Шипулин В.Д. Основные принципы геоинформационных систем. Уч. пособие

Подождите немного. Документ загружается.

1.3.5 Что есть Геоинформационное образование?

Геоинформационное образование, ГИС-образование (GIS

education) определяется совокупностью знаний геоинформационной

науки и технологий.

Совокупность знаний ГИСиТ, детально представленная в работе

[25] Консорциума университетов для географической

информационной науки (UCGIS), содержит следующие компоненты.

1) Аналитические методы:

 академические и аналитические начала;

 операции запросов и язык запросов;

 геометрические измерения;

 базисные аналитические операции;

 базисные аналитические методы;

 анализ поверхностей;

 пространственные статистики;

 геостатистики;

 пространственная регрессия и эконометрия;

 сбор данных;

 сетевой анализ;

 оптимизация и моделирование местоположения-

распределения.

2) Концептуальные основания:

 философские основания;

 когнитивные и социальные основания;

 домены географической информации;

 элементы географической информации;

 отношения;

 неоднородности в географической информации.

3) Картография и визуализация:

 история и тенденции;

 рассмотрение данных;

 принципы картографического дизайна;

 техника графического представления;

 картографическая продукция;

 использование и оценки карт.

4) Аспекты проектирования:

 область системного проектирования ГИСиТ;

 определение проекта;

 ресурсы планирования;

 разработка базы данных;

 планирование анализа;

 планирование приложений;

 системы внедрения.

5) Моделирование данных:

 основные структуры хранения и поиска;

 системы управления базами данных;

 мозаичные модели данных;

 векторные и объектные модели данных;

 3D-моделирование неточных и временных явлений.

6) Обработка данных:

 представление трансформаций;

 генерализация и агрегирование;

 управление трансакциями.

7) Геовычисления:

 появление геовычислений;

 аспекты вычислений и нейровычисления;

 клеточные автоматы (КА);

 эвристики;

 генетические алгоритмы;

 агентные модели;

 ммитационное моделирование;

 неопределенность;

 нечеткие множества.

8) Геопространственные данные:

 геометрия Земли;

 системы разделения земли;

 геореференцные системы;

 даты;

 картографические проекции;

 качество данных;

 геодезическая съемка и GPS;

 оцифровка;

 сбор полевых данных;

 аэрофотоизображения и фотограмметрия;

 дистанционное зондирование со спутника и с борта судна;

 метаданные, стандарты и инфраструктуры.

9) ГИСиТ и общество:

 правовые аспекты;

 экономические аспекты;

 использование геопространственной информации;

 геопространственная информация как собственность;

 распространение геопространственной информации;

 этические аспекты;

 критические ГИС.

10) Организационные и институциональные аспекты:

 начала ГИСиТ;

 управление геоинформационными системами и

инфраструктурой;

 организационные структуры и процедуры;

 темы трудовых ресурсов ГИСиТ;

 институциональные и между-институциональные

аспекты;

 организация координирования.

Более детально совокупность знаний представлена в работе [25]. Это

исчерпывающий перечень компонентов знаний, который должен

определять ГИС-образование и лежать в основе определения

содержания ГИС-образования.

В зависимости от объема знаний GIS Educator ESRI различает

следующие уровни ГИС-образования, представленные на Рис. 1.3.1.

Рис. 1.3.1 – Уровни ГИС образования

1.3.6 Что есть геоинформатика?

В работах Кошкарева А.В. и Тикунова В.С. [15, 16], Берлянта А.М.

[26] дано следующее определение геоинформатики:

Геоинформатика (Geoinformatics) - научно-технический

комплекс, объединяющий одноименную отрасль научного знания,

Квалиф

икация

Количество обучающихся

Требуемые

знания

7. Ученый (Scientist)

6. Исследователь (Researcher)

5. Менеджер (Manager)

4. Специалист (Specialist)

3. Аналитик (Analist)

2. Обозреватель (Viewer)

1. Общеобразовательный

(General Public)

технологию и прикладную (производственную) деятельность,

которые связаны со сбором, хранением, обработкой и отображением

пространственных (географических) данных, а также с

проектированием, созданием и эксплуатацией ГИС.

1.3.7 Контрольные вопросы и задания для самостоятельной

работы

1) Что есть географическая информация, географические

данные?

2) Приведите определения понятий Географические

информационные системы, Геоинформационные технологии,

Геоинформационная наука.

3) Каково должно быть содержание Геоинформационного

образования?

4) В чем состоит различие между понятиями Географические

информационные системы и Геоинформатика?

Часть 2

КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ

ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Раздел 2.1

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

2.1.1 Пространство и время

Выделение объекта и предмета познания любой науки опирается

на систему наиболее общих понятий и законов. Для

геоинформационной науки фундаментом решения этой проблемы

может быть философская категория пространства-времени.

Пространство и время существуют не отдельно, а вместе, образовывая

непрерывное многообразие - пространственно-временной континуум.

Пространство является единой формой существования материи [3, с.

541-542].

 Пространство - это форма сосуществования материальных вещей и

явлений.

 Время - это форма выражения сменяемости состояния ма-

териальных объектов и явлений.

Таким образом, каждая вещь, каждый материальный объект находятся

не в пространстве и времени, как обычно говорят, а является частью,

"куском" некоторой области пространства-времени.

Категория пространства характеризуется определенными

свойствами.

 Свойствами общие для пространства и времени: абсолютность,

безграничность, бесконечность, связность, непрерывность,

объективность.

 Свойства специфические для пространства: а) общие -

протяжность, не направленность, трехмерность, структурность;

б) локальные - форма, размеры, местоположение, распределение

вещества, распределение поля, симметрия и асимметрия.

