Исследования в экологических системах методами ГИС

Эвакуация из лавиноопасных районов

Эвакуация населения из лавиноопасных районов происходит при угрозе схода снежных лавин, в период их схода и после него в случае разрушения объектов жизнеобеспечения. Эвакуация организуется по территориальному принципу в один этап без развертывания сборного эвакуационного пункта. При угрозе схода снежных лавин эвакуация носит упреждающий характер и имеет локальный или реже местный характер. Она должна быть завершена до определенного краткосрочным прогнозом (от нескольких часов до нескольких суток) момента возникновения лавин.

Эвакуация населения широко применяется при наводнениях природного происхождения — половодьях и паводках, проводится заблаговременно или безотлагательно. Для упреждающей эвакуации необходим достоверный краткосрочный прогноз наводнения, позволяющий организовать сборные эвакуационные пункты. Экстренная эвакуация проводится уже из зоны затопления плавающими средствами и вертолетами.

ВСТУП

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОГРАФИЧЕСКИХ

ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

1.1 Понятие о геоинформационных системах.

1.2 Історія геоинформатики.

1.3 Обобщенные функции ГИС-систем

1.3.1 Основні принципи функціонування ГІС.

1.4 ГІС серед інших автоматизованих систем.

1.5 Классификация ГИС

1.6 Наукові, технічні, технологічні й прикладні аспекти проектування, створення й використання ГІС.

1.7 Обобщенные функции ГИС-систем Основні функції й складові частини ГІС.

2 ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ГИС

2.1 Аппаратные (технические) средства Техническое обеспечение

2.2 Программное обеспечение

2.3 Информационное обеспечение

3 СТРУКТУРЫ И МОДЕЛИ ДАННЫХ

3.1 Введення даних у ГІС.

3.2 Джерела, стандарти даних.

3.3 Модели данных

3.4 Форматы данных

3.5 Базы данных и управление ими.

3.2.2 Растрове представлення та векторне подання метричних даних.

3.2.3 Подання даних у різних проекціях. Прив'язка даних до координат державної мережі.

4 ТЕХНОЛОГИИ ВВОДА ДАННЫХ

4.1 Способы ввода данных

4.2 Преобразование исходных данных

4.3 Ввод данных дистанционного зондирования

5 АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ

5.1 Задачи пространственного анализа

5.2 Основные функции пространственного анализа данных

5.3 Анализ пространственного распределения объектов

6 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ

6.1 Поверхность и цифровая модель

6.2 Источники данных для формирования ЦМР

6.3 Структура данных для представления поверхностей

6.4 Интерполяции

7 ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ РЕЛЬЕФА

7.1 Основные процессы

7.2 Требования к точности выполнения процессов

7.3 Использование ЦМР

8 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ВИЗУАЛИЗАЦИИ

8.1 Электронные карты и атласы

8.2 Картографические способы отображения результатов анализа данных

9.3 Трехмерная визуализация

10 ЭТАПЫ И ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИС

11. ТЕМАТИЧНЕ КАРТОГРАФУВАННЯ В ГІС.

11.1 Можливості тематичного картографування в ГІС. Електронні тематичні атласи.

11.2 Області застосування тематичних карт.

12 ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ

12.1. Понятие об экологическом картографировании и экологических картах

12.2. Классификация экологических карт

12.3. Показатели загрязненности компонентов природной среды, отображаемые на экологических картах

12.3.1. Аналитические показатели загрязненности окружающей среды

12.3.2. Интегральные показатели загрязненности окружающей среды

12.4. Способы картографического отображения элементов тематического содержания, используемые на экологических картах

12.4.1. Способ значков

12.4.2. Способ линейных условных знаков

12.4.3 Способ изолиний

12.4.4. Способ ареалов

12.4.5. Способ локализованных диаграмм

12.4.6. Способ знаков движения

12.4.7. Выбор способов картографического отображения при проектировании экологической карты

13 ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ

13.1ГІС у геодезії й картографії.

13.2 карты в сетях "интернета"

14 ГІС І ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

14.1 Роль і місце ГІС у природоохоронних заходах.

14.2 Роль ГИС в системе по чрезвычайным ситуациям Украины

15 ОСНОВНІ НАПРЯМКИ РОЗВИТКУ ГІС

15.1Характеристика напрямків розвитку ГІС.

15.2 Майбутні класи і покоління ГІС

16 КРАТКИЙ ОБЗОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В УКРАИНЕ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВСТУП

Во все времена знания о пространственной ориентации физических объектов или, попросту говоря, об их географическом положении, были очень важны для людей.

Также и современное общество живет, работает и сотрудничает, опираясь на информацию о том, кто и где находится. Прикладная география в виде карт и информации о пространстве помогала совершать открытия, способствовала торговле, повышала безопасность жизнедеятельности человечества в течение как минимум прошлых 3000 лет, а карты являются одними из наиболее красивейших документов, рассказывающих об истории нашей цивилизации

Последние тридцать лет прошлого столетия человечество интенсивно развивало инструментальные средства, названные географическими информационными системами (ГИС), призванные помочь в расширении и углублении географических знаний. ГИС помогают нам в накоплении и использовании пространственных данных.

В последнее десятилетие технология Географических Информаци­онных Систем (ГИС-технология) - компьютерная технология ввода, хранения, обработки и представления пространственно координирован­ной информации, получила широкое распространение во многих стра­нах мира. Среди них в первую очередь следует назвать США, Канаду, Швецию, Великобританию, Нидерланды, Францию и Германию, в ко­торых к настоящему времени накоплен значительный опыт разработки и приложений ГИС-технологии.

Ежегодно в мире проводятся десятки международных конференций и семинаров разработчиков, пользовате­лей и продавцов программного и аппаратного обеспечения ГИС. Можно говорить о том, что в мире уже сформировалась целая индустрия ГИС, оборот которой измеряется многими миллиардами долларов США.

Спектр приложения ГИС-технологии необычайно широк. Она находит применение не только в географии, как это можно предположить из названия, но также вкадастровых исследованиях, лесном, водном и сельском хозяйстве, инженерном проектировании, бизнесе, коммер­ции, региональном управлении и планировании, военном деле и т.д.

Будучи синте­зом современных достижений географии, картографии, математики, компьютерной графики, дистанционного зондирования, вычислитель­ной техники, ГИС-технология является в настоящее время наиболее адекватным инструментом междисциплинарных проектов, к которым относятся все достаточно крупные проекты, связанные с проблемами охраны и рационального использования природных ресурсов, включая контроль за состоянием, его анализ и оценку, прогноз изменений.

К сожалению, в настоящее время в Украине практически полнос­тью отсутствует научно-методическая литература по ГИС-технологии, что является одним из весьма существенных факторов, сдерживаю­щих ее распространение и развитие в стране.

Поява і розвиток нових геоінформаційних технологій, спеціально розроблених для роботи з даними, що мають просторово-часову прив'язку, зумовила їх швидке розповсюдження і широке використання в багатьох галузях науки і техніки, у тому числі і екології.

ГІС або геоінформаційні системи є новим типом інтегрованих комп'ютерних систем, що з'явилися на світ в кінці XX століття. Зараз це найбільш перспективна і універсальна система управління геоданими.

Найбільш загальне визначення для ГІС - це автоматизована інформаційна система, призначена для обробки просторово-часових даних, основою інтеграції яких служить географічна інформація.

Саме просторова прив'язка екологічного об'єкту і представляє найбільшу цінність в системі. ГІС - могутня і гнучка система управління геоданими. обширна

Основна її перевага в тому, що вона є географічною прив'язкою даних в 2-х або 3-х мірному просторі до певної точки на місцевості. Крім того, ГІС має вбудовану систему просторового аналізу.

Взаєвідносини між гідроекологічними елементами можуть бути проаналізовані. Більше всього ГІС зручні і корисні при створення гідроекологічних інформаційних систем окремих географічних регіонів. Сучасні ГІС дозволяють аналізувати не лише векторні дані, але і растрові і текстові.

Наявність державного водного кадастру - одна з відмінних рис цивілізованої держави. Ці відомості повинні бути в рамках, обумовлених в законодавстві, відкритими ("прозорими") для всього суспільства і направлені на забезпечення всіх видів діяльності, пов'язаної з володінням, користуванням і розпорядженням водними ресурсами. При цьому виникає проблема обміну даними про водний кадастр між величезною кількістю організацій і відомств. Природним її рішенням є використання програмного забезпечення, що представляє картографічну інформацію в мережі Internet/Intranet і дозволяє розподілити дані по ступенях захищеності і категоріях доступу.

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОГРАФИЧЕСКИХ

ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

1.1 Понятие о геоинформационных системах

Географическая информационная система или геоинформационная система (ГИС) - это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, анализ и отображение пространственных данных и связанных с ними непространственных, а также получение на их основе информации и знаний о географическом пространстве.

Считается, что географические или пространственные данные составляют более половины объема всей циркулирующей информации, используемой организациями, занимающимися разными видами деятельности, в которых необходим учет пространственного размещения объектов. ГИС ориентирована на обеспечение возможности принятия оптимальных управленческих решений на основе анализа пространственных данных.

Ключевыми словами в определении ГИС являются - анализ пространственных данных или пространственный анализ. ГИС может ответить на следующие вопросы:

· Что находится в заданной области?

· Где находится область, удовлетворяющая заданному набору условий?

Современные ГИС расширили использование карт за счет хранения графических данных в виде отдельных тематических слоев, а качественных и количественных характеристик составляющих их объектов в виде баз данных. Такая организация данных при наличии гибких механизмов управления ими, обеспечивает принципиально новые аналитические возможности.

1.2 Історія геоинформатики.

Геоинформационная система изобретение не самое новое. В это трудно поверить, поскольку большинство из нас впервые услышали эту аббревиатуру несколько лет назад. И, тем не менее, ГИС исполнилось тридцать - значительно меньше, чем картографии вообще и ощутимо больше, чем персональному компьютеру.

Один из признанных специалистов в области ГИС Joseph К Berry - высказал мнение, что для лучшего и наиболее полного понимания современной ГИС нужно последовать совету из "Алисы в стране чудес" "начать с начала и идти, пока не дойдешь до конца, потом остановиться". Следуя этому совету, попытаемся проследить путь ГИС в прошлом, разобраться, что происходит сейчас, и сделать прогноз на будущее.

Следы самой первой ГИС, созданной в конце 60-х, теряются в недрах Министерства Обороны США.

ГИС - это, расширенная форма базы данных, где каждый объект, кроме традиционных атрибутов, характеризуется своим географическим положением. То есть ГИС отвечает на два вопроса - "что это" и "где это".

В последнее время появились ГИС, отвечающие на вопрос "ну и что из этого". В начало 70-х появилось такое явление, как компьютерное картографирование; точки, линии и площадные объекты на карте были представлены множеством координат X,Y. Эти данные можно было выводить на плоттер в различных шкалах и проекциях. В это время все внимание и усилия были сосредоточены собственно на карте и были заложены основы современной ГИС-технологии. Очевидным преимуществом компьютерной картографии была возможность выбирать участок на карте и быстро его перечерчивать.

На внесение изменений в карту, которое до введения компьютерного картографирования занимало недели, требовалось всего несколько часов А что же было раньше? Существует замечательный документ, содержащий инструкцию, как вручную анализировать карты. Вот из нее отрывок " гидрологическую карту, растительную и почвенную карту положить одна на другую, тщательно следя за тем, чтобы объекты на каждой карте совпадали. Всю пачку положить на яркий источник света, например, окно".

В начале 80-х годов появились системы управления пространственными базами данных. Они были созданы для того, чтобы связать компьютерное картографирование и традиционные системы управления базами данных. В этих системах пользователь мог, указав любое место на карте, получить некую информацию. С другой стороны, пользователь мог задать ряд условий, например, условия о типе почвы и лесного покрова, и результат поиска был бы представлен в виде карты. Спрос на тематическую картографическую информацию заставил обратить внимание на проблему сбора данных. Результатом стала интегрированная среда - данные дистанционного зондирования, цифровая карта высот, карта дорог, карта растительности и все прочие карты мирно сосуществовали в рамках одной системы.

В это же время требования к точности, актуальности и соответствии данных стандартам резко возросли. Оборудование для дигитализации продолжало улучшаться - сканеры постепенно вытесняли ручные сколки. Развивался рынок картографической информации, формировалась новая индустрия. Повышались требования к стандартизации и совместимости между различными системами. Компьютерное картографирование стало серьезным бизнесом. В СССР первой ласточкой геоинформатики стала научная конференция "Проблемы геоинформатики", проведенная в начале 80-х годов Тартусским университетом и Эстонским географическим обществом. В 1985 г эстонские географы организовали первую школу семинар по геоинформатике на тему.

Существенную роль в развитии теории и технологии автоматизированной картографии и геоинформатики сыграла Всесоюзная конференция "Автоматизация в тематической картографии" проведенная в МП/ в январе 1985 г.

История ГИС берет своё начало с конца пятидесятых годов прошлого столетия. За пятьдесят лет пройдено несколько этапов, позволивших создать самостоятельно функционирующую сферу – сферу геоинформационных технологий. Основные достижения в геоинформационной картографии были получены в США, Канаде и Европе. Республики бывшего СССР не участвовали в мировом процессе создания и развития геоинформационных технологий вплоть до середины 1980-х годов. Тем не менее, наша страна имеет свой, пусть небольшой, опыт развития геоинформационных систем и технологий.

В истории развития геоинформационных систем выделяют четыре периода:

Новаторский период (поздние 1950е - ранние 1970е гг.)

• исследование принципиальных возможностей информационных систем, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.

Период государственного влияния (ранние 1970е - ранние 1980е гг.)

• развитие крупных геоинформационных проектов, финансируемых государством, формирование государственных институтов в области геоинформатики, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

Период коммерциализации (ранние 1980е - настоящее время)

• широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных инструментальных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами атрибутивных данных, создание сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, организация систем, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах и поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

Период потребления (поздние 1980е - настоящее время)

• повышенная конкурентная борьба среди коммерческих производителей геоинформационных технологий и услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и “открытость” программных средств. Она позволяет пользователям самим настраивать, адаптировать, использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских “клубов”, телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в географических данных, начало формирования геоинформационной инфраструктуры планетарного масштаба.

Коротко об организациях, проектах и исследователях, сыгравших ключевую роль в развитии ГИС.

В конце 60-х Бюро переписи США разработало формат GBF-DIME (Geographic Base File, Dual Independent Map Encoding). В этом формате впервые была реализована схема определения пространственных отношений между объектами, называемая топологией, которая описывает, как линейные объекты на карте взаимосвязаны между собой, какие площадные объекты граничат друг с другом, а какие объекты состоят из соседствующих элементов. Впервые были пронумерованы узловые точки, впервые были присвоены идентификаторы площадям по разные стороны линий. Это было революционное нововведение. Формат GBF-DIME позже трансформировался в TIGER. Важными лицами этого

процесса явились математик Джеймс Корбетт (James Corbett), программисты Дональд Кук (Donald Cooke) и Максфилд (Maxfield). Карты в формате GBF-DIME в течение 70х годов были сформированы для всех городов Соединенных Штатов. Эту технологию по сегодняшний день использует множество современных ГИС.

Многие важные идеи, касающиеся ГИС, возникли в стенах Лаборатории компьютерной графики и пространственного анализа Гарварда. Из этой лаборатории вышло несколько ключевых фигур ГИС индустрии: это Говард Фишер (Howard Fisher) – основатель лаборатории и программист Дана Томлин (Dana Tomlin), заложившая основы картографической алгебры, создав знаменитое семейство растровых программных средств Map Analysis Package - MAP, PMAP, aMAP.

Наиболее известными и хорошо зарекомендовавшими себя программными продуктами Гарвардской лаборатории являются:

• SYMAP (система многоцелевого картографирования);

• CALFORM (программа вывода картографического изображения на плоттер);

• SYMVU (просмотр перспективных (трехмерных) изображений);

• ODYSSEY (предшественник знаменитого ARC/INFO).

Большое влияние на развитие ГИС-технологий оказали теоретические разработки в области географии и пространственных взаимоотношений, а также в развитие количественных методов в географии в США, Канаде, Франции, Англии, Швеции (работы У.Гаррисона (William Garrison), Т.Хагерстранда (Torsten Hagerstrand), Г.Маккарти (Harold McCarty), Я.Макхарга (Ian McHarg).

Старейшие компании, основанные в 1969 году, являются и по сей день крупнейшими разработчиками ГИС – это ESRI и Intergraph. Эти две компании являются производителями самых популярных в США и в мире геоинформационных систем – так, вдвоем они производят ровно половину ГИС, используемых в США.

1.3 Обобщенные функции ГИС-систем

1.3.1 Основні принципи функціонування ГІС.

Дата добавления: 2015-06-25