ДеМерс Майкл Н. Географические информационные системы. Основы

Подождите немного. Документ загружается.

Вы,

наверное, заметили, что все эти модели требуют прежде всего

описания имеющихся условий. То есть, разрабатывая предписательные

модели, вы вначале описываете, а затем предписываете. Нет особой нужды

задерживаться на терминологии, если вы помните, что деление

картографических моделей на описательные и предписательные является,

как и многие другие классификации, произвольным. Если вы помните, что

движение от одного типа к другому является плавным переходом от чистого

описания без каких-либо действий к большей предсказательной мощности

и растущей предписательной активности, то у вас не должно быть проблем

с пониманием данного вопроса.

В любом случае, природа и сложность задачи будут диктовать тип

применяемой модели, независимо оттого, как вы ее назовете.

ИНДУКТИВНОЕ

ДЕДУКТИВНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

С какими бы моделями вы ни работали, описательными или

предписательными, есть два метода формулирования моделей. Они

включают в себя те же логические подходы, что используются в любом

научном исследовании. Первый, называемый индуктивным методом, основан

на движении от конкретных элементов к общему утверждению.

В этом случае эмпирические пространственные данные исследуются

путем проб и ошибок. Различные покрытия сравниваются и проверяются

на соответствие с элементами других покрытий для выявления сходных

пространственных распределений или ассоциаций, которые могли бы

указать на происходящий в области исследования процесс. Пример

индуктивного метода не из области ГИС: допустим, вы отправились в

бакалейную лавку, чтобы приобрести чего-нибудь для приготовления обеда.

Вы делаете множество покупок, выбирая каждую потому, что она вам

нравится или потому, что выдумаете, что неплохо было бы иметь это сегодня.

Вернувшись домой, вы обнаруживаете, что, хотя все приобретенное

съедобно, вам трудно преобразовать это в нечто похожее на обед. Вы купили

достаточно пищи, чтобы заполнить меню, но вы собираетесь приготовить

блюда, которые не включают некоторые из приобретенных товаров. Эти

вещи оказались ненужным непосредственно в данный момент, хотя они и

могут пригодиться

дальнейшем.

Как показывает приведенный пример, метод проб и ошибок может

использоваться для внесения порядка в набор элементов, полученных без

тщательного планирования. То же самое можно сказать и о существующих

БД ГИС. Если имеется достаточно подходящих показателей, и если есть

корреляции между показателями различных покрытий, то вполне возможно

создание моделей, которые будут полезны для принятия некоторых решений.

Возможно, вы обнаружите, что покрытия, на создание которых вы потратили

сотни часов, так и не использованы. Многие подобные проекты внесли свой

вклад в научные исследования, однако из-за недостаточного проектирования

такой подход к картографическому моделированию оказывается

неэффективным для многих коммерческих приложений. В то время как

наука пытается только лишь исследовать данные, приложения реальной

жизни часто гораздо более определенны в своих целях и поэтому должны

продумываться скорее дедуктивным образом.

По сравнению с индуктивными, дедуктивные модели движутся в

противоположном направлении.

То есть, вы начинаете с конкретного рецепта или формулировки,

относящейся к вполне определенным вопросам. В случае с приобретением

продуктов, вы выбираете блюдо, которое будете готовить, определяете

необходимые ингредиенты и покупаете только их. Затем вы их объединяете,

так что у вас не остается ненужных компонентов. Преимущества

дедуктивного подхода очевидны, - вам не приходится тратить время и деньги

на создание ненужных покрытий, благодаря чему вы можете

сконцентрироваться на подготовке только действительно нужных данных.

СОСТАВЛЕНИЕ

БЛОК-СХЕМ МОДЕЛЕЙ

Какой бы подход вы ни использовали - дедуктивный или индуктивный

- очень полезной методикой, помогающей сформулировать модель и

определить нужные покрытия, является составление блок-схемы

(flowchart)

модели. Оно требует обособления каждого элемента (покрытия), который

должен использоваться в вашей модели. Каждое покрытие должно иметь

конкретную, уникальную тему, представляющую один фактор или группу

факторов в вашей модели.

