Географическая информационная система

редактировать
Система для сбора, управления и представления географических данных Базовая концепция ГИС

A географическая информационная система (ГИС ) - это концептуальная структура, которая обеспечивает возможность сбора и анализа пространственных и географических данных. ГИС-приложения (или ГИС-приложения) - это компьютерные инструменты, которые позволяют пользователю создавать интерактивные запросы (пользовательские поисковые запросы), хранить и редактировать пространственные данные и непространственные данные, анализировать пространственную информацию и визуально обменивать результаты этих операций. представляя их в виде карт.

Географическая информатика (или GIScience) - научное изучение географических концепций, приложений и систем - также обычно инициализируется как ГИС.

Географическая информация используются в различных технологиях, процессах, методах и методах. Они включают различные операции и многочисленные приложения: проектирование, планирование, управление, транспорт / логистики, страхование, телекоммуникации и бизнес. По этой причине приложения ГИС и анализа местоположения лежат в основе сервисов определения местоположения, которые полагаются на географический анализ и визуализацию.

ГИС использует ранее несвязанную информацию за счет использования местоположения в качестве ключевой индексной возможности использовать ». Местоположения и экстенты, которые находятся в пространстве-времени Земли, могут быть записаны через дату и время появления, а также координаты x, y и z ; представляющие, долготу (x), широту (y) и высоту (z). Все наземные пространственно-временные привязки местоположения и протяженности связаны друг с другом и в соответствии с расчетом, с «реальным» физическим местоположением или протяженностью. Эта ключевая характеристика ГИС начала открывать новые возможности для научных исследований и исследований.

Содержание

  • 1 История развития
  • 2 Методы и технологии
    • 2.1 Связь информации из разных источников
    • 2.2 Неопределенность ГИС
    • 2.3 Представление данных
    • 2.4 Сбор данных
    • 2.5 Растр - Векторное преобразование
    • 2.6 Проекции, системы координат и регистрация
  • 3 Пространственный анализ с помощью ГИС
    • 3.1 Наклон и аспект
    • 3.2 Анализ данных
    • 3.3 Топологическое моделирование
    • 3.4 Геометрические сети
    • 3.5 Гидрологическое моделирование
    • 3.6 Картографическое моделирование
    • 3.7 Наложение карты
    • 3.8 Геостатистика
    • 3.9 Адресное геокодирование
    • 3.10 Обратное геокодирование
    • 3.11 Анализ решений по нескольким критериям
    • 3.12 Вывод данных и картография
    • 3.13 Методы графического отображения
    • 3.14 Пространственный ETL
    • 3.15 Интеллектуальный анализ данных ГИС
  • 4 Приложения
    • 4.1 Стандарты Open Geospatial Consortium
    • 4.2 Веб-картография
    • 4.3 Добавление времени измерения
  • 5 Семантика
  • 6 Зн ачение ГИС в обществе
    • 6.1 В образовании
    • 6.2 В местном самоуправлении
  • 7 См.
  • 8 Ссылка es
  • 9 Дополнительная литература
  • 10 Также Внешние ссылки

История развития

Фраза «географическая информационная система» была придумана Роджером Томлинсоном в 1968 году, когда он опубликовал научную статью «Географическая информационная система для регионального планирования». Томлинсону, признанному «отцом ГИС», приписывают создание первой компьютеризированной ГИС в результате его работы над Канадской географической информационной системой в 1963 году. В конечном итоге Томлинсон создал основу для базы данных, которая хранит и анализирует огромные объемы данных; что привело к тому, что канадское правительство смогло реализовать свою Национальную программу управления землепользованием.

Э. Версия У. Гилберта (1958) карты Джона Сноу 1855 года вспышки Сохо показывающая кластеры случаев холеры в Лондон эпидемия 1854 года

Один из первых из известных случаев использования пространственного анализа произошел в области эпидемиологии в "Сообщение о марше и действиях холера в Париже и департаменте Сена " (1832 г.). Французский географ и картограф создал карту, на которой обозначены сорок восемь округов в Париж с использованием цветовых градиентов полутонов для визуального представления количества зарегистрированных смертей от холеры на каждые 1000 жителей.

В 1854 году Джон Сноу, эпидемиолог и врач, смог определить вспышки холеры в Лондоне с помощью пространственного анализа. Сноу удалось добиться этого, нанеся на карту местности жительства каждойвы, а также близкие источники воды. После того, как эти точки были отмечены, он смог визуализировать источник воды вере, ответственный за вспышку. Это было одно первых из успешных применений географической методологии для источника вспышки в эпидемиологии. Хотя основные элементы топологии и темы существовали ранее в картографии, карта Сноу была уникальной благодаря использованию им картографических методов, не только для изображения, но и для анализа кластеров географически зависимых явлений.

В начале 20 века появилась технология фотоцинкографии, которая позволила разбивать карты на слои, например, один слой для растительности, а другой - для воды. Это особенно использовалось для печати контуров - наличие их на отдельном слое означало, что над ними можно было работать без других слоев, чтобы запутать рисовальщика. Первоначально эта работа нарисована на стеклянных пластинах, но позже была представлена ​​пластиковая пленка , которая помимо прочего была легче, занимала меньше места для хранения и была менее хрупкой. Когда все слои были закончены, они были объединены в одно изображение с помощью большой технологической камеры. Как только появилась цветная печать, используются новые идеи для создания отдельных печатных форм для каждого цвета. Хотя использование методов намного позже стало одним из основных характерных черт современной ГИС, только что описанный фотографический процесс сам по себе не считается ГИС - карты были просто изображения без базы данных, с которой можно было бы связать их.

На заре ГИС следует отметить два дополнительных события: публикацию Яна МакХарга «Дизайн с природой» и ее методы наложения карты и введение уличной сети в DIME (двойное независимое кодирование карт) Бюро переписи населения США.

Разработка компьютерного оборудования, стимулированная исследования в области ядерного оружия, к началу 1960-х годов привела к появлению универсальных компьютерных "картографических" приложений.

