Кольцов А.С. Федорков Е.Д. Геоинформационные технологии
Подождите немного. Документ загружается.
А.С. Кольцов Е.Д. Федорков
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Учебное пособие
Воронеж 2006
ГОУВПО
«Воронежский государственный технический
университет»
А.С. Кольцов Е.Д. Федорков
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Утверждено Редакционно-издательским советом
университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2006
1
УДК 681.3:550.8 (075.80)
Кольцов А.С. Геоинформационные системы: учеб.
пособие /А.С. Кольцов, Е.Д. Федорков. Воронеж: ГОУВПО
«Воронежский государственный технический университет»,
2006. 203 с.
В учебном пособии изложены общие сведения о
геоинформатике и геоинформационных системах (ГИС).
Рассмотрены методы организации данных и представления
пространственных объектов в ГИС, геоинформационные
технологии построения карт геологического содержания и
другие области использования ГИС-технологий, а также
инструментальные средства ГИС. Охарактеризованы
современные проблемно-ориентированные системы обработки
и интерпретации геофизической и геохимической
информации.
Издание соответствует требованиям Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального
образования по направлению 230200 «Информационные
системы», специальности 230202 «Информационные
технологии в образовании», дисциплине
«Геоинформационные системы».
Таблица 4. Ил.10. Библиогр.: 10.
Рецензенты: зам. директора концерна «Созвездие» по
науке д-р техн. наук И.И Малышев
д-р техн. наук, проф. О.Н. Чопоров
© Кольцов А.С., Федорков Е.Д., 2006
© Оформление. ГОУВПО «Воронежский
государственный технический
университет», 2006
2
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................6
1. Информатизация общества........................................................8
1.1. Понятие географических информационных систем......11
2. История развития геоинформационных систем....................13
3. Задачи, решаемые ГИС............................................................21
3.1. Связанные технологии......................................................23
3.2. Картография и геоинформатика......................................24
4. Сферы и уровни использования ГИС.....................................30
4.1. Геоинформационные системы ресурсного типа............31
4.2. Геоинформационное картографирование.......................35
4.3. Карты в сетях «интернета»...............................................38
4.4. Основные понятия, использующиеся в географической
информационной системе........................................................41
5. Использование компьютеров для представления
географических объектов............................................................46
5.1. Векторная модель данных................................................46
5.2. Растровая модель данных.................................................54
5.3. Модель данных триангулированная................................57
нерегулярная сеть.....................................................................57
5.4. Совместное использование трех моделей
пространственных данных.......................................................58
5.5. Методы представления описательной информации......59
5.6. Сравнение пространственных моделей данных.............61
5.7. Сравнение растровой и векторной моделей данных......61
5.8. Сравнение растровой и ТНС моделей данных...............63
5.9. Как ARC/INFO применяет ключевые понятия
пространственныхR данных......................................................64
5.10. Вывод о возможности использования ГИС ARC/INFO
для задач математического моделирования...........................65
6. Основные черты современной настольной ГИС...................66
6.1. Понятие настольной ГИС.................................................66
6.2. Типы пространственных данных.....................................67
7. Технологии создания цифровых картографических данных.
средства оцифровки карт с твердой основы..............................82
4
8. Введение в дистанционное зондирование.............................86
8.1. Особенности применения данных дистанционного
зондирования при работе с геоинформационными
системами..................................................................................87
8.2. Источники пространственных данных............................95
8.3. Восстановление (коррекция) видеоинформации............95
8.4. Предварительная обработка изображений......................96
8.5. Классификация..................................................................97
8.6. Преобразование изображений..........................................99
8.7. Специализированная тематическая обработка.............100
8.8. Приобретение данных зондирования............................108
9. Применение гис в различных отраслях................................114
10. Влияние гис на развитие школьного образования............118
10.1. Применение ГИС в сфере образования.......................120
10.2 Использование ГИС для анализа приема абитуриентов в
вузы региона...........................................................................124
11. Основы системы gps.............................................................132
11.1. Спутниковая трилатерация...........................................132
11.2. Спутниковая дальнометрия..........................................134
11.3. Точная временная привязка..........................................135
11.4. Расположение спутников..............................................138
11.5. Коррекция ошибок........................................................139
12. Введение в гис с применением gps.....................................141
12.1. Сбор данных...................................................................141
12.2.Типы данных...................................................................142
12.2.1. Картографические данные.....................................143
12.3. Структура данных.........................................................144
12.3.1. Топология................................................................144
12.3.2. Слои.........................................................................145
12.4. Анализ данных...............................................................146
12.5. Отображение данных....................................................147
12.6. Управление данными....................................................148
13. Сбор gps данных для ГИС...................................................148
13.1. Что необходимо учитывать при сборе GPS данных? 148
13.1.1. Объём работ и типы данных..................................148
13.1.2. Когда и где собирать данные?...............................150
5
13.1.3. Сбор данных в поле................................................151
13.1.4. Обработка данных..................................................152
14. Точность gps измерений......................................................153
14.1. Оборудование................................................................153
14.1.1. Приёмники..............................................................153
14.1.2. Накопители данных................................................156
14.1.3. Спутники.................................................................157
14.2. Планирование проведения работ.................................161
14.2.1. Время, дата и место................................................161
14.2.2. Использование действующего альманаха............162
14.3. Параметры сбора данных.............................................168
14.3.1. Маска PDOP (Position Dilution of Precision).........168
14.3.2. Маска уровня сигнала (SNR).................................168
14.3.3. Режимы определения координат..........................169
14.3.4. Проблемы связанные с использованием..............171
14.3.5. Маска по углу возвышения...................................172
14.4. Процедуры сбора данных.............................................174
14.4.1. Тип измерений........................................................175
14.4.2. Типы файлов...........................................................175
14.4.3. Интервал измерений...............................................178
14.4.4. Субметровый уровень точности...........................179
14.4.5. Расстояние между базовой станцией и
передвижным приёмником................................................180
14.5. Обработка измерений....................................................180
14.5.1. Местоположение базовой станции.......................180
14.5.2. Использование техники дифференциальной
коррекции............................................................................181
15. Исходные геодезические даты и системы координат.......182
15.1. ИГД (Datums).Форма и размеры Земли могут быть
описаны двумя способами.....................................................182
15.2. Системы координат.......................................................185
16. Математическая модель распространения загрязнений в
атмосфере....................................................................................187
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................202
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………...204
6
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время значительное внимание уделяется
вопросам охраны окружающей среды и рационального
использования природных ресурсов. Для их решения
необходим комплексный подход, который требует
использования больших объемов экологической,
картографической и другой количественной информации о
состоянии компонент природной среды, что практически
невозможно без применения развитых методов и средств
информатики. Наиболее перспективными методами обработки
и усвоения подобных объёмов информации, на сегодняшний
день, являются методы, основанные на использовании
компьютерных геоинформационных технологий.
Использование геоинформационных систем (ГИС),
позволяющих проводить одновременный анализ многомерных
данных с использованием цифровых карт, упрощает
процедуры экологического прогноза и оценку комплексного
воздействия на природную среду, делает возможным
оперативное выявление аномалий и принятие необходимых
мер для их устранения.
Задачи математического моделирования процессов,
происходящих в окружающей среде, требуют визуализации
расчетных данных. Современные информационные системы, в
частности ГИС, позволяют эту визуализацию осуществить,
причем обмен данными между моделями и ГИС может быть
двунаправлен. Начальные условия для модели, в частности,
координаты объектов, могут быть получены из ГИС – систем.
В свою очередь, ГИС – системы отображают результаты
моделирования.
В настоящее время накоплен опыт в области связывания
математической модели с геоинформационной системой, и
такие разработки уже достаточно широко распространены.
Однако существует необходимость в разработке инструмента
для связывания моделей и ГИС, обладающего
расширяемостью, то есть не привязанного к конкретной
модели и/или конкретной географической области.
7
Очень важно разработать универсальный интерфейс для
обмена данными между математическими моделями и ГИС.
Разработав такой интерфейс, его можно использовать для
обмена данными с любой моделью. Для обеспечения
взаимодействия между моделями и ГИС средствами
упомянутого интерфейса, необходимо промежуточное звено –
компьютерное приложение. Приложение должно иметь
возможность работать с данными, хранящимися в
геоинформационной системе.
8
1. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ОБЩЕСТВА
Информатизация коснулась сегодня всех сторон жизни
общества, и трудно, пожалуй, назвать какую-либо сферу
человеческой деятельности - от начального школьного
образования до высокой государственной политики, - где не
ощущалось бы ее мощное воздействие. Информатика дышит в
затылок всем наукам, догоняя и увлекая их за собой,
преобразуя, а порой и порабощая в стремлении к
бесконечному компьютерному совершенству.
В науках о Земле информационные технологии породили
геоинформатику и географические информационные системы
(ГИС), причем слово "географические" обозначает в данном
случае не столько "пространственность" или
"территориальность", а скорее комплексность и системность
исследовательского похода.
Первые ГИС были созданы в Канаде и США в середине
60-х годов, а сейчас в промышленно развитых странах
существуют тысячи ГИС, используемых в экономике,
политике, экологии, управлении ресурсами и охране природы,
кадастре, науке и образовании. ГИС охватывают все
пространственные уровни: глобальный, региональный,
национальный, локальный, муниципальный, интегрируя
разнообразную информацию о нашей планете:
картографическую, данные дистанционного зондирования,
статистику и переписи, кадастровые сведения,
гидрометеорологические данные, материалы полевых
экспедиционных наблюдений, результаты бурения и
подводного зондирования.
В создании ГИС участвуют международные организации
(Организация объединенных наций, Программа по
окружающей среде, Продовольственная программа),
правительственные учреждения, министерства и ведомства,
картографические, геологические и земельные службы,
статистические управления, частные фирмы, научно-
исследовательские институты и университеты. На разработку
9