Гурьянова Л.В. Программно-аппаратные средства ГИС

Подождите немного. Документ загружается.

налагаются на полигоны другого, чтобы определить, которые из дуг

полностью или частично попадают в полигоны. Атрибуты полигонов

связываются с соответствующими дугами в результирующем дуговом

покрытии, рис. 22.

Рис. 22. Оверлейная операция пространственного

анализа – дуга в полигоне

Соответственно оверлейная операция точка в полигоне (point-in-

polygon) – это пространственная операция, при которой точки одного

покрытия налагаются на полигоны другого, чтобы определить, которые

из точек попадают внутрь полигонов. Атрибуты полигонов связывают-

ся с точками в результирующем точечном покрытии, рис. 23.

Рис. 23. Оверлейная операция пространственного

анализа – точка в полигоне

Три команды ARC/INFO могут выполнять наложение полигонов:

UNION (Объединение), IDENTITY (Тождественность) и INTERSECT

(Пересечение). Эти команды похожи и отличаются лишь пространст-

венными объектами, которые остаются в выходном покрытии.

На рис. 24 показаны результаты действия этих команд.

Рис. 24. Виды полигональных оверлейных операций

в ГИС ARC/INFO

К числу важных команд ARC/INFO, позволяющих выполнять про-

странственный географический анализ территории с манипулировани-

ем пространственными объектами, относятся также операции,

выполняемые по командам UPDATE, CLIP, SPLIT, ERASECOV,

рис. 25.

Операции картографической алгебры являются ведущими при вы-

полнении аналитических работ в ГИС по расчету экспликации земель,

землеустроительных, кадастровых работах, поиску места по заданным

критериям, составлению комплексного географического атласа терри-

тории и др.

Рис. 25. Операции манипулирования пространственными

объектами ARC/INFO [53]

4.2. Операции вычислительной геометрии (буферы)

Создание буферных зон – это географическая операция для опре-

деления областей, окружающих географические объекты [53]. В ГИС

ARC/INFO операция выполняется командой BUFFER, в результате вы-

полнения которой создаются один или более полигонов вокруг суще-

ствующих географических объектов. При выполнении построения бу-

феров могут быть созданы буферы как постоянной, так и переменной

ширины. Результирующие буферные зоны представляют собой поли-

гоны – области внутри и вне заданного буферного расстояния от каж-

дого объекта. Построение буферных зон выполняется для любого типа

географических объектов: точек, линий или полигонов, рис. 26.

Рис. 26. Создание буферных зон вокруг точек,

линий или полигонов

Операции вычислительной геометрии (построение буферных зон)

являются ведущими при выполнении аналитических работ в ГИС по

расчету санитарно-защитных зон предприятий, планированию водоох-

ранных и природоохранных полос, размещению объектов инфраструк-

туры вдоль дорожных систем и т. д.

4.3. Картографическая генерализация

Одной из возможностей ГИС ARC/INFO является картографиче-

ская генерализация. Генерализация в ГИС имеет два аспекта: генерали-

зация базы данных и непосредственно геометрическая генерализация

[22]. Генерализация информации в базе данных может быть представ-

лена как построение масштабного ряда для всех объектов карты, выво-

димых при определенном масштабе. Геометрическая генерализация

трактуется как упрощение контура или отдельных линий и реализована

в ARC/INFO для векторных и грид-данных. Разработанная для опера-

торов BENDSIMPLIFY и ORTIGONAL команда GENERALIZE в вер-

сии 8 расширена опцией поддержки топологической корректности при

выполнении генерализации – (NOERRORCHECK/ERRORCHECK).

При использовании оператора ERRORCHECK выполняется про-

верка корректности создаваемого материала. В случае появления топо-

логической ошибки расстояние генерализации будет уменьшено, а в

атрибутивную таблицу будет добавлено поле TOLFLAG с указанием

использованного расстояния для каждой линии. Следует отметить, что

несколько циклов применения команды с последовательно уменьшае-

мым в 10 – 15 раз расстоянием дает более корректные результаты, чем

одна генерализация. Специально для упрощения таких объектов, как

строения, городские кварталы и улицы, может быть применена коман-

да BUILDINGSIMPLIFY, которая работает с учетом ортогональности

объектов. В версии 8 команда CENTERLINE реализует возможность

автоматического построения центральных линий полигональных объ-

ектов, таких, как улицы, на основании заданных минимальной и мак-

симальной ширины входных объектов.