В 1960 году были созданы первые в настоящие мире оперативные ГИС была заложена в Оттаве, Онтарио, Канада, федеральным министерством лесного хозяйства и развития негативной информации. Разработанная доктором Роджером Томлинсоном, она называлась Канадской географической информационной системой (CGIS) и использовалась для хранения, анализа и обработки данных, собранных для Канадской земельной инвентаризации. - попытка определить возможности земли для использования посредством почтового сообщения , сельском хозяйстве, отдыхе, дикой природе, водоплавающих птиц, лесном хозяйстве и землепользовании. в масштабе 1: 50 000. Для анализа был также добавлен рейтинг классификации.

CGIS была усовершенствованием по сравнению с приложениями «компьютерного картографирования», поскольку она предоставляет возможности для приложений, измерения и оцифровки / сканирования. Он поддерживал национальную систему координат, охватывающую континент, закодировал линии как дуги, имеющий истинную встроенную топологию , и хранил атрибуты и информацию о новых файлах. В результате Томлинсон известен как «отец ГИС», особенно за использование наложений в продвижении пространственного анализа конвергентных географических данных.

CGIS просуществовала до 1990-х годов и создала большую цифровую базу данных земельных ресурсов в Канаде. Он разработан как система на базе мэйнфрейма для поддержки планирования и управления ресурсами на федеральном и региональном уровнях. Его сильной стороной был общеконтинентальный анализ сложных наборов данных . CGIS никогда не поступала в продажу.

В 1964 году Ховард Т. Фишер создал Лабораторию компьютерной графики и пространственного анализа в Гарвардской высшей школе дизайна (LCGSA 1965–1991), где был разработан ряд важных теоретических концепций в области пространственного дизайна. была заложена обработка данных, которая к 1970-м годам распространила оригинальный программный код и системы, такие как SYMAP, GRID и ODYSSEY, которые служили источниками для первой коммерческой, среди университетов, исследовательских центров и корпораций по всему миру.

К концу 1970-х годов две общедоступные ГИС-системы (MOSS и GRASS GIS ) находились в разработке, а к началу 1980-х - MS Computing ( Intergraph ) вместе с Bentley Systems Incorporated для платформы CAD, Институт исследований экологических систем (ESRI ), CARIS (Компьютерная информационная система по ресурсам), MapInfo Corporation и ERDAS (Система анализа данных о ресурсах Земли) появились как коммерческие поставщики программного обеспечения ГИС, успешно i nвключение многих функций CGIS, сочетающих подход первого поколения к разделению пространственной и атрибутивной информации с подходом второго поколения к организации данных атрибутов в структуры базы данных.

В 1986 году система отображения и анализа картографии (MIDAS), первый настольный ГИС-продукт был выпущен для операционной системы DOS. В 1990 году он был переименован в MapInfo для Windows, когда был перенесен на платформу Microsoft Windows. Это положило начало процессу переноса ГИС из исследовательского отдела в бизнес-среду.

К 20-го века быстрый рост различных систем был консолидирован и стандартизирован на относительно небольшом конце платформы, и пользователи начали изучать возможность просмотра данных ГИС через Интернет, требуя данных формата и стандартов передачи. В последнее время растет число Покупаю пакеты ГИС с открытым исходным кодом, используемые в различных системах, и их можно настроить для выполнения конкретных задач. Все чаще используют распространенные данные и картографические приложения становятся доступными через World Wide Web (см. Список программного обеспечения ГИС § ГИС как услуга ).

Опубликовано несколько статей по истории ГИС.

Методы и технологии

Современные ГИС-технологии используют цифровую информацию, для чего используются различные методы создания цифровых данных - это оцифровка, где бумажная копия карты или плана съемки передается на цифровой носитель с помощью программы САПР и географической привязки. При широкой доступности орто-ректифицированные изображения (со спутников, самолетов, геликитов и Предварительная оцифровка является основным средством извлечения географических данных. Прямая оцифровка предполагает отслеживание географических данных непосредственно поверх изображения аэрофотоснимок вместо традиций. ционного метода географической формы на отдельном оцифровка планшета (оцифровка сверху вниз).

Геообработка - это ГИС-операция, используемая для управления пространственными данными. Типичная операция геообработки принимает входной набор данных , выполняет операцию с этим набором данных и возвращает результат операции как выходной набор данных. Общие операции геообработки включают наложение географических объектов, выбор и анализ объектов, обработку топологии,, обработку растра и преобразование данных. Геообработка позволяет определять, управлять и анализировать информацию, используемую для принятия решений.

Связь информации из разных источников

ГИС пространственно-временное (пространство-время ) местоположение в качестве ключевой индексной переменной для всей остальной информации. Подобно, как реляционная база данных, содержащая текст или число, может связывать множество различных таблиц с помощью общих индексных чисел, используя местоположение в качестве ключевой индексной переменной. Ключ - это местоположение и / или протяженность в простран-времени.

Любая переменная, которая может быть указана в пространстве, так и во времени. Местоположение или протяженность в пространстве-времени Земли могут быть записаны как дата / время возникновения, а координаты x, y и z отложить, долготу, широту, и высота соответственно. Эти координаты системы измерения пространственно-временных привязок (например, номер кадра фильма, станцию ​​измерения потока, отметку мили на шоссе, контрольный ориентир геодезиста, адрес, перекресток улиц, входные ворота, зондирование глубины воды, POS или CAD исходная точка чертежа / единицы). Единицы, применяемые к записанным временно-пространственным данным, могут широко использоваться (даже при использовании одних и тех же данных, см. картографические проекции ), но все наземные пространственно-временные координаты и ссылки на экстенты в идеале должны быть связаны с друг друга и, в конечном итоге, до «реального» физического местоположения или протяженности в визу-времени.

Связанные с точной пространственной информацией, невероятное разнообразие реальных и прогнозируемых прошлых или будущих данных может быть проанализировано, интерпретировано и представлено. Эта ключевая характеристика ГИС начала открывать новые возможности для научных исследований поведения и модели реальной информации, которые ранее не подвергались систематической корреляции.

Неопределенности ГИС

Точность ГИС зависит от исходных данных, и как он кодируется для ссылок на данные. Геодезисты смогли достичь высокого уровня определения местоположения, используя координаты, полученные с помощью GPS. Цифровые изображения местности и аэрофотоснимки с высоким разрешением, мощные компьютеры и веб-технологии меняют качество, полезность и ожидания от ГИС, чтобы служить обществу в большом масштабе, но, тем не менее, есть и другие исходные данные, которые влияют на общую точность ГИС, например, бумажные карты, хотя они могут иметь ограниченное применение для достижения желаемой точности.

