Информация из геоинформационной базы данных может

быть запрошена либо через указание объекта

непосредственно на карте, либо путем ввода запроса к самой

базе данных.

Система определяет пространственные взаимосвязи

каждого объекта цифровой карты, что означает точное

примыкание одной области к другой. Эти позиционные или

пространственные зависимости позволяют создавать новые и

обновлять существующие записи базы данных путем

добавления или отсечения картографических характеристик.

Такая технология ГИС называется про стран cm вен ны м

анализом и используется для множества инженерных и

бизнес-приложений.

185

ArcCAD формирует базу данных отдельно от чертежей и

рисунков CAD, так как чертежи, созданные в CAD, просто не

содержат информацию того уровня, который необходим для

получения всеобъемлющей информации в области ГИС. Поэтому

ArcCAD и стоит особняком как полноценная геоинформационная

система.

ArcCAD использует программу CAD для создания и

редактирования собственных карт. Если пользователь имеет

AutoCAD, то ArcCAD конвертирует существующие чертежи и

рисунки в формат ГИС.

С помощью приложений MS Windows можно организовать

связь! между электронными таблицами, программами деловой

графики и геоинформационной базой данных. Используя Arc View

для Windows, можно организовать запрос и просмотр

геоинформационных данных, созданных с помощью ArcCAD.

Как ГИС, ориентированная на принятие управленческих

решений и реализацию прикладных задач, ArcCAD содержит в

своем составе ряд специальных пакетов для этой цели:

• Проектирование транспортных перевозок. В ArcCAD возможен

анализ транспортных "коридоров" при проектировании перевозок.

Объе

динение CAD и GIS обеспечивает идеальную платформу для

проекти

рования дренажных работ и анализа бассейновых структур.

• Управление оборудованием. ArcCAD можно использовать для

уп

равления внутри и вне предприятий в таких сферах, как

инвентаризация

и управление имуществом и собственностью, выбор нового

месторас

положения и инвентаризационный контроль.

• Проектирование гражданского строительства. В процессе

постро

ения топологически корректной геоинформационной базы данных

ArcCAD позволяет проектировщику использовать традиционную

коор

динатную геометрию AutoCAD, топографию, программные средства

проектирования дорог и деления на административные округа.

7.6. Программный продукт ArcView

Arc View (фирма ESRI) появился в 1993 г. как дополнение к

системе Arclnfo для уровня массового пользователя. ArcView

удобен для создания, анализа и вывода картографических данных.

Первая и вторая версии программного продукта ArcView -

простые и эффективные средства для визуализации и анализа

любых данных об объектах и явлениях, произвольным образом

распределенных по территории (геоданных).

186

Сферы применения этих версий разнообразны: бизнес и наука,

образование и управление, социологические, демографические и

политические исследования, промышленность и экология,

транспортная и нефтегазовая индустрия, землепользование и

кадастры, службы коммунального хозяйства и др.

Во вторую версию этого пакета добавлено большое число

функций, необходимых для полноценной работы современных

коммерческих компаний, использующих компьютеры в своей

работе. ArcView 2 имеет одинаковые функциональные

возможности при работе на всех платформах.

Пакет ArcView 2 предоставляет пользователям современные

средства визуализации, просмотра, запрашивания и анализа

географически привязанных к местности данных. С его помощью

занятые бизнесом люди могут управлять содержимым всей

корпоративной базы данных их организации, проводить анализ

накопленных в ней сведений в соответствии со своими

потребностями и задачами, использовать картографические

материалы и сопутствующую атрибутивную информацию.

При этом карты выполняют функции географической

электронной справочной таблицы. Это достигается за счет привязки

географических (пространственных) данных, в явном виде

показываемых на карте, к табличной (атрибутивной) информации,

содержащейся в традиционных базах данных.

Кроме того, ArcView 2 имеет полный набор средств деловой

графики для полноценного анализа и поддержки принятия

решений.

Так же, как программное обеспечение обычных электронных

таблиц, ArcView может использоваться менеджерами,

планировщиками, аналитиками и учеными для анализа

возникающих перед ними проблем реальной жизни, связанных с

деятельностью их компаний, адресно-географической привязки

информации. Например, при выборе места для нового магазина по

карте в ArcView 2 пользователь имеет возможность сначала

просмотреть данные о продажах товара за предыдущие месяцы в

других торговых точках, о демографическом и социальном составе

потенциальных покупателей (жителей близлежащих домов или

микрорайонов), дополнительно вывести на экран монитора

фотографию или поэтажный план здания, где предполагается

открыть магазин, подсветить на этой либо более подробной карте,

выведенной как часть того же изображения, магазины конкурентов.

Подобные операции обычно занимают минимум времени - весь

анализ выполняется за один сеанс работы с программой.

Достаточно быстро можно рассмотреть варианты предполагаемых

маркетинговых операций.

187