Блок-схема позволяет определить, имеете ли вы все необходимые

покрытия, а также проверить единственность каждого покрытия. Если есть

некоторые избыточные покрытия, представляющие уже имеющиеся темы,

то вы сможете сократить их и уменьшить общее время ввода.

На Рисунке 13.3 изображена блок-схема простой дедуктивной

картографической модели, цель которой

—

определить наилучшее место для

горного домика. Задача исследования вполне ясна, и по меньшей мере четыре

аспекта должны учитываться при принятии решения. Начнем с

инфраструктуры. Нам нужно знать о наличии электричества, газа,

водопровода, канализации, дорог для подъезда и других удобств. Далее идут

административно-правовые факторы. Нужно узнать, не подана ли другая

заявка на отведение этого участка земли, и не принадлежит ли он кому-

нибудь, и если да, то можно ли его приобрести. Наверняка вам понадобится

разрешение на строительство, так как этот участок может оказаться в зоне,

где запрещено строительство жилья. Если участок оказывается в сейсмически

активной области, то возможны ограничения на конструкцию и методы

строительства. Пожароопасные зоны требуют применения огнестойких

материалов. Обе эти группы факторов влияют как на выбор места, так и на

стоимость строительства.

Третья группа факторов, включенных в картографическую модель -

эстетические. В конце концов, вы, скорее всего, строите горный домик для

отдыха от города, поэтому наверняка не хотите видеть город из окна (но при

этом быть в разумном удалении, чтобы иметь возможность ездить в город на

машине). Кроме того, нужен открытый вид гор и, возможно, определенная

ориентация, чтобы вы могли наблюдать закат с террасы.

Четвертая группа факторов выбора места это физические факторы.

Требуется уклон не более заданной величины, чтобы не пришлось

предпринимать дорогие меры против сползания дома по склону. Чтобы

снизить стоимость строительства, следует выбрать место с низкой

плотностью деревьев, лучше всего опушку леса. Инженерные характеристики

почвы также должны оцениваться, ибо нельзя располагать дом на

нестабильной почве, особенно с большим содержанием глины, которая

сильно меняет свои свойства в зависимости от влажности. Предполагая

возможное отсутствие канализации, вам может потребоваться создание

канализационного отстойника, для чего следует внести в расчеты

инфильтрационные параметры почвы.

Теперь перейдем к реальной модели, тщательно рассматривая выбор

покрытий для представления отдельных факторов. Мы можем начать с

инфраструктуры. Для первого фактора - доступности водопровода

—

нам

нужно покрытие ("водопровод"), показывающее все муниципальные линии

водоснабжения в рассматриваемой области, которое создается в результате

оцифровки соответствующей бумажной карты. Аналогично создаются

покрытия с линиями электропередачи ("электричество"), газоснабжения

("газоснабжение") и проезжими дорогами ("дороги").

Далее, мы переходим к административно-правовым факторам. Во-

первых, с кадастровых карт (показывающих принадлежность земли) мы

создаем покрытие "собственность". Оно позволит выявить свободные

участки или тех, к кому обращаться за приобретением земли.

Затем мы берем карту зонирования и создаем покрытие "зонирование",

чтобы определить области, доступные для строительства коттеджей на одну

семью. Нужно также знать места, представляющие опасность из-за

землетрясений и пожаров. Вполне вероятно, что такие данные будут

получены из других источников, например, от национальной геологической

службы. Так мы создадим покрытие "сейсмичность". Карты угрозы пожаров,

из которых будет создано покрытие "пожароопасность", можно получить в

лесохозяйственной организации. Хотя последние два покрытия можно

отнести к физическим факторам, они могут быть связаны с

административными ограничениями, поэтому и отнесены к данному-

разделу.

Оценка эстетических качеств потребует карты близлежащих застроенных

территорий ("поселения"). Топографические карты ("топография") дают

информацию о высотах, которые могут загораживать вид с потенциального

места. Карты типа леса обычно не включают информацию о высоте деревьев,

так что вам придется создавать собственную карту лесного покрытия

("растительность"), либо по результатам измерений на наиболее подходящих

местах, либо через использование аэрофотосъемки.

Последнюю группу составляют физические параметры, Величину уклона

можно узнать из уже имеющегося покрытия "топография". Хотя уклон

является самостоятельным фактором, он может быть получен из имеющихся

данных. Таким образом мы не нарушаем правило выбора уникальных

элементов. Другой элемент физических параметров, который может быть

получен из имеющегося покрытия, показывает области с редкой лесной

растительностью или с растительностью, содержащей подходящее чистое

место (опушки, поляны). Имеющееся покрытие "растительность" поможет

нам получить данную информацию.

Два параметра почв также могут быть получены из одного покрытия

("почвы"). Любая подробная карта почв обычно содержит как инженерные

характеристики, так и параметры инфильтрации; и те и другие будут либо

явно закодированы как отдельные карты, либо они будут связаны базой

данных друг с другом и с областями различных типов почв. Методы

отслеживания различных свойств почв будут сильно зависеть от

используемой ГИС.

частности, мы могли бы просто оцифровать полигоны

и сохранить бумажную копию отчета об исследовании почв, из которого мы

получили информацию о почвенных участках. Такие отчеты об

исследованиях связывают разнообразные параметры почв с каждым из

участков (Таблица

13.1).

Проработка

модели

Посмотрите внимательно на блок-схему модели размещения горного

домика: все нужные покрытия и элементы включены, и они "втекают" в

конечную точку модели.

Однако кое-чего не хватает. Как из начальных данных создавались

промежуточные покрытия? Чтобы завершить нашу блок-схему, нам нужно

указать, какие функциональные возможности ГИС мы используем для

перехода от одной ветви к другой. Этот шаг важен не только в

моделировании, он поможет в определении функциональности, требуемой

от любого программного ГИС-пакета для данного проекта. Давайте

рассмотрим дополненную таким образом версию блок-схемы (Рисунок

13.4).

Вместо реальных названий команд, которые могут различаться от

системы к системе, здесь использованы общие мнемоники, которым вы

сможете сопоставить реальные команды вашей системы. Начнем с

инфраструктуры - дорог, электро-, газо- и водоснабжения. Весьма вероятно,

что ничего из перечисленного не окажется на вашем участке. Но нужно знать,

как близко они находятся (скажем, до 500 м), чтобы было возможным сделать

ответвление в вашу сторону. Нетрудно создать буферы (команда

BUFFER)

шириной 500 м с каждой стороны соответствующих линий, и в результате

мы получим покрытие "есть-электричество", которое показывает места, в

которых есть или может быть получен доступ к электроэнергии. Аналогично

строятся покрытия "есть-газ" и "есть-вода" (буферы по 250 м). Для буфера

"есть-проезд" можно взять большее значение, скажем, 750 м, так как у нас

есть автомобиль повышенной проходимости, позволяющий пробраться на

такое расстояние и по бездорожью.

Теперь у нас есть четыре отдельных покрытия, представляющие факторы

инфраструктуры. Поскольку нам нужны все эти элементы, а не один или

два, то для получения результирующего покрытия "инфраструктура" нужно

наложить их так, чтобы получить пересечения всех представленных на них

областей. Для этого используется наложение "логическое и" (команда

INTERSECT),

в результате которого мы получаем области, удовлетворяющие

всем четырем критериям.

Сейчас вполне закономерен вопрос: "Что делать, если ни одна область

не удовлетворяет всем четырем критериям?". Такая ситуация вполне

возможна. В этом случае стоит обратить внимание на фактор, наиболее

удаленный от остальных. Например, если линии электропередачи

расположены слишком далеко, то мы могли бы увеличить размер буфера

для этого фактора (скажем, до 1000 м). Таким образом, мы ослабляем

ограничения, чтобы получить решение для нашей модели, что является

достаточно распространенной практикой в картографическом

моделировании. Мы думаем таким же образом, когда решаем купить машину,

которую можем себе позволить, а не роскошную модель, которую хотели

бы.

Если ослабление ограничений невозможно, - например, если

электроэнергетическая компания не желает тянуть кабель на 1000 м от

существующих сооружений, - то вам может помочь снижение важности

одного или более факторов.