При разработке цифровой топографической базы данных для ГИС, топографические карты основной, а аэрофотосъемка и спутниковые снимки - дополнительные источники для сбора данных и определения атрибутов, которые могут быть нанесены на карту слоями по факсиме местоположения в масштабе. Масштаб и тип представления географической карты являются важными аспектами области, поскольку информационное содержание в основном зависит от набора масштабов и, как следствие, возможности размещения представлений карты. Чтобы оцифровать карту, карту необходимо проверить в пределах теоретических размеров, затем отсканировать в растровый формат, и результирующим растровым данным необходимо придать теоретический размер с помощью процесса резиновой пленки сшивки / деформации.

Количественный анализ карт позволяет сосредоточить внимание на точности. Электронное и другое оборудование, используемое для измерений в ГИС, намного точнее, чем машины для обычного анализа карт. Все данные по своей природе неточны, и эти неточности будут распространяться через ГИС-операции, которые предсказать.

Представление данных

Данные ГИС предоставляют реальные объекты (такие как дороги, землепользование, возвышенность, деревья, водные пути и т. Д.) с цифровыми данными, определяющими сочетание. Реальные объекты можно разделить на две абстракции: дискретные объекты (например, дом) и непрерывные поля (например, количество осадков или высоты). Традиционно существует два широких метода, используемых для хранения данных в ГИС для типов типов ссылок на отображение абстракций: растровые изображения и на. Точки, линии и многоугольники - это ссылки на атрибуты отображаемого местоположения. Новый гибридный метод хранения данных - это метод идентификации облаков точек, которые объединяют трехмерные точки с информацией RGB в каждой точке, возвращая «трехмерное цветное изображение ». Таким образом, тематические карты ГИС становятся все более и более реалистичными и визуально описывающими то, что они намеревались показать или определить.

Список популярных форматов файлов ГИС, таких как шейп-файлы, см. В разделе Форматы файлов ГИС § Популярные форматы файлов ГИС.

Сбор данных

Пример оборудования для отображения (GPS и лазерный дальномер ) и сбор данных (защищенный компьютер ). Текущая тенденция для географических информационных систем (ГИС) заключается в том, что точное картографирование и анализ данных выполняются в полевых условиях. Изображенное оборудование (технология field-map ) используется в основном для инвентаризации лесов, мониторинга и картирования.

Сбор данных - ввод информации в систему - отнимает большую часть времени ГИС практикующие. Существует множество методов, используемых для ввода данных в ГИС, где они хранятся в цифровом формате.

Существующие данные, напечатанные на бумаге или ПЭТ-пленке карты, могут быть оцифрованы или отсканированы для получения цифровых данных. Дигитайзер создает векторные данные, когда оператор отслеживает точки, линии и границы многоугольника на карте. Сканирование карты приводит к получению растровых данных, которые затем могут быть обработаны для получения векторных данных.

Съемочные данные могут быть непосредственно введены в ГИС из цифровых систем сбора данных на геодезических инструментах с использованием метода, называемого координатной геометрией (COGO). Позиции из глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS ), например, Global Positioning System, также могут быть собраны и затем импортированы в ГИС. Текущая тенденция в сборе данных дает пользователям возможность использовать полевые компьютеры с возможностью редактирования данных в реальном времени с помощью беспроводных подключений или отключенных сеансов редактирования. Это было улучшено доступностью недорогих картографических устройств GPS с дециметровой точностью в реальном времени. Это устраняет необходимость в постобработке, импорте и обновлении данных в офисе после завершения полевых исследований. Это включает в себя возможность включать позиции, полученные с помощью лазерного дальномера. Новые технологии также позволяют пользователям создавать карты, а также проводить анализ непосредственно в полевых условиях, что делает проекты более эффективными и более точными.

Данные дистанционного зондирования также играют важную роль в сборе данных и состоят из датчиков, прикрепленных к платформе. Датчики включают камеры, цифровые сканеры и лидар, тогда как платформы обычно состоят из самолетов и спутников. В Англии в середине 1990-х годов гибридные воздушные змеи / воздушные шары, названные геликитами, первыми впервые применили компактные бортовые цифровые камеры в качестве бортовых геоинформационных систем. Программное обеспечение для измерений с самолета с точностью до 0,4 мм использовалось для связывания фотографий и измерения земли. Геликиты недороги и собирают более точные данные, чем самолеты. Геликиты могут использоваться над дорогами,железными дорогами и городами, где беспилотные летательные аппараты (БПЛА) запрещены.

В последнее время стал возможен сбор данных с воздуха с помощью миниатюрных БПЛА. Например, Aeryon Scout использовался для картографирования области площадью 50 акров с расстояний наземного образца 1 дюйм (2,54 см) всего за 12 минут.

Большая часть цифровых данных в настоящее время поступает из интерпретации фотографий аэрофотоснимков. Рабочие станции с электронным копированием используются для оцифровки функций из стереопар цифровых фотографий. Эти системы позволяют собирать данные в двух и трех измерениях, с измерением высоты непосредственно от стереопары, используя принципы фотограмметрии. Аналоговые аэрофотоснимки необходимо сканировать перед вводом в систему электронного копирования, для высококачественных цифровых фотоаппаратов этот шаг пропускается.

Спутниковое дистанционное зондирование - еще один важный источник пространственных данных. Здесь спутники используют пакеты датчиков для пассивного измерения коэффициента отражения от частей электромагнитного компонента или радиоволн, которые исходят от активного датчика, такого как радар. Дистанционное зондирование растровых данных, которые могут быть обработаны с использованием различных типов объектов и классов, представляющих интерес, земного покрова.

При захвате данных пользователь должен учитывать, следует ли собирать данные с относительной или абсолютной точностью, поскольку это может повлиять не только на то, как информация будет интерпретироваться, но и на стоимость сбора данных.

После ввода данных в ГИС данные обычно требуют редактирования, удаления ошибок или дальнейшей обработки. Для векторных данных их необходимо сделать «топологически правильными», прежде чем их можно будет использовать для расширенного анализа. Например, в дорожной сети линии должны соединяться с узлами на перекрестке. Также должны быть устранены такие ошибки, как недолеты и перерегулирования. Для отсканированных карт, возможно, потребуется удалить дефекты исходной карты из результирующего растра . Например, пятнышко грязи может соединить две линии, которые не следует соединять.