 Свойства специфические для времени: а) общие - длительность,

направленность, одномерность, последовательность, б) локальные

- периоды, моменты, одновременность, ритм, скорость,

асимметрия.

Различают также свойства метрические (связанные с измерениями) и

топологические (связность, непрерывность).

2.1.2 Определение географических объектов

Географические информационные системы моделируют реальное

пространство земной поверхности, которое называют географическим

пространством. Географическое пространство представляет собой

непрерывное разнообразие частей реального земного пространства -

континуум различных географических объектов. Между объектами

формируется сложная система отношений, развивающихся во времени.

Географические объекты – это сущности географического

пространства (объекты, явления, процессы макромира), которые

имеют или могут иметь пространственную привязку (локализацию) в

реальном земном пространстве. Согласно ISO 19101 географический

объект (Feature) – это абстракция реального мира. Географический

объект – это средство моделирования объекта реального мира. Термин

"географический" ассоциируется здесь с характеристикой

пространственности.

Примеры географических объектов: здание, человек, плотность

населения, дерево, лес, область заражения, промышленная зона,

граница, дорожно-транспортное происшествие, зона шума, почвы,

доход, микрорайон, инженерные коммуникации, дорога, река,

административно-территориальная единица, земельный участок…

2.1.3 Виды географических объектов

По способу декомпозиции земного пространства различают

следующие виды географических объектов: дискретные

географические объекты, непрерывные явления, объекты,

обобщенные по площади.

Дискретные географические объекты – это отдельные

отграниченные макротела реального земного пространства. В любом

месте земного пространства дискретные географические объекты

могут находиться или отсутствовать. Например, колодцы, ДТП,

дороги, трубопроводы, здания, кварталы, зоны…

Непрерывные явления (поля) характеризуют территорию в целом, а

не отдельные объекты. Например: поверхности, осадки, температура

могут измеряться в любом месте территории и характеризовать ее в

целом. Непрерывность явлений проявляется в том, что невозможно

указать промежутки на площади распространения явлений, в которых

бы они отсутствовали. Несмотря на то, что данные меняются

непрерывно, границами указывают дискретное изменение величины в

определенных пределах (например, типы почв). Непрерывные объекты

заполняют всю моделируемую поверхность, "пронизывая" друг друга,

их можно трактовать как свойства пространства или самой

моделируемой поверхности.

Объекты, обобщенные по площади, отображают обобщенную

характеристику или концентрацию отдельных объектов в пределах

данной области. Статистические показатели обобщаются для

определенной территории. Обобщенные показатели характерны для

административных районов, почтовых отделений, подрайонов

милиции…Пример объектов, обобщенных по площади: количество

домов в округе, плотность улично-дорожной сети, население жилых

кварталов.

По структуре географические объекты подразделяются на

элементарные (простые), составные и сложные.

 Элементарный объект не имеет составных частей (например,

отдельное здание).

 Составной объект образуется группой других объектов с

определенным (направленным) порядком их следования при

образовании определяемого объекта (например, отдельное здание,

состоящее из частей).

 Сложный объект образуется группой других объектов

(элементарных, составных, сложных), порядок следования

которых при образовании определяемого объекта не фиксирован

(например, ансамбль зданий).

По форме существования географические объекты подразделяются на

материальные (реальные) и абстрактные (виртуальные).

 Реально существующие географические объекты, явления и

события могут восприниматься либо непосредственно, с помощью

органов чувств, либо опосредованно, с применением приборов

 Виртуальные объекты могут не существовать в реальности, но

быть отображаемыми. К ним относятся объекты: существовавшие

в прошлом, существование которых предполагается в будущем и

воображаемые. Воображаемыми объектами являются границы,

красные линии, горизонтали и т. п.

2.1.4 Способы локализации географических объектов

Локализация – это средство указания местоположения на Земле.

Локализация возможна посредством координат, указания адреса,

указания района.

Локализация посредством координат является наиболее точной.

Могут быть использованы географические координаты (широта,

долгота) или декартовы координаты проецирования на плоскость

(абсцисса, ордината).

Табл. 2.1.1 - Пример локализации городов посредством

географических координат

Название

города

Широта Долгота Количество

жителей

Лондон 51 с 0 5000

Цюрих 47 с 8 в 300

Лейпциг 51 с 12 в 700

Мадрид 40 с 4 в 3000

Харьков 49 с 36 в 1500

Локализация посредством указания района широко

распространена в обыденной жизни. Для однозначной локализации

район должен иметь определенные границы. Районы с размытыми

границами, например, исторически сложившиеся поселки или

территории вблизи объектов, не имеют точной привязки.

Табл. 2.1.2 - Пример локализации купли-продажи квартир

указанием района.

Название

района

Комнат Площадь Этаж

Этажей Цена

Сев. Салтовка 1 17,5 6 9 5400

Алексеевка 1 17,5 10 12 6500

Павлово поле 1 17,5 5 5 7200

Район ХТЗ 1 17,5 3 12 6000

Район ХТЗ 2 27 3 4 8500

Павлово поле 2 30 3 5 9500

Сев. Салтовка 2 28 9 9 8050

Новые дома 2 31 2 5 8000

Локализация посредством указания адреса наиболее

распространенная текстовая форма.

Табл. 2.1.3 - Пример локализации объекта посредством указания

адреса объекта.

Объект Адрес

Горисполком Пл. Конституции, 7

Академия Ул. Революции, 12

Иванов И.И. Ул. Пушкинская, 36, кв.18

2.1.5 Контрольные вопросы и задания для самостоятельной

работы

1) Что такое географические объекты?

2) Какие различают виды географических объектов?

3) Приведите характеристики способов локализации

географических объектов?