Кузнецов О.Л., Никитин А.А., Черемисина Е.Н. Геоинформатика и геоинформационные системы

Подождите немного. Документ загружается.

(сечения xT, yT, zT). Примеры решения геологических задач, в частности, по

построению моделей палеореконструкции с использованием системы DV-

SeisGeo приведены в работе [18].

В заключение подчеркнем широкие возможности системы DV для

изучения природных, метеорологических, экологических процессов, при

мониторинге нефте- и газохранилищ и мониторинге добычи полезных иско-

паемых для крупных месторождений.

Вопрсы для самоконтроля.

1. Дайте определение географической информационной системы.

2. Назовите основные структурные элементы географической

информационной системы.

3. В чем суть векторного и растрового описания данных?

4. Что такое топологическое (тематическое) покрытие? Приви-

дите примеры топологических покрытий.

5. Назовите основные программные комплексы географических

информационных систем Arc/Info и Arc/View.

6. Каким образом формируется лист «выходной карты»?

ГЛАВА VI. ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ИНТЕГРО

Геоинформационная система ИНТЕГРО, созданная во ВНИИГео-

систем в лаборатории геоинформатики под руководством Е.Н. Черемиси-

ной, решает широкий спектр задач, включающий построение карт различно-

го геологического содержания, прогноз месторождений полезных ископае-

мых, построение комплексных согласованных физико-геологических моде-

лей земной коры, геоэкологическое районирование территорий.

Указанные задачи решаются на основе интегрирования разноуровне-

вых и разнометодных покоординатно привязанных пространственных гео-

лого-геофизических данных.

В отличие от ГИС ПАРК (раздел 7.1), реализованной под MS-DOS,

ГИС ИНТЕГРО работает на платформе WINDOWS и наряду со статистиче-

скими методами при решении прогнозных задач широко применяются ме-

тоды математической физики и различные эвристические приемы. Кроме

того, ГИС ИНТЕГРО позволяет строить количественные физико-

геологические модели, согласованные по физическим свойствам, геометрии

и форме изучаемых объектов, с использованием комплекса геолого-

геофизических данных, зарегистрированных на разных уровнях наблюде-

ний: космос – воздух – земля – скважина (см. раздел 10.2).

Последнее обстоятельство резко выделяет преимущества ГИС ИН-

ТЕГРО как перед географическими системами общего назначения (ArcView,

Arc Info, ГИС-ПАРК), так и перед геоинформационными системами ком-

плексной интерпретации геофизических данных, ориентированных на ис-

пользование данных, как правило, лишь двух геофизических методов и рас-

смотренных в главе VII.

6.1. Состав и структура ГИС ИНТЕГРО

ГИС ИНТЕГРО является специализированной объектно-

ориентированной системой, нацеленной на решение различных задач недро-

и природопользования при компьютерном обеспечении геологического изу-

чения недр.

На основе ГИС ИНТЕГРО созданы прикладные компьютерные тех-

нологии по решению следующих основных задач:

– автоматизированное построение мелкомасштабных геологических

карт (их генерализация) по крупномасштабным данным;

– автоматизированное построение легенд для серии листов карт мил-

лионного и двухсоттысячного масштабов;

– структурно-тектоническое районирование территории;

– построение геологических разрезов в рамках федеральной програм-

мы Госгеолкарта 200;

– компьютерный прогноз твердых полезных ископаемых и подсчет их

запасов;

– экологическое районирование территории;

– построение согласованных физико-геологических моделей среды при

изучении глубинного строения земной коры.

В основу построения ГИС ИНТЕГРО положены следующие принци-

пиальные требования [35]:

1) Использование в качестве входной информации растровых и вектор-

ных изображений карт, материалов дистанционного зондирования

Земли (космо- и аэросъемки), результатов наблюдений геофизиче-

ских полей и фактографических данных различного типа, привязан-

ных к пространственным объектам;

2) Совместную обработку различных (пространственных, атрибутивных

и прочих) исходных материалов вне зависимости от применяемой

технологии ввода и совместимости по форматам данных с ведущими

географическими системами и САПР;

3) Эффективное интегрирование пространственных и фактографических

данных в одной геоинформационной оболочке, прямые и обратные

связи между системами управления пространственными и непро-

странственными данными;

4) Совмещение и интеграция данных, полученных различными способа-

ми, их преобразование в распространенные картографические проек-

ции, как отечественные так и международные, при условии открыто-

сти системы и пополнения её новыми проекциями;

5) Интерфейс между геоинформацией, хранящейся в разных формах,

обеспечивающей широкий набор преобразований и трансформаций

данных в соответствии с решаемой задачей.

Решение содержательных задач, с одной стороны, встроено в ГИС-

оболочку и результаты решения интегрируются с исходными данными и ис-

пользуются далее наравне с ними, с другой стороны, базируются на инте-

рактивной технологии, сочетающей экспертные знания, заложенные в сис-

тему, со знаниями и представлениями конкретного пользователя.

В ГИС ИНТЕГРО предпочтение отдано трехчастной схеме построе-

ния: СУБД (сервер данных), модуль представления и управления информа-

цией (геоинфрмационная оболочка) и прикладные модули (блок редактиро-

вания данных, информационно-справочный и расчетно-аналитический

блок). Это позволяет четко разделить функции хранения и обеспечения це-

лостности данных, преобразования и выполнения запросов и расчетов над

данными, а также интерактивного интерфейса с пользователем.

Многообразие прикладных задач, решаемых на основе ГИС ИНТЕГ-

РО, а также многообразие геолого-геофизических данных приводят к по-

строению легко расширяемой системы, разные блоки которой могут суще-

ствовать и компоноваться друг без друга, могут создаваться различными

коллективами, но опираясь на единую информационную базу.

В настоящее время, кроме ядра и геоинформационной оболочки, ГИС

ИНТЕГРО включает такие прикладные блоки (рис. 6.1), как:

– генерализация геологических карт;

– перевод информации из векторной формы в сеточную и обратно;

– редакция и трансформация сеточных данных (редактор ТОС – Таб-

лицы «объекты – свойства»);

– обработка и интерпретация геолого-геофизической информации;

– построение геологических разрезов;

– прогноз полезных ископаемых.

Сервер данных системы – модуль, реализующий ввод данных с

внешних носителей, проверку их корректности. Ядро обеспечивает общение

с данными векторной и атрибутивной картографической информации (не-

равномерные сети, наборы объектов), сеточной (снятой по равномерной се-

ти), в том числе и трехмерной информацией, растровой информацией (изо-

бражения карт, космо- и аэрофотоснимки), дополнительной (метаданные,

гипертекст) информацией.

Сервер содержит драйверы для различных форматов данных, блоки

проверки корректности и он расширяется за счет включения дополнитель-

ных драйверов и служебных функций. (Драйвер – программа, обеспечи-

вающая взаимодействие ОС с физическим устройством: принтер, эк-

ран, «мышь» и т.д.)

Геоинформационная оболочка представляет общий интерфейс поль-

зователя и одновременно управляющий модуль, обеспечивающий запуск

всех остальных модулей системы и представляющий пользователю резуль-

таты их работы. Оболочка реализует функции ввода различной информации

(векторной, растровой, сеточной и т.д.) через сервер; интерактивного раз-

биения векторных объектов на иерархические тематические группы; визуа-

лизации информации; конструирования стилей, соответствующих тематиче-

ским группам; интерактивного управления визуализацией и управления ин-

формацией (удаление, перенос, модификация).

СУБД

ввод фактографических данных

создание баз данных (БД)

построение запросов

Электронная

картография

ввод и редактирование

карт

географическая

привязка карт

наложение карт

проекционные

преобразования

пересчет в регулярную

сеть

расчет прогнозных

характеристик

поддержка форматов

ГИС и САПР

Генерализация

геологических карт

генерализация легенд

геологических карт

автоматическая

генерализация

стратиграфических

подразделений и

тектонических нарушений

согласование различных

слоев информации

интерактивное

редактирование карт

Интегрированный анализ

данных и решение прогнозно-

диагностических задач

анализ качества данных

статистический анализ и обработка

данных

анализ взаимосвязей и

распределения признаков

анализ значимости признаков

выбор оптимального метода решения

комплексное решение задач

районирования, распознавания,

упорядочения геологических объектов

Обработка и интерпретация

геолого- геофизических данных

обработка и интерпретация

моделей:

-анализ поля

-расчет характеристик поля

-разделение полей

-обнаружение и выявление

аномалий

-определение взаимосвязи

полей и характеристик

комплексная обработка полей

построение геологических разрезов

моделирование

согласование и оптимизация

моделей

Растровые

данные

Растровые

данные

Векторные

данные

Векторные

данные

Атрибутив-

ные данные

Атрибутив-

ные данные

Данные по

регулярной

сети

Данные по

регулярной

сети

Формулирование

задачи

Выбор способа

решения

Решение

А р х и в

м о д е л е й

Рис 6.1 Структурно-функциональная схема

ГИС INTEGRO

В состав геоинформационной оболочки входят:

– программа просмотра с визуализацией векторной, сеточной и рас-

тровой информации;

– конструктор стилей, позволяющий формировать сложные стили

отображения картографических объектов; компонент взаимодейст-

вия с атрибутивной информацией; конструктор тематических

групп и также ГИС-конструктор – генератор картографических

проекций с созданием конкретных информационных справочных

систем, т.е. реализует построение сцен на базе растровой, векторной

и сеточной информации.

После этого из сцен организуется проект, задающий правила перехо-

да от сцены к сцене.

Один проект может быть построен из набора картографических баз

данных, что позволяет организовать иерархию этих баз и тем самым эффек-

тивно использовать разномасштабную картографическую информацию. По-

добная иерархия обеспечивает высокую скорость доступа к информации и

оптимизацию использования ресурсов.

В геоинформационную оболочку ГИС ИНТЕГРО входят инстру-

менты, позволяющие манипулировать с картами, а именно: генерация ко-

ординатных сетей, фрагментация и склейка листов, назначение и изменение

проекций карт.

Генерация сетей обеспечивает нанесение на карту сети номенклатур-

ных листов необходимого масштаба. Система ИНТЕГРО также включает

блок выдачи результатов обработки данных на печать со стилевым оформ-

лением картографических объектов и автоматическим заполнением подпи-

сей объектов, входящих в заданные пользователем классы. Карта обеспечи-

вается заголовком и соответствующей легендой.

Для подготовки карт к изданию имеются специальные процедуры

экспорта цифровых моделей карт в издательские системы с расслоением по

тематическим слоям и топологическим покрытиям.

Основные функциональные блоки ГИС ИНТЕГРО включают:

– перевод из вектора в сеть и обратно, поскольку основная картогра-

фическая информация содержится в векторном виде, а в то же время

многие прикладные задачи решаются на основе сеточной информа-

ции;

– специальный пакет программ для формирования сети по площади

карты с вычислением из векторной информации таких сеточных ха-

рактеристик, как расстояние от центра заданной ячейки до картогра-

фического объекта, площадь этого объекта в ячейке и т.п. Этот же

пакет обеспечивает интерполяцию поля в изолиниях на сеть и, на-

оборот, построение изолиний по сеточной информации;

– блок обработки и интерпретации геолого-геофизической инфор-

мации, содержащий процедуры трансформации потенциальных по-

лей, расчета различных с.татистик в скользящих окнах, реализации

различных линейных фильтров. Эти процедуры широко используют-

ся при структурно-тектоническом районировании, изучению глубин-

ного строения земной коры, геоэкологических исследованиях, а так-

же как вспомогательные при прогнозе и выделении однородных об-

ластей при автоматизированной генерализации карт;

– блок генрализации геологических карт, включающий программное

обеспечение по работе с векторной информацией для обобщения

картографических объектов при построении мелкомасштабных карт

по крупномасштабным данным;

– блок построения геологических разрезов, оперативно обеспечи-

вающий построение осадочного чехла по информации, содержащей-

ся на геологической карте и в стратиграфической колонке, а также по

рельефу дневной поверхности и фундамента;

– прогнозный блок, реализующий решение задач прогноза твердых по-

лезных ископаемых по комплексу исходных геолого-геофизических

данных и их вторичных характеристик на основе различных алго-

ритмов распознавания образов при наличии эталонных объектов и

кластеризации при отсутствии последних. Результаты прогноза вы-

даются в виде карт с контурами перспективных объектов, ранжиро-

ванными по степени их перспективности, либо в виде карт однород-

ных в пространстве комплекса характеристик областей;

– блок построения комплексных согласованных физико-

геологических моделей земной коры по региональным профилям

(геотраверсам),предназначенный для решения прямых и обратных

задач по основным геофизическим методам (сейсморазведки, элек-

тромагнитных зондирований, гравиразведки и магниторазведки), ус-

тановления связей между физическими свойствами, согласования

границ отдельных блоков раздела и контактных поверхностей, по-

строения согласованных по разным методам физико-геологических

моделей земной коры.

В ГИС ИНТЕГРО используется формат хранения сеточной информа-

ции – таблицы «объекты – свойства» – ТОС для хранения равномерных

прямоугольных сетей, характерных для геофизических данных. Информа-

ция о разных геофизических полях находится в разных свойствах с восьми-

символьным именем и описанием характера использования свойства при

решении задачи.

Информационные свойства разделяются на координатные (координа-

ты объекта в географическом пространстве) и классифицированные, содер-

жащие информацию о принадлежности объекта к тому или иному классу

(например, месторождениям определенного генетического типа).

Свойства, в свою очередь, подразделяются на количественные, номи-

нальные и ранговые.

6.2. Создание цифровых моделей карт на основе

генерализации картографической информации

Создание цифровых моделей геологических карт – основа всех гео-

графических информационных систем, включая ГИС ИНТЕГРО. В то же

время отличительной особенностью ГИС ИНТЕГРО является возможность

генерализации мелкомасштабных карт по крупномасштабным данным и

картам, а также ряд особенностей реализации технологий, рассмотренных

ниже.

При построении цифровых моделей геологических карт первичные

геологические материалы, созданные в системах ГИС ПАРК или Arc Info,

конвертируются в ГИС ИНТЕГРО. Для формата представления цифровых

данных выбрана система Arc Info.

В ГИС ИНТЕГРО в одном слое (покрытии) совмещаются все объек-

ты карты, образованные такими линейными объектами, как тектонические

контакты и нарушения, границы коренных пород и четвертичных отложе-

ний, береговая линия и границы рамки листа.

В отдельных слоях хранится дополнительная информация о разграф-

ке сводного листа с целью картографической привязки исходного листа,

сведения об элементах залегания, флоре и фауне.

Подобная структура снижает затраты на этапе первичной редакции

листа карты, поскольку все полигонообразующие объекты находятся в од-

ном покрытии. Присвоение атрибутов объектам производится на основе ин-

дификатора, содержащегося в базе легенд.

В ГИС ИНТЕГРО реализована технология составления комплекта

Госгеолкарты – 1000 на базе генерализации материалов Госгеолкарта – 200,

всех видов регионального геологического изучения территории в масштабах

1:200 000 и 1:50 000 при одновременной корректировке с учетом серийной

легенды [34].

Генерализация разномасштабной информации осуществляется в со-

ответствии с принципами:

– системности, предусматривающего систематизацию всей исходной

информации в единой базе атрибутивных данных, а объекты разного

уровня генерализации имеют одинаковый принцип выделения, так,

например, при генерализации разломов сохраняются их классифика-

ционные свойства: направление, морфология, генезис, наклон и т.д.;