Преобразование растрового изображения в вектор

ГИС может выполнять реструктуризацию данных для преобразования данных в различных форматах. Например, ГИС можно использовать для преобразования карты спутникового изображения в векторную структуру путем создания линий вокруг всех ячеек с одинаковой классификацией, при этом определяя пространственные отношения ячеек, такие как взаимосвязь или включение.

Более продвинутая обработка данных может происходить с помощью обработки изображений, методики, разработанной в конце 1960-х годов НАСА и частным сектором для повышения контрастности, рендеринга ложных цветов и множество других методов, включая использование двумерных преобразований Фурье. Регистрируются цифровые данные, два источника данных несовместимы. Таким образом, ГИС должна уметь преобразовывать географические данные из одной структуры в другую. При этом неявные предположения, лежащие в основе различных онтологий и классификаций, анализа. Онтологии объектов получили все большее распространение благодаря объектно-ориентированному программированию и постоянной работе Барри Смита и его сотрудников.

Проекции, системы координат и регистрация

Земля может быть представлена ​​различными моделями, каждая из различных наборов координат (например, широту, долготу, высоту) для любой заданной точки на поверхности Земли. Самая простая модель - предположить, что Земля представляет собой идеальную сферу. По мере накопления новых измерений Земли модели Земли становились все более сложными и точными. Фактически, существуют модели, называемые датумами, которые применяются к областям Земли для повышенной точности, например, NAD83 для измерений в США и Мировая геодезическая система для измерений по всему миру.

Пространственный анализ с помощью ГИС

Пространственный анализ ГИС - быстро меняющаяся область, и пакеты ГИС все чаще включает аналитические инструменты как стандартные встроенные средства, как дополнительные наборы инструментов, как надстройки или аналитиков ». Во многих случаях предоставлены услуги исходящих поставщиков программного обеспечения (коммерческими поставщиками или совместными некоммерческими группами разработчиков), в то время как в других случаях средства предоставлены третьими сторонами. Кроме того, предоставляются продукты программного обеспечения разработки программного обеспечения (SDK), языки программирования и языков, средства сценариев и специальные интерфейсы для разработки приложений аналитических инструментов или вариантов поддержки. Повышенная доступность создала новое измерение в бизнес-аналитике, называемое «пространственным интеллектом », которое при открытой доставке через интранет демократизированного доступа к географическим и социальным сетевым данным. Геопространственный интеллект, основанный на пространственном анализе ГИС, также стал ключевым элементом безопасности. ГИС в целом можно описать как преобразование в представление или в любой другой процесс оцифровки.

Уклон и аспект

Уклон можно определить как крутизну или уклон ландшафта, обычно измеряемый как угол в градусах или в процентах. Аспект может быть определен как направление, в котором обращена единица местности. Аспект обычно выражается в градусах от севера. Уклон, аспект и кривизна поверхности в оценке уровня получаются операции с использованием значений соседних соседей ячейки. Уклон - это функция разрешения, и всегда следует указывать пространственное разрешение, используемое для расчета уклона и свойств. Различные авторы сравнивали методы расчета уклона и разреза.

Для получения уклона и особенностей можно использовать следующий метод:. Высота в точке или единице местности будет иметь перпендикулярные касательные (наклон), проходящие через точку в направлении восток-запад и север-юг. Эти две касательные дают две составляющие, ∂z / ∂x и ∂z / ∂y, которые используются для определения общего направления уклона и особенности уклона. Градиент определяет как основные компоненты, равные частные производные поверхности по направлениям x и y.

Расчет общего наклона S сетки 3 × 3 и аспектов A для методов, определяющих восток -западный и север-южный компоненты используют следующие формулы соответственно:

загар ⁡ S = (∂ z ∂ x) 2 + ( ∂ Z ∂ Y) 2 {\ displaystyle \ tan S = {\ sqrt {\ left ({\ frac {\ partial z} {\ partial x}} \ right) ^ {2} + \ left ({\ frac {\ частичный z} {\ partial y}} \ справа) ^ {2}}}}{\ displaystyle \ tan S = {\ sqrt {\ left ({\ frac {\ partial z} {\ partial x}} \ right) ^ {2} + \ left ({\ frac {\ partial z} {\ partial y}} \ right) ^ {2}}}}
загар ⁡ знак равно (- ∂ Z ∂ Y) (∂ Z ∂ x) {\ displaystyle \ tan A = {\ frac {\ left ({\ frac {- \ partial z} {\ partial y}} \ right)} {\ left ({\ frac {\ partial z} {\ partial x}} \ right)}}}{\ displaystyle \ tan A = {\ frac {\ left ({\ frac {- \ partial z} {\ partial y}} \ right)} {\ left ({\ frac {\ partial z} {\ partial x}} \ right)}}}

Чжоу и Лю описывают другую формулу для уравнений следующим образом:

A = 270 ∘ + arctan ⁡ ((∂ z ∂ x) (∂ z ∂ y)) - 90 ∘ ⋅ (∂ z ∂ y) | ∂ z ∂ y | {\ displaystyle A = 270 ^ {\ circ} + \ arctan \ left ({\ frac {\ left ({\ frac {\ partial z} {\ partial x}} \ right)} {\ left ({\ frac { \ partial z} {\ partial y}} \ right)}} \ right) -90 ^ {\ circ} \ cdot {\ frac {\ left ({\ frac {\ partial z} {\ partial y}} \ right)} {\ left | {\ frac {\ partial z} {\ partial y}} \ right |}}}{ \ Displaystyle A = 270 ^ {\ circ} + \ arctan \ left ({\ frac {\ left ({\ frac {\ partial z} {\ partial x}} \ right)} {\ left ({\ frac {\ частичный z} {\ partial y}} \ right)}} \ right) -90 ^ {\ circ} \ cdot {\ frac {\ left ({\ frac {\ partial z} {\ partial y}} \ right) } {\ left | {\ frac {\ partial z} {\ partial y}} \ right |}}}

Анализ данных

Трудно связать водно-болотные угодья карты до количество осадков, зарегистрированное в точках, таких как аэропорты, телевизионные станции и школы. Однако ГИС можно использовать для изображения двух- и трехмерных характеристик земной поверхности, недр и атмосферы с информационных точек. Например, ГИС может быстро создать карту с изоплетой или контурными линиями, которые указывают разное количество осадков. Такую карту можно представить как контурную карту осадков. Многие сложные методы позволяют выполнить тесты на основе ограниченного количества точечных измерений. Двумерная контурная карта, созданная при моделировании поверхности точек дождя, может быть наложена и проанализирована с любой другой картой в ГИС, охватывающей ту же территорию. Затем эта карта, полученная с помощью ГИС, может предоставить дополнительную информацию, такую ​​как жизнеспособность гидроэнергетики как возобнового источника энергии. Точно так же ГИС можно использовать для сравнения возобновляемых источников энергии, чтобы найти лучший географический потенциал для региона.