Создавая буферы, мы исходили из равной важности значения всех

Таблица

13.1. Типичная страница Отчета об исследовании почв,

показывающая

почвенные участки и небольшую часть табличной информации,

имеющейся

для

каждого типа почвы.

Название

почвы

и обоэна

чение

на ка рте

Жилые

дома

без

фундз

м ентов

Ж илые дома с

фунда

м е нта м и

М елкие

то

р го вые

зд

а ния

Ev:

Eudora

pa rt

ильно:

на воднения

ильно:

на воднения

ильно:

на воднения

G га ve lly la nd :

G e

Умеренно:

укло

Ум е р е нно:

кло

Умеренно:

укло

u d so

Умер

е нно:

изм е не ние

объема

Умере

нно:

изм е не ние

объема

Умеренно:

изменение

о б ъе м а

Kennebec:Kb

ильно:

на воднения

ильно:

на во дне ния

ильно:

на водне ния

Kim о: Km

ильно:

наводнения,

изм е не ние

объема

ильно:

на во дне ния,

изм ене ние

о бъе

ильно:

на во

не ния,

изм е не ние

объе

м а

M a

rtln:

M b , M e,

M h

Ум е р е нно :

изм е не ние

объема

ильно:

изм е не ние

объема

ильно:

изм е не ние

объема

M о

rrill:

M r

Умеренно:

изм е не ние

объема,

низка

про чно с

ть

Умеренно:

изм е не ние

объема,

низка

прочное ть

Ум е р е нно :

изм е не ние

объема,

низка

прочное ть

M s

Умер

е нно:

изм е не ние

объема,

низка

прочное ть

Ум ер е нно:

изменение

объема,

низка

прочность

ильно:уклон

0 ska : 0 e

ильно:

изм е не ние

о бъе

ильно:

изм е не ние

объема,

глубина

до

ка м не й

ильно:

изм е

нение

объе

ма

Pa w

nee:Pb,pc,

ильно:

изм е не ние

объема

ильно:

изм е не ние

о б ъе

ильно:

изм е

нение

объема

Sh a rp sb и rg

Sc ,

ильно:

изм е не ние

объема

ильно:

изм е не ние

объема

ильно:

изм е не ние

объема

Stony

stee

la nd : Sx

ильно:

глубина

до

ка м не й,укло н

ильно:

глуб

ина до

ка м не й,уклон

Сильно:

глубина

до

ка м не й, укло н

Th u rm a n: Tc

Слабо

Ум е р е нно :

укло

V m : V In la n d

pa rt

Ум

еренно:

глубина

до

ка м не й, уклон

Ум е р е нно:

глуб

ина д о

ка м не й

ильно:уклон

Wabash:We

ильно:

вл

а жно с

ть,

на воднения,

изм е не ние

объема

ильно:

вла

жность,

на во

не ния,

изм е не ние

объема

ильно:

вла

ж но с ть,

на во

не ния,

изм е не ние

объема

Продолжение

Таблицы

13.1

М е

с тн

дороги

улицы

а на

лиэа ционн-

ый

отстойникПоля

орошения

ти

эе

мляных

канализацион-

ных

отстойников

Спортплощадк-

Сильно:

замерзание

Умеренно:

на

воднения

Умеренно:

инфильтр

а ция

Умеренно:

на

воднения

Слабо

ильно

: мелкие

ка м

н и

ильно:

ьтр

ц и

я,

мелкие

камни

ильно:мелкие

камни

ильно:

замерзание

Слабо

Умеренно:

и нф и

ьтр

а ц

Слабо

Сильно:

на

во

н и

я,

замерзание,

низка я

прочное

ть

ильно

на во д не ни я,

вла

ж но

ть

Сильно:

наводнения,

влажное

ть

Умеренно:

на

воднения

Сильно:

изменение

объема,

низка я

прочное

ть

ильно:

просачивание

Слабо

Сильно:

влажность

льно

:н изка я

прочное

ть,

изменение

объема

ильно:

просачивание

Умеренно:

кло

Умеренно:

гл

и с

то с

ть,

просачивание

Умеренно:

изменение

объема

ильно;

просачивание

Умеренно;

уклон

Умеренно:

просачивание

Умеренно:

изменение

объема

ильно

просачивание

Сильно:

укло

ильно:укло

Сильно:

изменение

объема

ильно:

глубина

до

камней,

просачивание

Сильно:

глубина

до

камней

Умеренно:

просачивание,

гл

и с

то

с ть,

глубина

до

камней

Сильно:

изменение

объема

ильно:

просачивание

Умеренно:

уклон

Умеренно:

просачивание

ильно:

изм е не ние

объема,

низкая

прочное

ть

ильно:

проса чива

ние

Умеренно:

кло

Умеренно:

просачивание

ильно:

глубина

до

ка м не й,

уклон

ильнр:

глубина

до

камней,

уклон

ильно:

глубина

до

ка м не

й,укло

ильно:

глубина

до

ка мней,

уклон

Слабо

ильно

и н

ьтр

ильно:укло

Умеренно:

глубина

до

камней

ильно:

глубина

до

камней

Сильно:

глубина

до

камней

Сильно:

глубина

до

камней

ильно:

вла

ж но

ть,

наводнения,

изменение

объема

ильно:

просачивание,

наводнения,

вла

ж но

ть

Сильно:

на

во

дне ни я,

вла

ж но с ть

Сильно:

вла

ж но с

ть,

на

воднения,

просачивание

факторов, что случается довольно редко. Иначе говоря, нам следует взвесить

факторы инфраструктуры. Дороги должны сохранить высокую значимость,

так как, даже если вы собираетесь вести жизнь отшельника, вам нужно иметь

возможность ездить за продуктами, медицинской помощью и т.д. Газ,

конечно, нужен для обогрева дома и приготовления пищи, но можно

воспользоваться газовыми баллонами. Аналогично можно поступить с водой.

Электроэнергия остается проблемой номер один. Но в конце концов, можно

снизить требования и пожертвовать телевизором, или использовать приборы

на аккумуляторах. То есть, веса некоторых факторов можно свести к нулю.

Учтя ограничения подмодели инфраструктуры, мы можем перейти к

административно-правовым факторам. Области, в которых допускается

строительство односемейных домов, могут быть получены

переклассификацией зонального покрытия, при которой устраняются все

области, не удовлетворяющие этому ограничению. Аналогично может быть

создано покрытие с территорией, не имеющей зарегистрированного

собственника ("не-в-собственности") и еще одно - с землевладениями,

которые могут быть проданы ("можно-купить"). Оба промежуточных

покрытия основаны на одном и том же исходном ("собственность"), и оба

создаются переклассификацией (команда

RECLASS),

Остаются еще сейсмо-

и пожароопасность. Опасные зоны могут быть объединены операцией "или"

(команда UNION), а результирующее покрытие покажет области, не

подверженные опасности пожаров или землетрясений.

Полученные четыре промежуточных покрытия объединяются в общее

административно-правовое покрытие операцией наложения с пересечением.

При этом нужно следить за тем, чтобы пересечению подвергались лишь

пригодные области. Если в пересечение войдут противоположные категории,

например, сейсмо- и пожароопасные, то вы можете оказаться в весьма

рискованной ситуации.

Третья подмодель, эстетические факторы, имеет меньше компонентов,

чем другие, но их труднее исчислить. Начнем с покрытия населенных

пунктов. Вряд ли вам удастся полностью избежать близости населенных

пунктов, к тому же, вам наверняка понадобится какое-то поселение

неподалеку в качестве источника припасов. Разумно ограничить размер

поселений, скажем, численностью в 1000 человек. Посредством

переклассификации вы можете создать покрытие ("нет-городов"),

содержащее только небольшие поселки, без крупных городов. Однако, это

не совсем то, что нужно, так как вам нужно знать, где находятся большие

города, чтобы определить, видимы ли они с возможного места для домика.

Это покрытие будет скомбинировано со следующим для исключения таких

объектов из области видимости.

Вторая часть эстетической подмодели определяет возможности обзора.