4.4. Построение моделей непрерывно

распределенных признаков

Построение моделей непрерывно распределенных признаков эф-

фективно выполняется с помощью грид-моделей пространственных

объектов. Например, гриды ГИС ArcView позволяют выполнять боль-

шое количество функций для проведения пространственного анализа.

Гриды могут представлять непрерывно распределенные в пространстве

данные, такие, как рельеф, расстояния до заданных объектов, данные

спектрального отражения и др. Использование грида позволяет прово-

дить аналитические операции, которые невозможны для векторных

покрытий. Например, с помощью гридов можно моделировать водные

потоки на местности, распространение пожара, загрязнение почвы ра-

дионуклидами и т. д., рис. 27.

Рис. 27. Моделирование рельефа г. Минска

способом создания грида

В ГИС ArcView работу с гридами поддерживает специальный про-

граммный модуль Spatial Analyst. При подключении этого модуля в

ArcView большая палитра функциональных средств становится дос-

тупной через дополнительные пункты меню Анализа (Analysis), неко-

торые новые кнопки и инструменты, а также через запросы на языке

Avenue. Прежде всего появляется возможность преобразовывать лю-

бую из векторных тем ArcView, включая темы в формате CAD, в рас-

тровый формат грид-темы, а затем использовать все доступные анали-

тические возможности грид-тем: создание поверхностей по этим те-

мам, буферизация пространственных объектов, расчет близости точек

пространства к тем или иным объектам и др.

Грид-темы могут быть также созданы из растровых изображений

стандартных форматов, включая TIFF, BIL, Sun raster, USGS DEM,

DTED и др. Специальные пункты меню позволяют моделировать по-

верхность по отдельным точечным данным, интерполируя изолинии,

рассчитывая уклоны и экспозицию склонов полученной поверхности, а

также подсчета плотности явления. Данные функции позволяют интер-

полировать поверхность или строить изолинии (векторная линейная

тема) по значениям отдельных точек с использованием одного из че-

тырех предлагаемых в ArcView методов интерполяции:

§ ОВР – обратно взвешенных расстояний (средневзвешенных

значений соседних точек по заданному числу соседей или в

пределах указанного радиуса).

§ Сплайн – создание поверхности с минимальной кривизной.

§ Тренд – подбор функции, описывающей все входные точки с

полиномом заданного порядка методом наименьших квадра-

тов.

§ Кригинг – многоступенчатый подбор математической функ-

ции для заданного числа точек или для точек в пределах за-

данного радиуса для распространения зависимостей на все точ-

ки, рис. 28.

Рис. 28. Построение изолиний рельефа местности по отдельным

точкам отметок высот

Функции второй группы позволяют проводить вычисления по те-

мам грид: уклоны, экспозицию, отмывку (освещенности при регули-

руемых азимуте и высоте взгляда) рельефа, кривизну поверхности, а

также определять зоны видимости из одной или нескольких точек на-

блюдения.

Spatial Analyst располагает возможностями осуществления различ-

ных запросов к растровым темам. Эти запросы могут касаться как од-

ной, так и сразу нескольких грид-тем. Например, можно запросить по

отдельности районы, где концентрация загрязняющих веществ превы-

шает определенный уровень (например, ПДК), или сформулировать

этот запрос в специальном окне построения картографических запро-

сов. Ответом на каждый запрос будет являться новая грид-тема, вклю-

чающая удовлетворяющие запросу ячейки.

Любая из грид-тем может быть представлена в более удобном виде

с помощью возможности классификации грид-тем при редактировании

легенды. Для растровых слоев возможны два типа классификации:

равноинтервальная или по стандартному отклонению от среднего. Ко-

личество классов задается пользователем. При необходимости можно

перейти на оценочные единицы (например, баллы) с помощью функ-

ции переклассификации грид-темы. Используя эту функцию, можно

присвоить любые новые значения классу или группе ячеек, относящих-

ся к одной классификационной группе.

Любая из грид-тем может визуально получить объем за счет ис-

пользования значений другой грид-темы (например, рельефа) в качест-

ве показателя яркости отображения ячейки. Это особенно полезно для

наглядного отображения зависимостей между данными двух тем, на-

пример между рельефом и использованием земель и т. д.

Особую группу представляют функции статистического анализа

грид-тем. Различные статистические справки доступны как через пунк-

ты меню, так и через специальные кнопки. Например, при формирова-

нии легенды можно в редакторе легенды получить сведения о макси-

мальном и минимальном значениях, а также о стандартном отклоне-

нии, что весьма полезно при выборе типа классификации и количества

классов. С помощью кнопки гистограммы или отдельных пунктов ме-

ню можно также получить гистограммы распределения значений по

ячейкам как по всей теме, так и в пределах произвольно обозначенного

на карте района.

Специальный пункт меню предназначен для построения гисто-

граммы распределения ячеек по определенным зонам другого покры-

тия. Например, можно подсчитать количество ячеек зоны затопления

(или их общую площадь), попадающих в различные виды землепользо-

вания (селитебная зона, сельскохозяйственные угодья, транспортные

магистрали и т. д.), или проанализировать распределение ячеек разной

загрязненности в селитебной или производственной зоне, рис. 29.

Рис.29. Подсчет по гистограмме площадей застроенных территорий

г. Минска на различных видах почв

Функции математического анализа позволяют производить расче-

ты значений ячеек по одной или нескольким грид-темам. Математиче-

ские операторы включают четыре группы: арифметические (сложение,

вычитание, умножение, деление значений грид-тем), логические (про-

верка значений на соответствие ИСТИНА или ЛОЖЬ), сравнительные

(соответствие условию сравнения), бинарные действия (вычисления

бинарных значений). Кроме того, доступны логарифмические, специ-

альные математические (абсолютное значение, целочисленная часть и

т. п), тригонометрические (синус, косинус, тангенс и т. п.) и степенные

функции. С помощью этих функций можно, например, определять

наиболее подходящие местоположения для различных объектов по

сумме факторов, производить экстраполяцию процессов, изменяющих-

ся по установленным закономерностям (например, в экспоненциальной

прогрессии).

Представление грида, в котором определенное значение присваи-

вается не всей ячейке, а ее центральной точке, называется решеткой

(Mesh). Модель решетки позволяет производить точные расчетные

операции с поверхностью, выполнять построение цифровой модели

рельефа.

4.4.1. Цифровые модели рельефа и местности

Применение отмывки рельефа позволяет делать карты более при-

влекательными. Например, ГИС ARC/INFO обеспечивает построение

модели рельефа с теневой пластикой как на базе векторной информа-

ции, так и используя уже имеющуюся грид-модель рельефа [22]. Для

построения грид-модели по векторным данным имеется команда

TOPOGRID. Она не только позволяет использовать информацию по

горизонталям и точкам высот, но и учитывать данные по рекам, озерам

и другую дополнительную информацию.

Отмывка рельефа в ARC/INFO строится на базе цифровой модели

рельефа, представленной в виде грид-данных. Для этого могут быть

применены команды HILLSHADE или SAI. Первая строит модель, где

значение ячейки грида соответствует степени освещенности. Вторая

создает модель уклонов и может быть выгружена в другие форматы

или представлена на дисплее как отмывка рельефа с использованием

специально созданного этой же командой файла цветов. В качестве

параметров команд используются такие величины, как Z-фактор (т. е.

определенный числовой атрибут геообъекта), азимут освещения и вы-

сота источника света. Отмечено, что в ряде случаев угол высоты осве-

щения 55–65 град позволяет увеличить Z-фактор и делает рельеф более

объемным.

4.5. Сетевой анализ

Одним из наиболее сильных направлений ГИС-анализа является

сетевой анализ географических систем. Любая система связанных ме-

жду собой линейных объектов – автомобильные и железные дороги,

реки, трубопроводы, телефонные линии и линии электропередач – яв-

ляется сетью. Передвижения людей, транспортировка товаров и услуг,

обмен информацией и передача энергии происходят по сетям. В этой

связи с использованием новейших математических алгоритмов и ком-