Кроме того, из серии трехмерных точек или цифровых моделей высот, изоплетные линии, представляющие изолинии высот, могут быть созданы вместе с анализом уклонов, заштрихованным рельефом и другими продуктами высот. Водоразделы можно легко определить для любого заданного участка, вычислив все участки, прилегающие и поднимающейся в гору от любой заданной точки интереса. Точно так же ожидаемый тальвег того места, где поверхностные воды перемещаются в прерывистых и постоянных потоках, может быть вычислен на основе данных о высоте в ГИС.

Топологическое моделирование

ГИС может распознавать и анализировать пространственные отношения, обращать в пространственных данных, хранящихся в цифровом виде. Эти топологические связаныи позволяют выполнять сложное пространственное моделирование и анализ. Топологические отношения между геометрическими объектами, традиционно включающими взаимосвязь (что к чему-то окружает), включение (что что окружает) и близость (насколько близко к чему-то другому).

Геометрические сети

Геометрические сети - это линейные сети объектов, которые могут представить различные объекты и для выполнения специального пространственного анализа на них. Геометрическая сеть состоит из ребер, которые соединяются в точках соединения графам в математике и информатике. Как и в случае с графами, можно использовать для более точного представления различных взаимосвязанных функций. Геометрические сети часто используются для моделирования дорожных сетей и коммунальных сетей, таких как электрические, газовые и водные сети. Сетевое моделирование также обычно используется в планировании транспортировки, моделировании гидрологии и моделировании инфраструктуры.

Гидрологическое моделирование

Гидрологические модели ГИС могут обеспечить пространственный элемент, которого нет в других гидрологических моделях, с анализом числа, таких как уклон, аспект и водораздел или площадь водосбора. Анализ ландшафта имеет фундаментальное значение для гидрологии, поскольку вода всегда течет по склону. Временный анализ ландшафта цифровой модели рельефа (ЦМР) включает анализ в себя расчет уклона и аспекты, ЦМР очень полезны для гидрологического. Наклон и аспект могут быть использованы для определения направления поверхностного стока и, следовательно, накопления стока для ручьев, рек и озер. Области расходящегося потока также дать четкое указание на границе водосбора. После создания матрицы направления потока и накопления можно выполнить запросы. Эти факторы могут влиять на скорость инфильтрации и эвапотранспирации и, следовательно, влиять на поверхностный поток. Одно из основных применений гидрологического моделирования - исследования загрязнения окружающей среды. Другие применения гидрологического моделирования включают картографирование подземных и поверхностных вод, а также карты риска наводнений.

Картографическое моделирование

Пример использования слоев в приложении ГИС. В этом примере слой лесного покрова (светло-зеленый) образует нижний слой с топографическим слоем поверх него. Далее идет слой стоячей воды (пруд, озеро), далее идет слой воды (ручей, река), за которым следует пограничный слой и, наконец, слой дороги сверху. Порядок очень важен для правильного отображения конечного результата. Обратите внимание, что пруды наслоены под потоками, так что линия потока может быть видна над одним из прудов.

Дана Томлин, вероятно, ввел термин «картографическое моделирование» в своей докторской диссертации (1983); Позже он использовал его в названии своей книги «Географические информационные системы и картографическое моделирование» (1990). Картографическое моделирование - это процесс, при котором несколько тематических слоев одной и той же области создаются, обрабатываются и анализируются. Томлин использовал растровые слои, но метод наложения (см. Ниже) можно использовать и в более общем плане. Операции со слоями карты могут быть объединены в алгоритмы и, в конечном итоге, в модели моделирования или оптимизации.

Наложение карты

Комбинация нескольких наборов пространственных данных (точки, линии или многоугольники ) создает новый выходной векторный набор данных, визуально похожий на наложение нескольких карт одного и того же область. Эти наложения аналогичны наложениям математической диаграммы Венна. Наложение union объединяет географические объекты и таблицы атрибутов обоих входных данных в один новый выходной файл. Наложение пересечение определяет область, в которой оба входа перекрываются, и сохраняет набор полей атрибутов для каждого. Наложение симметричной разницы определяет область вывода, которая включает в себя общую площадь обоих входов, за исключением области перекрытия.

Извлечение данных - это процесс ГИС, аналогичный векторному наложению, хотя его можно использовать как при анализе векторных, так и растровых данных. Вместо объединения свойств и возможностей Для обоих наборов данных извлечение данных включает использование «вырезки» или «маски» для извлечения характеристик одного набора данных, которые попадают в пространственный экстент другого набора данных.

Анализ растровых данных наложение наборов данных выполняется с помощью процесса, известного как «локальная операция над использованием растрами» или «алгебра карт », с помощью функций, которая объединяет значения каждого растровая матрица. Эта функция может взвешивать одни исходные данные больше, чем, благодаря использованию «индексной модели», которая влияет на различные факторы на географическое явление.

Геостатистика

Геостатистика - это раздел статистики, имеющий дело с полевыми данными, пространственными данными с непрерывным индексом. Он использует методы для моделирования пространственной корреляции и прогнозирования значений в произвольных местах (интерполяция).

Когда явления измеряются, методы наблюдения определяют точность любого последующего анализа. Из-за характера данных (например, схемы дорожного движения в городской среде; погодные условия над Тихим океаном ) при измерениях всегда теряется постоянная или динамическая степень точности. Эта потеря точности определяется масштабом и распределением сбора данных.

Для определения статистической релевантности анализа определяет среднее значение, так что точки (градиенты) вне любого непосредственного измерения могут быть включены для определения их прогнозируемого поведения. Это связано с ограничениями применяемых методов и сбора данных, а также требуется интерполяция для прогнозирования поведения частиц, точек и местоположений, которые не поддаются непосредственному измерению.

Модель Hillshade, полученная на основе цифровой модели рельефа Валестра в северных Апеннинах (Италия)

Интерполяция - это создание поверхности, обычно набора растровых данных, путем ввода данных, собранных в нескольких точках выборки. Существует несколько форм интерполяции, каждая из которых обрабатывает данные по-разному, в зависимости от характеристик набора данных. При сравнении методов интерполяции в первую очередь следует учитывать, изменятся ли исходные данные (точные или приблизительные). Далее следует вопрос о том, является ли метод субъективным, человеческим или объективным. Кроме того, есть характер переходов между точками: резкие они или соответствующие того. Наконец, есть ли метод глобальный (он использует весь набор данных для формирования моделей) или локальный, когда алгоритм повторяется для небольшого участка местности.

Интерполяция является оправданным измерением из принципа пространственной автокорреляции, который признает, что данные, собранные в любом месте, будут иметь большое сходство или влияние на эти положения с непосредственной близостью.

Цифровые модели рельефа, триангулированные нерегулярные сети, алгоритмы обнаружения границ, полигоны Тиссена, анализ Фурье, (взвешенное) перемещение средние значения, взвешивание с обратной зависимостью расстояния, кригинг, сплайн и анализ поверхности тренда - все это математические методы для получения интерполяционных данных.

Геокодирование адресов

Геокодирование - это интерполяция пространственных местоположений (координат X, Y) из уличных или любых других данных с пространственной привязкой, таких как почтовые индексы, участки участков и адрес. Для геокодирования отдельных адресов требуется справочная тема, например файл осевой линии дороги с диапазонами адресов. Исторически местоположения адресов интерполировались или оценивались путем изучения диапазонов вдоль сегмента дороги. Обычно они предоставляют в виде таблицы или базы данных. Затем программа поместит точку примерно в том месте, где находится этот адрес вдоль сегмента центральной линии. Например, адресная линия 500 будет в средней точке линии с первого адреса 1, 1. Геокодирование Начальная точка зрения фактическим данным об участках, как правило, из карт муниципальных налоговых участков. В этом случае геокодирования будет позиционированное пространство, а не интерполированная точка. Этот подход все чаще используется для получения более точной информации о новом.

Обратное геокодирование

Обратное геокодирование - это процесс возврата примерного номера почтового адреса, относящегося к заданной координате. Например, пользователь может щелкнуть тему осевой линии (таким образом, указать координаты) и получить информацию, соответствующую предполагаемому номеру дороги. Этот номер дома интерполируется из диапазона, присвоенного этому сегменту дороги. Если пользователь щелкает по средней точке сегмента, который начинается с адреса 1 и заканчивается 100, возвращаемое значение будет где-то около 50. Обратите внимание, что обратное геокодирование не возвращает фактические адреса, а только оценки того, что должно быть там на основе заранее определенного диапазона.

Многокритериальный анализ решений

В сочетании с ГИС, многокритериальный анализ решений методы дают лицам, принимающим решения, анализировать набор альтернативных пространственных решений, таких как наиболее вероятная экологическая среда обитания для восстановления по множеству критериев, таких как растительный покров или дороги. MCDA использует правила принятия решений для агрегирования критериев, что позволяет ранжировать или определять приоритеты альтернативных решений. ГИС MCDA может снизить затраты и время, затрачиваемые на определение мест восстановления.

Вывод данных и картография

Картография - это дизайн и производство карт или визуальных представлений пространственных данных. Программное обеспечение с помощью современных современных картографии выполняется с помощью компьютеров, обычно с использованием ГИС. Большинство программ ГИС предоставляет пользователю существенный контроль над внешним видом данных.

<57248>Картографические работы-первые работы-основные функции:

, они представляют собой графику на результаты или на бумаге, передает людям, принимающим решения о ресурсах. Могут быть созданы настенные карты и другая графика, позволяющая зрителю визуализировать и, таким образом, понимать результаты анализа или вызывать события. Серверы веб-карт ускоряют распространение карт через веб-браузеры с использованием различных реализаций интерфейсов программирования веб-приложений (AJAX, Java, Flash и т. д.).

Во-вторых, другая информация базы данных может быть сгенерирована для дальнейшего анализа или использования. Примером может быть список всех адресов в пределах одной мили (1,6 км) от разлива токсичных веществ.

Техника графического отображения

Традиционные карты - это абстракции реального мира, выборка важных элементов, изображенных на листе бумаги с символами для представления физических объектов. Люди, использующие карты, должны интерпретировать эти символы. Топографические карты показывают форму поверхности земли с помощью контурных линий или с затененным рельефом.

Сегодня такие методы графического изображения, как ,, основаны на высота в ГИС может сделать взаимосвязи между элементами карты видимыми, повышенная способность извлекать и анализировать информацию. Например, два типа данных были объединены в ГИС для получения перспективного вида части округа Сан-Матео, Калифорния.

  • цифровая модель рельефа, состоящая из отметок поверхности, записанных на 30 -метровой горизонтальной сетке, высокие уровни красным цветом, а низким - черным.
  • На прилагаемом изображении Landsat Thematic Mapper показано инфракрасное изображение в искусственных цветах, смотрящее вниз в той же области в 30-метровых пикселях или элементах изображения для тех же координатных точек, пиксель за пикселем, что и информация о высоте.

ГИС использовалась для регистрации и объединения двух изображений для рендеринга трехмерный вид в перспективе , смотрящий вниз на разлом Сан-Андреас, с использованием изображений изображения Thematic Mapper, но затененных с использованием высоты форм рельефа. Отображение ГИС зависит от точки обзора наблюдателя и времени суток, чтобы правильно отображать тени, создаваемые солнечными лучами на этой широте, долготе и времени суток.

Археохром - это новый способ отображения пространственных данных. Это тематика на 3D-карте, которая применяется к определенному зданию или его части. Он подходит для визуального отображения данных о теплопотери.

Spatial ETL

Инструменты Spatial ETL предоставьте функции обработки данных традиционного программного обеспечения извлечения, преобразования, передачи (ETL), но с упором на возможность управления пространственными данными. Они предоставляют пользователям ГИС возможность переводить данные между различными стандартами и собственными форматами, при этом геометрически преобразовывают данные в пути. Эти инструменты могут поставляться в виде надстроек к существующему программному обеспечению более широкого назначения, например, электронные таблицы.

интеллектуальный анализ данных ГИС

ГИС или пространственный интеллектуальный анализ данных - это приложение методы интеллектуального анализа в пространственные данные. Интеллектуальный анализ представляет собой частично автоматический поиск скрытых закономерностей в больших объемах данных, предлагает большие потенциальные преимущества для принятия решений на основе прикладных ГИС. Типичные области применения мониторинга окружающей среды. Особенность таких является то, что пространственная корреляция между измерениями данных требует использования алгоритмов для эффективного анализа данных.

Приложения

Реализация ГИС часто решается юрисдикцией (например, город), цели или требования к применению. Как правило, реализация ГИС может быть специально разработана для организации. Следовательно, развертывание ГИС, разработанное для приложений, предприятия или цели, не обязательно интероперабельно или совместимо с ГИС, которая была предоставлена ​​для какого-либо другого приложения, юрисдикции, предприятия или цели.

ГИС предоставляет для любого типа организации, основанной на использовании, платформу для обновления географических данных, не тратя время на посещение поля и обновление базы данных вручную. ГИС при интеграции с другими мощными корпоративными решениями, такими как SAP и Wolfram Language, помогает мощную систему поддержки принятия решений на уровне предприятия.

GeaBios - tiny WMS / Клиент WFS (Flash / DHTML )

Многие дисциплины могут извлечь выгоду из технологии ГИС. Активный рынок ГИС привел к снижению затрат и постоянному совершенствованию оборудования и программных компонентов ГИС, а также использование в областях, правительства, бизнеса и промышленности, с приложениями, включая недвижимость, здравоохранение, картирование преступности, национальная оборона, устойчивое развитие, природные ресурсы, ГИС также расходуется на <климат268>геолокационные службы, которые позволяют мобильным устройствам с поддержкой мобильных устройств, археология,, ландшафтная архитектура, археология, региональное и общественное планирование. GPS отображать свое расположение в отношении к стационарным объектам (ближайший ресторан, заправочная станция, пожарный гидрант) или мобильным объектом (др. узья, дети, полицейская машина) или для передачи их положения обратно на центральный сервер для отображения или другой обработки.

Стандарты Open Geospatial Consortium

Open Geospatial Consortium (OGC) - это международный отраслевой консорциум, состоящий из 384 компаний, государственных учреждений, университетов и отдельных лиц, участвующих в процессе достижения консенсуса. для разработки общедоступных спецификаций геообработки. Открытые интерфейсы и протоколы, стандарты в спецификациях OpenGIS, включая совместимые решения, которые обеспечивают "географическую привязку" к Интернету, беспроводным и геолокационным сервисам, а также основные ИТ и разработчикам технологии с возможностью создания сложных видов пространственной информации и сервисы доступными и полезными для всех сервисов приложений. Протоколы Open Geospatial Consortium включает Web Map Service и Web Feature Service.

ГИС-продукты разбиты OGC на две категории в зависимости от того, насколько полностью и точно программное обеспечение следует спецификациям OGC.

Стандарты OGC помогают инструментам ГИС взаимодействовать.

Совместимые продукты - это программные продукты, соответствующие спецификациям OGC OpenGIS. Когда продукт был протестирован и сертифицирован как тестируемый сайт тестирования OGC, продукт автоматически регистрируется как «соответствующий» на этом.

Реализующие продукты - это программные продукты, которые реализуют спецификации OpenGIS, но еще не прошли проверку на соответствие. Тесты на соответствие доступны не для всех спецификаций. Разработчики могут зарегистрировать свои продукты как реализующие проекты или установленные спецификации, хотя OGC оставляет за собой право просматривать и проверять каждую запись.

Веб-картографирование

В последние годы наблюдается распространение бесплатных и легкодоступных картографических программ, таких как проприетарные веб-приложения Карты Google и Bing Maps, а также бесплатная альтернатива с открытым исходным кодом OpenStreetMap. Эти сервисы предоставляют публичный доступ к огромным объемам географических данных; широко распространена среди пользователей как заслуживающая доверия и полезная как профессиональная информация.

Некоторые из них, например Google Maps и OpenLayers, используют интерфейс прикладного программирования (API), которые позволяют создавать собственные приложения. Эти наборы инструментов обычно используются карты улиц, аэрофотоснимки / спутниковые снимки, геокодирование, поиск и функции маршрутизации. Веб-картирование также раскрыло потенциал краудсорсинга геоданных в таких проектах, как OpenStreetMap, который представляет собой совместный проект по созданию бесплатно редактируемой карты мира. Было доказано, что эти mashup обеспечивает высокий уровень ценности и выгоды для конечных пользователей за пределами традиционной географической информации.

Добавление измерения времени

Состояние поверхности атмосферы и недр Земли может быть исследовано путем ввода спутниковых данных в ГИС. Технология ГИС дает исследователям возможность изучать вариации земных процессов в течение дней, месяцев и лет. Например, можно анимировать изменения силы растительности в течение вегетационного периода. Полученный график представляет собой приблизительную меру состояния здоровья растений. Работа с двумя переменными во времени исследуемыми объектами между уменьшением количества осадков.

ГИС-технология и наличие цифровых данных в региональном и глобальном масштабах позволяют проводить такой анализ. Выходной сигнал спутникового датчика, средство для создания графического изображения растительности, вырабатывается, например, усовершенствованным радиометром очень высокого разрешения (AVHRR). Эта сенсорная система определяет количество энергии, отраженной от поверхности Земли в различных диапазонах площади около 1 квадратного километра. Спутниковый датчик производит изображения определенного места на Земле два раза в день. AVHRR и, в последнее время, спектрорадиометр для получения изображений среднего разрешения (MODIS) - лишь две из многих сенсорных систем, используемых для анализа поверхности Земли.

В дополнение к интеграции времени в исследованиях окружающей среды, ГИС также исследуется на предмет ее возможностей и моделировать прогресс людей в повседневной жизни. Конкретным примером прогресса в этой области недавний выпуск данных о населении с привязкой к конкретному времени США. Перепись. В этом наборе данных показано население городов в дневное и вечернее время, что показывает модель рассредоточения, вызванную моделями работы в Северной Америке. Обработка и создание данных, необходимые для получения этих данных, были бы невозможны без ГИС.

Использование моделей для проецирования данных, хранящихся в ГИС, вперед во времени, позволяет планировщикам тестировать политические решения, используя системы поддержки пространственных решений.

Семантика

Инструменты и технологии, появившиеся из Консорциум World Wide Web Semantic Web оказался полезным для интеграции данных в информационных системах. Соответственно, такие технологии были предложены как средства для облегчения взаимодействия и повторного использования данных между приложениями ГИС. а также для включения новых механизмов анализа.

Онтологии являются ключевыми компонентами этого семантического подхода, поскольку они позволяют формальную машиночитаемую спецификацию концепций и отношений в данной области. Это, в свою очередь, позволяет ГИС сосредоточиться на предполагаемом значении данных, а не на их синтаксисе или структуре. Например, аргумент, что тип земного покрова, классифицируемый как лиственные игольчатые деревья в одном наборе данных, является специализацией или подмножеством типа лесного покрова в другом, более грубо классифицированном наборе данных, может помочь ГИС автоматически два набора данных в более общей классификации земного покрова. Предварительные онтологии были разработаны в областях, связанных с приложениями ГИС, например онтология гидрологии, разработанная Ordnance Survey в Соединенном Королевстве, и онтологии SWEET, разработанные NASA <227 Лаборатория реактивного движения. Кроме того, группа W3C Geo Incubator предлагает более простые онтологии и стандарты семантических метаданных для представления геопространственных данных в сети. GeoSPARQL - это стандарт, разработанный Ordnance Survey, Геологическая служба США, Министерство природных ресурсов Канады, Австралийской организацией научных и промышленных исследований и другие для поддержки создания и обоснования онтологий с использованием хорошо понятных литералов OGC (GML, WKT), топологических отношений (Simple Features, RCC8, DE-9IM), RDF и протоколов запросов к базе данных SPARQL.

Последние результаты исследований в этой области можно увидеть на Международной конференции по геопространственной семантике и Terra Cognita - Направления к семинару по геопространственной семантической сети на Международной конференции по семантической паутине.

Значение ГИС в обществе

С популяризацией ГИС в процессе принятия решений ученые начали тщательно изучать социальные и политические последствия ГИС. ГИС также можно неправильно использовать для искажения реальности в личных и политических целях. Утверждалось, что производство, распространение, использование и представление географической информации в значительной степени связаны с социальным контекстом и могут повысить доверие граждан к правительству. Другие связанные темы включают обсуждение авторского права, конфиденциальности и цензуры. Более оптимистичный социальный подход к внедрению ГИС заключается в использовании ее в качестве инструмента для участия общественности.

В образовании

В конце 20-го века ГИС стали восприниматься как инструменты, которые можно было использовать в классе. Преимущества ГИС в образовании кажутся сосредоточенными на развитии пространственного мышления, но недостаточно библиографии или статистических данных, чтобы показать конкретные масштабы использования ГИС в образовании во всем мире, хотя расширение происходит быстрее. в тех странах, где они упоминаются в учебной программе.

ГИС, кажется, дает много преимуществ в преподавании географии, потому что они позволяют проводить анализ на основе реальных географических данных, а также помогают поднимать многие исследовательские вопросы у учителей и учащихся в классах, а также они способствуют улучшению обучения, развивая пространственное и географическое мышление и, во многих случаях, мотивацию учащихся.

В местных органах власти

ГИС зарекомендовала себя как организация: широкие, корпоративные и устойчивые технологии, которые продолжают менять методы работы местных органов власти. Государственные учреждения приняли технологию ГИС в качестве метода для лучшего управления следующими областями государственной организации:

  • Департаменты экономического развития используют интерактивные инструменты картографирования ГИС, агрегированные с другими данными (демография, рабочая сила, бизнес, промышленность, таланты), а также база данных доступных коммерческих площадок и построек с целью привлечения инвестиций и поддержки существующего бизнеса. Компании, принимающие решения о местоположении, могут использовать инструменты для выбора сообществ и сайтов, которые наилучшим образом соответствуют их критериям успеха. Программное обеспечение Intelligence Components GIS Planning ZoomProspector Enterprise является лидером отрасли, обслуживая более 60% населения США, более 30% канадцев, а также местоположения в Великобритании и других странах. Швейцария. Вы можете увидеть пример этих инструментов здесь, на веб-сайте Департамента общественного и экономического развития штата Пенсильвания, PASiteSearch.com.
  • Операции общественной безопасности, такие как центры аварийных операций, пожарная охрана, полиция и мобильные технологии и диспетчерская служба Шерифа. и картографирование погодных рисков.
  • Департаменты парков и отдыха и их функции в области инвентаризации активов, сохранения земель, землепользования и управления кладбищами.
  • Общественные работы и коммунальные услуги, отслеживание сточных вод и ливневой канализации, электрические активы, инженерные проекты, а также активы и тенденции общественного транспорта.
  • Управление оптоволоконными сетями для межведомственных сетевых активов
  • Аналитические и демографические данные школ, управление активами и планирование улучшений / расширений
  • Государственное управление для данных о выборах, регистрации собственности и зонирования / управления.

Инициатива открытых данных подталкивает местные органы власти к использованию таких технологий, как технология ГИС, поскольку она включает требования для соответствия модели прозрачности «Открытые данные / Открытое правительство». С помощью открытых данных местные правительственные организации могут внедрять приложения Citizen Engagement и онлайн-порталы, позволяющие гражданам видеть информацию о земле, сообщать о выбоинах и вывесках, просматривать и сортировать парки по активам, просматривать в реальном времени уровень преступности и ремонт коммунальных предприятий и многое другое. Стремление к открытым данным в государственных организациях стимулирует рост расходов местных органов власти на ГИС-технологии и управление базами данных.

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки

  • СМИ, относящиеся к географическим информационным системам на Wikimedia Commons
Последняя правка сделана 2021-05-21 03:31:17
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте