|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ГЕОДАННЫХСтр 1 из 4Следующая ⇒
Задание
Ошибочно предполагать, что основная задача ГИС заключается только в хранении информации. Практическая ценность ГИС заключается в возможности оперирования имеющимися массивами данных, а это невозможно без осуществления процедуры анализа. Практически все современные системы содержат инструменты для работы с пространственно-атрибутивной информацией. Для создания пространственной модели, соответствующей окружающему миру, используют средства пространственного анализа. Анализ в ГИС подразумевает широкий спектр операций, суть которых не всегда сопоставима с классической трактовкой понятия «анализ». Согласно этимологии данного термина, анализ представляет собой процедуру мысленного или реального расчленения предмета, явления или процесса на составляющие, признаки, свойства, отношения. Анализ часто рассматривается как прием научного мышления либо как общенаучный метод. При этом предполагается не только фиксация составляющих, но и установление взаимоотношений между ними. Также одним из видов анализа является классификация, где производится разделение множеств предметов на подклассы (непересекаю-щиеся подмножества данного множества) (Горский, 1966, Проблемы общей методологии наук и диалектической логики). В ГИС понятие анализа подразумевает более широкий спектр процедур, позволяющих находить решение множества задач, связанных с пространственно-распределенными данными. Так, например, используя аналитические функции ГИС, можно получить ответы на такие распространенные вопросы, как:
Аналитические функции ГИС берут свои истоки из методов анализа традиционных карт. Так, традиционными и общепринятыми являются картометрические функции и математическая обработка. Оперативность получаемых решений определяет преимущества ГИС по сравнению с другими инструментами. Достаточно распространенной задачей является проверка предположений и выбор наиболее оптимальных решений, например, при проведении оценки воздействия производства на окружающую среду и выборе его места размещения. Также становится возможным построение множества картографических интерпретаций. Поскольку чаще всего изображение в ГИС представлено совокупностью слоев, возможно оперативное преобразование картографического произведения. Из наиболее распространенных преобразований следует отметить следующие:
Рис. 41. Карта города со слоем дорог и без него
42. Действие инструмента Erase Рис. Входные объекты
Стирающие объекты
Выходные объекты
Среди способов осуществления пространственных запросов к базе данных способом «картографического интерфейса» следует выделить:
При проведении пространственного анализа чаще всего используются те представления, которые характерны для объекта, существующего в реальном мире. Среди возможностей пространственного анализа выделяются:
к -. # 3' А ' Л « -• ИГ* / I Д • А - i' Рис. 43. Выборка по произвольной геометрической фигуре
Так, например, пространственное расположение объектов исследуется при помощи операций анализа размещения, связей и других геопространственных взаимоотношений объектов и их атрибутов. К таким операциям можно отнести буферизацию, анализ близости, оверлейный и сетевой анализ, районирование и др. Комбинируя перечисленные операции, можно решать достаточно сложные пространственные задачи. Рассмотрим более подробно наиболее значимые операции. Картометрические функции — это операции, позволяющие измерять расстояния, площади, периметры, углы наклона, объемы, заключенные между поверхностями. Обычно эти операции являются обязательными ГИС-функциями. Картометрические измерения тесно связаны с морфометрическими (morphometry) измерениями, суть которых заключается в вычислении морфометрических показателей (morphometric indexes, morphometric parametrs), т. e. показателей формы и структуры явлений (извилистости, расчленения, плотности и др.) на основе картометрических определений. Измерения и исчисления по тематическим картам иногда выделяют в особый раздел — тематическую картометрию и морфометрию (thematic cartometry and morphometry). Процесс вычисления картометрических и морфометрических функций состоит в определении координат, направлений, дистанций, периметров, размеров, площадей, форм объектов, а также параметров дистанционной съемки, полученных по стереопаре (стереологиче-ские параметры). При проведении картометрических измерений следует помнить, что процесс вычисления координат объектов различается для разных графических примитивов. Вычисление стереологиче-ских параметров необходимо для описания объемной (3d) структуры объектов. Фундаментом для расчета параметров служат значения площади и периметра примитива, полученные с карты. В большинстве случаев этими параметрами описывают структуры, элементы которых связаны между собой в пространстве. Создание моделей поверхностей производится обычно по численным характеристикам, содержащимся в базах геоданных. Моделировать можно как реальные поверхности (например, рельеф местности), так и воображаемые (например, плотность дорожных сетей). В ГИС могут быть реализованы следующие модели:
Рис. 44. Построение изолиний значений уровня шума Буферизация. Буферная зона (buffer zone, buffer, corridor) представляет собой полигональный слой, образованный путем расчета и построения эквидистант, или эквидистантных линий (equidistant line), равноудаленных относительно множества точечных, линейных или полигональных пространственных объектов. Операция буферизации (buffering) применяется, например, для целей выделения трехкилометровой пограничной зоны, 20-метровой полосы отчуждения железнодорожной линии и т. п. Буферная зона полигонального объ-
Рис. 45. Использование сетки ячеек для анализа загрязнения бухты Золотой Рог екта может строиться как вне, так и внутри полигона. В случае если расстоянию между объектами и эквидистантами ставятся в соответствие значения одного из его атрибутов, говорят о «буферизации со взвешиванием» (weighed buffering). В современных ГИС буферные зоны создаются автоматически, причем построить их можно вокруг объектов любых типов (рис. 46). Допустим, перед нами стоит задача построения водоохранной зоны реки шириной 50 м. То есть нам необходимо оконтурить область заданной ширины по обе стороны от реки. Процесс создания такой области называется созданием буферной зоны. Соответственно такая зона будет называться буфером. Исходя из заданных условий, размер ее будет представлен в виде константы (50 м). Необходимо отметить, что размер буфера может быть задан не только константой, но и колонкой в таблице либо математическим выражением. К примеру,
Буферирование линии Рис. 46. Буферирование графических примитивов в ГИС
Буферирование площади чтобы создать буферную зону вокруг предприятия (санитарно-защитная зона), из базы геоданных используются значения радиуса буфера из колонки «Санитарно-защитная зона». Затем указывается гладкость буфера, т. е. число сегментов для буферной окружности. Если в таблицах базы геоданных отсутствуют значения, которые могли бы отразить радиус буфера, с помощью встроенного инструментария задается выражение, результат которого и будет выступать в роли значения буфера (рис. 47).
Рис. 47. Диалоговое окно задания буферного расстояния для объектов слоя Оверлей (оверлейная операция, overlay) представляет собой операцию наложения друг на друга двух или более слоев, результатом которой является графическая композиция используемых слоев либо единственный результирующий слой, несущий в себе набор пространственных объектов исходных слоев, топологию этого набора и атрибуты, которые являются производными от значений атрибутов исходных объектов в топологическом оверлее векторной модели представлений пространственных объектов. Оверлейными являются следующие операции:
Скважины типы почв
Рис. 48. Пример применения процедуры топологического оверлея «точка-в-полигон» с перестройкой таблицы атрибутов Рассмотрим операцию топологического оверлея «точка-в-поли-гон» (роіпМп-ро^оп), в результате которой образуется новый слой. Например, при бурении скважины на воду необходимо определиться с типом бурения, оказывающим наименьшее воздействие на окру-жаюшую среду. В данном случае необходимо соотнести пункты предполагаемого бурения с типами грунтов, где они располагаются. В результате оверлея мы получаем новый слой, где в перестроенной таблице атрибутов можем найти характеристику грунта и выбрать соответствующий способ бурения. Операция наложения двух полигональных слоев (ро1у§оп-оп-ро^оп) методом вырезания применяется для вырезания части одного слоя с использованием для этого другого слоя в качестве формы (рис. 49). Таким образом, один из слоев используется в качестве области отсечения, и в результате формируется новый слой, где сохраняются только те объекты от исходного слоя, которые попали в область вырезания. При этом атрибутивные данные в новом слое идентичны исходным. Данная процедура применима не только к полигональным слоям, но и другим геометрическим примитивам. Например, требуется определить приуроченность определенных бентосных организмов к определенным глубинам. В качестве области вырезания будет выступать диапазон глубин. Результатом операции оверлея будет новый слой, содержащий информацию о бентосе, обитающем в конкретном глубинном диапазоне.
Рис. 49. Пример действия инструмента Clip В оверлее могут присутствовать также элементы логических операций, основанные на элементарных функциях И, ИЛИ, НЕ и не исключающие ИЛИ. Например, имеется два слоя, один из которых — собственники земельных участков, другой — сельскохозяйственные культуры. Мы можем осуществить следующие процедуры логического оверлея. Пересечение: произрастают ли на участке владельца А культуры сорта Б? Объединение: кто из собственников земельных участков выращивает сельскохозяйственную культуру Б? Отрицание: кто кроме владельца А выращивает культуру В? Исключающее ИЛИ: либо участок владельца А, либо культура сорта Б. Сетевой анализ направлен на решение задач по определению ближайшего, наиболее выгодного сетевого (это может быть транспортная сеть, сеть телекоммуникаций и т. д.) маршрута, установлению уровней нагрузки на сеть, определению зон влияния на объекты сети других объектов. Чаше всего сетевой анализ используется при обработке линейных объектов, для решения логистических задач. Сетью принято называть систему линий, имеющих не более двух общих точек друг с другом. Еше один важный фактор, определяющий сеть, — это способ соединения ее элементов. Выделяется два типа соединений: «из/в» (например, речная система) и «из/через» (магистральный про-дуктопровод). Решение многих сетевых задач возможно с помощью линейного программирования. Агрегирование данных связано с обобщением, группировкой данных по определенным критериям. Объединяют объекты по равенству значений определенного атрибута. Например, можно агрегировать в один объект все месторождения углеводородного сырья на шельфе Дальнего Востока России. Также возможно агрегирование объектов одной темы в соответствии с размещением их внутри полигонов другой темы. Так, можно объединить в один несколько районов города, характеризующихся одинаковым загрязнением атмосферного воздуха. Районирование заключается в объединении объектов в территории, однородные по выбранному критерию. Районирование используется в самых различных задачах, таких как создание и анализ территорий сбыта, избирательных округов, территорий, обслуживаемых подразделениями аварийной службы, маршрутов доставки, анализ распределения ресурсов и т. д. ГИС создает тематическую карту методом индивидуальных значений, в которой тематической переменной является название территории. Операция районирования может быть основана на формальных методах кластерного анализа. При районировании не создается новых географических объектов на карте, а также не вносится никаких постоянных изменений в стили существующих объектов. Районирование представляет собой инструмент динамической группировки существующих объектов и анализа соответствующих данных. Однако пользователь ГИС может зафиксировать изменения в объектах, сохранив в виде отдельной таблицы результаты районирования. Районирование можно осуществить для любой таблицы, содержащей графические объекты типа область, линия или точка. Различные районы изображаются различными штриховками, типами линий или символов (рис. 50). » в ' 2 • і 2 в 9
Рис. 50. Районирование района по степени уязвимости к нефтяному загрязнению Легенда з Сапсан Лебедь кликун Морж Вопросы для самоконтроля
Язык запросов Осуществление выборок путем выполнения запросов к данным — одна из основных форм анализа атрибутивной информации в ГИС. Выбор записей из таблицы может осуществляться в ArcGIS несколькими способами: интерактивной выборкой, поиском по конкретному значению атрибута (например, по названию), а также при помощи построения запросов. Последний способ представляет наибольший интерес, так как дает возможность проведения наиболее глубокого и сложного анализа. Выборка производится с использованием языка SQL. SQL (Structured Query Language — «язык структурированных запросов») — универсальный компьютерный язык, применяемый для создания, модификации и управления данными в реляционных базах данных. SQL является декларативным языком, т. е. пользователь определяет только желаемый результат, но не способ его достижения. То, каким образом это сделать, решает СУБД непосредственно при обработке SQL-запроса. Он используется в АгсМар для выбора объектов через диалоговое окно «Выбор по атрибуту» или через диалоговое окно «Конструктор запросов», используемое для построения запросов при определении слоя. Также SQL используется в геообработке для определения поднабора пространственных объектов или записей, над которыми выполняются операции. SQL-выражения также могут использоваться в качестве параметров при выборе объектов программным способом. Задание
ЗАДАНИЕ НА ПРАКТИЧЕСКУЮ РАБОТУ № 10 Анализ информации в ГИС Провести основные аналитические процедуры ГИС в проекте по заданным параметрам. Задание Пример задания: выбрать все точки промеров, которые находятся на расстоянии не более километра от берега. КАРТА МОСКВЫ mcscowmap.ru *?-Т •
Рис. 56. Ресурс «Карта Москвы»
НАЙТИ ИА КАРТЕ ввкзшхв Иягаракг пн. « -ар-. :
‘ <-.-рэдп. 2;-:л,с^чч;'--:сиЯ и Liru.ii. у йик иы
Н-шмілим* і ВЛАДИВОСТОК! к»іиіігь>д«и и. и ииич іа> <и^м
при млшатми на кпрту: • пм'.ч.л ин?::*-яим< иачтрироіа-. Гя*л.<4иг. и и«и"ї:аать *!*Т-!!' : Г УIV і .'?1,.!,.ґ ! і .'!Г Г..УІУ
*.Т**.и4і мисшіиб: IV ш
іиімс к упиніїї: ш • аалкг* чіт* « улий, ля а-: .агта; иоклчлть мл карт»: Лыликш «і.'.'.: а оОимміь к»ріу ? Гп;;*-дз стганн-? • ? пзз*<те ? Пг>з;:;-»з і-исср»»>_ия ? У:.г.-гл • р»™»^ ? <снт?.<-ть ? іонз—е Сэрупрт. К ІгТї-ІДПІЬ .та Нар Ргрл? УяЬсчвв СНІ Рис. 57. Ресурс «Мир карт» дах России. Благодаря собственным са11-центрам, располагающимся в крупных городах, электронный справочник предоставляет своевременную и достоверную информацию и может быть установлен на персональном компьютере, ноутбуке или мобильном телефоне. Помимо этого можно воспользоваться версией онлайн (рис. 58).
Рис. 58. Онлайн-версия 2GIS Англоязычные порталы также содержат множество интерактивных онлайн-сервисов. Но лидирующее место занимает Google (maps.google.com), имеющий детальную картографическую информацию практически обо всех участках Земли. Сервис использует всю мощь поисковых инструментов, а также позволяет получить трехмерное изображение земной поверхности. Для улучшения качества работы и получения оперативной информации можно воспользоваться программным продуктом Google Earth (earth.google.com), установив который пользователь получает дополнительные возможности и удобства, включая функции редактирования (рис. 59). Достаточно функциональным сервисом для путешественников является www.mapquest.com, где имеется информация о просматриваемом городе, аэропортах, достопримечательностях и т. д. Для большинства найденных объектов отображаются их координаты, что удобно при прокладке оптимального маршрута (рис. 60). Информативным и удобным представляется ресурс, размещенный на www.multumap.com, который предлагает просмотреть карты
Рис. 59. Google Maps mapquest m° >г near you л
Рис. 60. Ресурс МарОиеь! практически всех стран мира. Страна может быть выбрана из списка либо задана вручную. При этом выделенную область можно не только увидеть на обшей карте, но и получить дополнительную информацию о просматриваемом объекте: географические координаты, транспортные магистрали и другие полезные сведения. Для пользователей, приобретших полную версию продукта, доступна, например, информация о погоде, детальное описание маршрута и др. Вопросы для самоконтроля
ЗАДАНИЕ НА СЕМИНАР № 4 ЛОВАРЬ
BLOB — 1. Акроним binary large object. Большой двоичный объект; большой блок данных, например, изображение, звуковой файл или хранящаяся в базе данных геометрия. База данных не может считать структуру BLOB'a и лишь ссылается на него по размеру и местоположению. Тип данных в столбце базы данных, где хранятся большие двоичные объекты. 2. Azimuthal projection — азимутальная проекция. Картографическая проекция, преобразующая точки на сфере или сфероиде на касательную или секущую плоскость. Азимутальная проекция известна также как планарная, или зенитальная, проекция. Атрибут (attribute) — 1. Непространственная информация о географическом объекте, обычно хранящаяся в таблице и связанная с объектом уникальным идентификатором. Например, атрибуты объекта «Река» могут содержать название, длину и мощность осадков в точке наблюдения. 2. В наборах растровых данных информация, связанная с каждым уникальным значением в ячейках растра. 3. Специфическая информация о том, как пространственные объекты отображаются и надписываются на карте; например, графические атрибуты реки могут включать толщину линии, длину линии, цвет, шрифт подписи. Атрибутивная таблица (атрибутивная таблица, attribute table) — база данных или табличный файл, содержащий информацию о наборе географических объектов, обычно организуемую таким образом, что каждая строка представляет один пространственный объект, а каждый столбец представляет один атрибут. В наборах растровых данных каждая строка атрибутивной таблицы соответствует определенной области ячеек с одинаковыми значениями. В ГИС атрибутивные таблицы часто соединены или связаны со слоями пространственных данных, а содержащиеся в них значения атрибутов используются для поиска, запроса и обозначения пространственных объектов или ячеек растров. Булево выражение (Boolean expression) — выражение, названное по имени английского математика Джорджа Буля (1815—1864), которое сводится к истинному или ложному (логическому) условию. Например, в булевом выражении «HEIGHT > 70 AND DIAMETER = 100,» все объекты высотой более 70 и диаметром, равным 100, получат значение 1, или TRUE, и все объекты, не отвечающие назначенным критериям, получают значение 0, или FALSE. Буфер (buffer) — 1. Зона вокруг объекта на карте, измеряемая в единицах расстояния или времени. Используется при анализе близости. 2. Полигон, окружающий точку, линию или полигон на определенном расстоянии. 3. Место временного хранения информации в компьютере на жестком диске или в оперативной памяти. Это временное хранение может осуществляться на магнитной ленте, когда она используется для размещения данных перед передачей на другой компьютер или принтер. Вектор (vector) — основанная на координатах модель данных, представляющая географические объекты в виде точек, линий и полигонов. Каждый точечный пространственный объект представлен одной парой координат, а линейные и полигональные объекты представлены упорядоченными списками вершин. Атрибуты связаны с пространственными объектами, в отличие от растровой модели данных, где у каждой ячейки свой атрибут. Вид данных (data view) — способ отображения данных в Arc Мар и Arc Reader, служащий для различных целей изучения, отображения и осуществления запросов к географическим данным. Этот вид скрывает все элементы карты, такие как заголовки, стрелки севера и масштабные линейки. Вид компоновки (layout view) — способ просмотра в Arc Мар и Arc Reader, при котором показана виртуальная страница вместе с географическими данными и элементами карты — заголовками, легендами, масштабными линейками и проч., уже размещенными для вывода на печать. Выражение запроса (query expression) — тип выражения, которое оценивает булево значение (истина или ложь), которое обычно используется для выбора тех строк таблицы, которые соответствуют значению «истина» запроса. Выражения запроса обычно являются частью SQL-выражения. Географическая система координат (geographic coordinate system) — базовая система, использующая широту и долготу для определения местоположений точек на поверхности сферы или сфероида. Определение «географическая система координат» включает датум, главный меридиан и угловые измерения. Гистограмма (histogram) — график, отображающий распределение значений в наборе данных. По оси абсцисс показаны отдельные значения, а их частота встречаемости — по оси ординат. Датум (datum) — специализированная относительная система измерений, обычно система определения координат на поверхности (горизонтальный датум) или высот выше или ниже поверхности (вертикальный датум). Геодезическая основа системы координат, геодезические исходные данные (=даты): параметры задания системы координат на поверхности Земли, размеры рефе-ренц-эллипсоида, геодезические координаты начального пункта, направление на опорный ориентир и высота геоида в начальном пункте. Геодезическая система координат в наименованиях конкретных систем. Параметры, задающие положение референц-эллипсоида относительно общеземного эллипсоида. Величина (набор величин), служащие основой для определения других величин, например, системы координат. Дерево Каталога (Catalog tree) — В ArcCatalog иерархическое отображение подключений к папкам, предоставляющее доступ к ГИС-данным, хранящимся на локальных дисках и в сети, позволяющее пользователям управлять подключениями к базам данных и ГИС-серверам. Десятичные градусы (decimal degrees) — значения широты и долготы, выраженные в десятичном формате, а не в градусах, минутах, секундах. Директория (directory) — место на диске компьютера, где хранится набор с файлами данных и/или другие директории. Операционные системы используют директории для организации данных. Директории организованы в иерархической структуре, где каждая ветка — это поддиректория родительской директории. Местоположение директории указывается с помощью пути, например, C:gisprojectsshrinkinglemurhabitatgrids. Дополнительный модуль (extension) — в ArcGIS дополнительный программный модуль, добавляющий специализированные инструменты и функциональные возможности в ArcGIS Desktop. Примеры дополнительных модулей ArcGIS — ArcGIS Network Analyst, ArcGIS StreetMAP и ArcGIS Business Analyst. Задача редактирования (edit task) — при редактировании в ArcMap, установка в ниспадающем списке Задач, определяющая операцию, которая будет выполняться при построении скетчей. Примеры задач редактирования включают создание новых объектов и изменение имеющихся объектов. Задача редактирования выбирается щелчком в списке задач. Запрос (query) — требование, по которому из базы данных выбираются пространственные объекты или записи. Запрос часто пишется как утверждение или логическое выражение. Запрос по атрибуту (attribute query) — запрос, при котором пространственные объекты или записи из базы геоданных выбираются на основании их значений атрибутов. Идентифицировать (identify) — инструмент в ArcGIS, который при щелчке на пространственном объекте открывает окно с атрибутами этого объекта. Изолиния (isoline) — линия, соединяющая точки с одинаковыми значениями на карте. Изолинии подразделяются на два класса: соединяющие действительно существующие точки — температуры, высоты и те, значения которых вычисляются относительно площади, как плотность населения чел/км2 или урожайность ц/га. Первый тип изолиний называется изометрической линией или изоритмой, второй тип линий называется изоплетой. Инструмент (tool) — 1. Команды, требующие взаимодействия с графическим интерфейсом пользователя (GUI) до выполнения действия. Например, если вы используете инструмент изменения масштаба, надо кликнуть мышью или прочертить рамку-окно на цифровой карте до того, как инструмент перерисует карту в более крупном масштабе. 2. Команды геообработки в ArcGIS, выполняющие такие специфические задачи, как вырезание, разбиение, удаление или буферизация. инструмент Скетч (Sketch tool) — при редактировании в Arc Мар инструмент, добавляющий точки, вершины или сегменты, создавая скетч редактирования. Точки скетча можно указывать при ручной векторизации, замыкании или вводя координаты вручную. Интерполяция (interpolation) — оценка значений на поверхности в точках, где замеры не производились, на основании известных значений соседних точек. Интерполяцию можно использовать для определения высоты, количества осадков, температуры, химического загрязнения и прочих распределенных в пространстве явлений. Интерполяция обычно производится на растрах, но ее также можно осуществлять и в векторной модели поверхности TIN. Существует несколько известных технологий интерполяции, включая методы взвешенных расстояний, обратно взвешенных расстояний и кригинг. Карта градуированных цветов (graduated color шар) — карга, использующая диапазон цветов для отображения увеличения цифровых значений. Например, возрастание плотности населения может быть представлено увеличением насыщенности одного цвета либо различия температур могут отображаться последовательностью цветов от синего до красного. В отечественной картографии эти способы изображения называются картограммой в первом случае или послойной окраской во втором. Карта градуированных символов (graduated symbol шар) — карта с символами, которые меняют размер в соответствии со значениями представляемого атрибута. Например, города с высокой численностью населения могут быть показаны пунсоном большего размера, а наиболее полноводные реки — самыми толстыми линиями. В отечественной картографии первый способ называется способом значков в разных вариациях, второй — способом линий движения. Класс пространственных объектов (feature class) — в ArcGIS набор географических объектов с общим типом геометрии (точки, линии или полигоны), одинаковым набором атрибутов и одинаковой пространственной привязкой. Классы пространственных объектов могут храниться в базе геоданных либо содержаться в шейп-файлах, покрытиях и прочих наборах пространственных данных. Классы пространственных объектов группируют однородные пространственные объекты в отдельные единицы хранения. Например, автострады, улицы и переулки можно сгруппировать в класс пространственных объектов «дороги». Классы пространственных объектов в базах геоданных могут хранить также аннотации и измерения. Компоновка (layout) — организация элементов отображения цифровой карты или печатной карты, включая заголовки, легенду, стрелки севера, масштабную линейку и географические данные. Коническая проекция (conic projection) — проекция, созданная путем проецирования географических объектов с поверхности земли на касательный или секущий конус, обернутый вокруг глобуса. Конус разрезается вдоль образующей и разворачивается на плоскую карту. Контекстное меню (context menu); Меню быстрого доступа (shortcut menu) — меню, открывающееся щелчком правой кнопки мыши в приложениях Windows. Некоторые клавиатуры имеют специальную клавишу для открытия меню быстрого доступа. Координаты проекции (projected coordinates) — измерение местоположений на земной поверхности, выраженное в двухмерной системе, которая располагает пространственные объекты на основании расстояний до них от начальной точки (0,0) вдоль двух осей, где горизонтальная ось х представляет направление с востока на запад, а вертикальная ось у — с севера на юг. Координаты проекции трансформируются из широты и долготы в координаты х,у с помощью проекции карты. Легенда (legend) — перечень типов объектов, содержащихся на карте, обычно изображается в компоновке карты. Легенды часто используют символы или образцы объектов карты с пояснением значения каждого символа или графического представления. Логический оператор (logical operator) — оператор, использующийся для сравнения логических выражений, возвращающий в результате «истину» или «ложь». Логические операторы включают: меньше (<), больше (>), равно (=) и не равно (<>). Логическое выражение (logical expression) — ряд чисел, констант, переменных, операторов и функций, возвращающих значение истины или лжи. Метаданные (metadata) — информация о содержимом, качестве, состоянии и прочих характеристиках данных. Метаданные для географических данных могут содержать информацию о том, что эти данные представляют, как и кем собирались, каковы проекция, масштаб, разрешение, точность и соответствие каким-нибудь стандартам. Метаданные состоят из свойств данных и документации. Свойства берутся из источника данных (система координат и проекция данных, количество пространственных объектов), а документацию надо вводить самостоятельно (например, ключевые слова). Многопользовательская база геоданных (multiuser geodatabase) — база геоданных в РСУБД, обслуживаемая программным обеспечением ArcSDE. Многопользовательские базы геоданных могут быть очень большого объема и поддерживают одновременное редактирование большим количеством пользователей. Поддерживаются различные РСУБД — Oracle, Microsoft SQL Server, IBM DB2 и Informix. Набор инструментов (toolbox) — объект, который содержит группы инструментов и инструменты геообработки. Он принимает форму файла формата .tbx на диске или таблицы в базе геоданных. Наложение (overlay) — 1. Пространственная операция, в которой две или более карт или слоев, сформированные в общей системе координат, наложены друг на друга, или в процессе цифрования, или на прозрачном материале в целях визуализации взаимоотношений между объектами, занимающими некоторое географическое пространство. 2. В геообработке геометрические пересечения множества наборов данных для комбинирования, удаления, преобразования или обновления объектов в новом выходном наборе данных. Окно Увеличитель (Magnifier window) — дополнительное окно в виде данных АгсМар, показывающее увеличенное изображение небольшой площади, при этом экстент самой карты не меняется. Перетаскивание окна Увеличителя по экрану не меняет экстент отображаемой в основном окне карты. Операнд (operand) — значение данных или его символьное представление в выражении. Это могут быть числа, текстовые строки, функции, переменные, выражения в скобках внутри большого выражения и т. д. Символьные представления таких операндов, как переменные и функции, проверяются перед обработкой операторами в выражении. Например, в выражении «1 + 2» цифры 1 и 2 являются операндами, которые обрабатываются оператором + (плюс), который складывает операнды друг с другом и возвращает значение 3. Оператор (operator) — символьное представление процесса или операции, осуществляемой над одним или более операндом в выражении, например, «+» (плюс, или сложение) и «>» (больше чем). После выполнения операторы возвращают значение в качестве своего результата. Если в выражении несколько операторов, они оцениваются в порядке последовательности операторов. Панель инструментов (toolbar) — графический интерфейс пользователя (GUI) с кнопками, позволяющими пользователю выполнять программные команды. Панель инструментов Редактор (Editor toolbar) — в АгсМар набор инструментов, с помощью которых можно создавать или изменять пространственные объекты и их атрибуты. Персональная база геоданных (personal geodatabase) — база геоданных, которая хранит данные в однопользовательской реляционной системе управления базой данных Microsoft Acces. Персональную базу геоданных могут одновременно просматривать несколько пользователей, но одновременно редактировать может только один. Пиксел (pixel) — 1. Наименьшая единица информации на изображении или растровой карте. Обычно квадратные или прямоугольные, пикселы часто используют как синоним ячейки. 2. В дистанционном зондировании базовая единица набора данных. Пикселы на изображениях ДЗ представлены прямоугольными ячейками в массиве значений данных. Подключение (connection) — в ArcCatalog механизм, используемый для доступа к удаленным файловым системам и базам данных, находящимся в общем доступе. Подключение папки (folder connection) — в ArcCatalog элемент верхнего уровня дерева каталога, обеспечивающий быстрый доступ к географическим данным, хранящимся на локальных дисках (включая CD-ROM) или в общем доступе в сети. Подключаться можно к отдельным папкам. Полигональный объект (polygon feature) — картографический объект, который ограничивает площадь в данном масштабе, такой как страна на карте мира или округ на карте города. Полилинейный объект (polyline feature) — в ArcGIS объект цифровой карты, представляющий место или предмет, имеющий длину, но не имеющий площади в данном масштабе. Полилинейный объект может состоять из одной или более частей. Например, водоток — типичный полилинейный объект из одной части. Если водоток становится подземным, а затем возвращается на поверхность, он представляет многочастный объект с разделенными частями. Если водоток обтекает остров, он представляет многочастный полилинейный объект с ветвящимися частями. Проекция UTM — акроним universal transverse Mercator. Универсальная поперечно-цилиндрическая (проекция) Меркатора. Система координат проекции, делящая земной шар на 60 зон, каждая шириной шесть градусов. Проекция Гаусса — Крюгера (Gauss-Kruger projection) — проекция системы координат, использующая в основе поперечную проекцию Меркатора, делит земной эллипсоид на стандартные 6-градусные зоны. В основном используемая в Европе и Азии, система координат Гаусса — Крюгера подобна проекции UTM (Универсальная поперечная Меркатора). Пространственная закладка (spatial bookmark) — в АгсМар созданный пользователем быстрый доступ к определенному географическому положению, к которому потом можно быстро вернуться. Пространственная привязка (georeferencing) — приведение географических данных к известной системе координат, чтобы создать возможность просмотра, запросов и анализа совместно с другими географическими данными. Пространственная привязка может включать сдвиг, поворот, масштабирование и в некоторых случаях деформацию, растяжку или ортотрансформирование данных. Пространственный запрос (spatial query) — утверждение или логическое выражение, выбирающее географические объекты на основании их местоположения или пространственных отношений. Например, пространственный запрос может выбрать все точки, которые находятся в пределах полигона или группы полигонов; может найти все объекты, находящиеся на фиксированном расстоянии от другого объекта, либо найти все смежные объекты. Равновеликая проекция (equal-area projection) — проекция, при которой как вся карта, так и любой ее участок пропорциональны соответствующему участку земной поверхности. При этом могут быть нарушены форма, углы, масштаб либо все эти параметры. Ни одна плоская карта не может правильно отображать площади и углы одновременно. Равнопромежуточная проекция (equidistant projection) — произвольная картографическая проекция, в которой масштаб по одному (или нескольким) из главных направлений или от одной или двух точек ко всем другим точкам есть величина постоянная. Длины линий вдоль этих направлений точно пропорциональны длине относящихся к ним линий на земной поверхности. Например, центрированная относительно Чикаго азимутальная равнопромежуточная проекция правильно показывает расстояния от Чикаго до любой спроецированной точки, но неверно — между любыми другими точками. Равноугольная проекция (conformal projection) — проекция, которая оставляет без искажений углы и формы маленьких областей. В равноугольной проекции перпендикулярные линии пересекаются под углом 90 градусов, и в любой точке на карте масштаб одинаков во всех направлениях. Конформная проекция сохраняет все углы в каждой точке, включая пересечения дуг, поэтому размер площади, ограниченной многими дугами, может быть сильно искажен. Все картографические проекции искажают формы больших территорий. Растр (raster) — модель пространственных данных, которая определяет пространство как совокупность равновеликих ячеек, организованных по рядам и столбцам. Каждая ячейка содержит атрибутивное значение и координаты местоположения. В отличие от векторной структуры, где координаты хранятся достаточно ясно, растровые координаты хранятся в матрице. Группы ячеек с одинаковым атрибутивным значением представляют пространственные объекты. Сеанс редактирования (edit session) — в АгсМар среда, в которой можно редактировать пространственные объекты и их атрибуты. Начав сеанс редактирования, пользователь может изменять местоположение, геометрическую форму и атрибуты пространственных объектов. Изменения автоматически не сохраняются, пользователь сам должен по мере надобности сохранять изменения. Символ (symbol) — графическое представление географического объекта или класса пространственных объектов, которое помогает идентифицировать их и отличать от прочих пространственных объектов на карте. Например, линейные символы представляют пространственные объекты-дуги; маркерные символы — точечные объекты; символы заливки — полигональные объекты; текстовые символы — аннотации. Значение символов обычно разъясняется в легенде карты. Система координат (coordinate system) — в ArcGIS система, которая локализует положение в пространстве и определяет взаимоотношения между позициями. Система координат дает возможность индивидуального определения данных каждой точки. Определение системы координат является одним из основных этапов создания нового класса объектов или растровых данных. В ArcGIS обычно используются три системы координат: географическая, система проекции и вертикальная. Система координат проекции (projected coordinate system) — базовая система, используемая для нахождения X, Y и Z координат точечных, линейных и площадных пространственных объектов в двух- или трехмерном пространстве. Система координат проекции определяется географической системой координат, проекцией карты, различными необходимыми для проекции карты параметрами, а также линейной единицей измерения. Скетч (sketch) — в Arc Мар форма, которая представляет геометрию пространственного объекта. Каждый существующий объект на карте обладает этой формой — скетчем, позволяющим визуализировать построение этого пространственного объекта, всех видимых вершин и сегментов пространственного объекта. При редактировании пространственных объектов в АгсМар изменяется скетч, а не сама форма объекта. Для того чтобы создать пространственный объект, надо сначала создать скетч. Можно создавать только линейные и полигональные скетчи, так как у точек нет ни вершин, ни сегментов. Скетч редактирования (edit sketch) — в АгсМар, временная графика, используемая для выполнения различных задач. Создание скетча — это стандартный способ редактирования геометрии пространственных объектов. Слой (layer) — 1. Визуальное представление набора географических данных в среде любой цифровой карты. Концептуально он более или менее соответствует элементу легенды на бумажной карте. Например, на карте автомобильных дорог примерами разных слоев могут служить дороги, административные границы, национальные парки, реки. 2. В ArcGIS ссылка на источник данных (шейп-файл, покрытие, класс пространственных объектов, растровое изображение и т. д.), определяющий, как данные будут отображаться на карте. У слоев могут быть и дополнительные свойства, например, какие именно объекты источника данных туда входят. Слои могут храниться в документе карты (.mxd) или как отдельные файлы слоев (Луг). Таблица содержания (table of contents) — в ArcGIS список фреймов данных и слоев (или таблиц) карты, где показаны условные обозначения данных, источник данных и доступен или не доступен для выборки каждый из слоев. Топология (topology) — в базе геоданных набор правил, формирующих общую геометрию точечных, линейных, полигональных объектов. Например, совпадать могут осевые линии улиц и границы кварталов или границы смежных полигонов на почвенной карте. Топология определяет и осуществляет правила целостности данных (например, отсутствие зазоров между полигонами). Таким образом, поддерживаются запросы топологических отношений и перемещения, поддерживаются сложные инструменты редактирования и становится возможным построение пространственных объектов из неструктурированной геометрии (например, построение полигонов из линий). Фрейм данных (data frame) — элемент карты, определяющий область на карте, ее положение на странице, систему координат и другие свойства отображения для одного или более слоев в АгсМар. Набор данных может быть представлен в одном или более фреймах данных. В виде данных одновременно можно видеть только один фрейм данных; в виде компоновки можно одновременно показать все фреймы данных документа карты. Во многих пособиях по картографии «телом карты» называется то, что в ESRI называют фреймом данных. Целевой слой (target layer) — в сеансе редактирования АгсМар слой, к которому применяется редакторская правка. Целевой слой надо указать перед тем, как создавать новые пространственные объекты или изменять существующие. Цилиндрическая проекция (cylindrical projection) — картографическая проекция, преобразующая точки на сфере или сфероиде на касательную или секущую плоскость. Конус разрезается вдоль образующей и разворачивается на плоскую карту. Шаблон карты (map template) — в АгсМар такой документ карты, с помощью которого можно быстро создать новую карту. Шаблоны могут содержать данные, пользовательский интерфейс и предопределенную компоновку, в которой на виртуальной странице уже организованы такие элементы карты, как стрелки севера, масштабные линейки и логотипы. У файлов шаблонов карты расширение .mxt. Шейп-файл (shapefile) — формат векторных данных для хранения информации о местоположении, форме и атрибутах географических объектов. Шейп-файл хранится как набор связанных файлов и содержит один класс пространственных объектов. Экстент (extent) — пары координат, определяющие минимальный прямоугольник (xmin, ymin и xmax, углах), ограничивающий источник данных. Все координаты источника данных попадают в пределы этих границ. ЛИТЕРАТУРА
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ГЕОДАННЫХ
Пользователь ГИС рассматривает мир через призму тематической базы данных (Геоинформатика, 2005). Управление массивом информации, содержащейся в ГИС, осуществляется на основе базы геоданных (БГД), представляющей собой совокупность данных о пространственно-распределенных объектах и их атрибутивных характеристик. Принципиальное отличие БГД от базы данных заключается в определении пространственного положения каждому хранящемуся в ней объекту. БГД позволяет задавать наборы топологических правил, определяющих пространственные отношения между содержащимися в ней объектами. Так обеспечивается целостность информации и возможность более точного представления в ГИС объектов окружающей действительности. Проектирование является весьма важным этапом, от которого зависит функциональность ГИС. Проектирование базы геоданных — сложный многоступенчатый процесс, основные задачи которого заключаются в следующем:
Процесс проектирования включает три последовательных уровня: концептуальный (инфологический), логический (деталогический) и физический. На концептуальном уровне, который не зависит от аппаратных и программных средств, осуществляется построение семантической модели предметной области. На данном этапе производится описание информационных объектов, связей между ними, определяются требования к допустимым значениям данных, устанавливаются способы представления пространственно-распределенных объектов. По сути, концептуальный этап — это сбор и анализ требований к проектируемой базе. Результатом этого уровня является структура базы геоданных, представляемая аналитиком. Концептуальный этап предполагает проведение значительного объема работ, которые необходимо выполнить при оценке предметной области. Логический уровень заключается в разработке схемы базы данных на основе конкретной модели. Данный этап определяется программными средствами и не зависит от аппаратного обеспечения. Здесь воплощаются представления программиста. В настоящее время наибольшее распространение получили три основные модели баз данных: иерархическая, сетевая и реляционная. Иерархическая модель содержит данные, образующие древовидную структуру (рис. 33). Каждый последующий элемент базы связан только с одним компонентом, находящимся на более высокой иерархической ступени. Такие модели наиболее целесообразно использовать для решения задач с ярко выраженной соподчиненной (иерархической) структурой. Они эффективны с позиции организации машинной памяти, но трудно модифицируемы и обладают низким быстродействием (Геоинформатика, 2005). Серия наблюдений
Рис. 33. Пример типа дерева Сетевая модель имеет узловую структуру. Каждая запись в ней может быть связана с несколькими другими (рис. 34). Ориентация при этом осуществляется на основе указателей, определяющих местоположение и связи. Сетевые модели эффективны для решения коммуникационных задач, но при редактировании базы часто возникают трудности, связанные с необходимостью редакции не только записи, но и указателя.
Рис. 34. Пример схемы сетевой БД Наибольшее распространение получили реляционные модели, имеющие табличную форму и свободные от ограничений, связанных с организацией хранения данных. Строки таблицы реляционной модели содержат сведения об объекте, а столбцы — набор однотипных характеристик всех объектов (рис. 35). Ни одна модель не является лучшей сама по себе. Выбор наиболее пригодной модели определяется типом создаваемой карты и контекстом решаемых задач. Преобразование концептуальной модели в логическую модель, как правило, осуществляется по формальным правилам, и чаще всего этот процесс автоматизирован. Физический уровень проектирования базы геоданных определяется как программными, так и аппаратными средствами. Для данного уровня характерно определение объема хранимой информации, ее структурированности и распределения на определенных носителях, а также обеспечение доступа к данным. Это реализуется на уровне администратора.
Селекция
Объединение Естественное соединение
Разность
Пересечение
Следует помнить, что информация, хранящаяся в базе геоданных, не только является частью физической модели, но и имеет свое описание в логической. Таким образом, при работе с БГД пользователь имеет дело одновременно и с физической, и с логической моделями. С помощью БГД становится возможным создание объектов с новыми качествами. Трехуровневая архитектура БГД позволяет обеспечить независимость хранимых данных от использования их различными аппаратными и программными средствами. Хранящиеся в БГД данные могут быть реорганизованы, что позволяет их использовать для решения новых задач без разрушения старых. Чаще всего БГД строятся на основе объектно-ориентированного подхода. Необходимо отметить его три отличительные черты: полиморфизм, инкапсуляция и наследование. Полиморфизм означает, что поведение объектов класса может адаптироваться к вариациям объектов. Например, базовые методы классов пространственных объектов, такие как «нарисовать», «удалить», «добавить», будут одинаковыми вне зависимости от того, где находятся пространственные объекты — в БГД, покрытии или шейпе. Инкапсуляция означает, что всякий объект доступен только через четко определенный набор программных методов, организованных в программные интерфейсы. Объекты доступа к данным БГД скрывают внутренние детали устройства объектов данных и обеспечивают им единый стандартный программный интерфейс. Наследование означает, что класс объектов может включать в себя поведение другого класса объектов, а также иметь собственное дополнительное поведение. Например, класс объектов «трансформатор» будет создан путем наследования из стандартного класса простых соединений. В соответствии с вышеуказанным следует определить преимущества БГД:
Оперирование данными в ГИС осуществляется на основе системы управления базами данных (СУБД) — это совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных. Выделяется две основные задачи СУБД в ГИС: выполнение всех аналитических процедур через СУБД, через которую осуществляется доступ ко всем данным; выполнение части процедур через СУБД, доступ к которой осуществляется напрямую, так как они не удовлетворяют требованиям модели. Основные функции СУБД заключаются в следующем:
База геоданных может быть как локальной, так и серверной. Современные ГИС имеют специальные приложения, позволяющие создавать, изменять и настраивать БГД. Например, модуль АгсСа1а1о§ в АгсШБ. Поэтому пользователям не обязательно знать все тонкости организации и хранения данных в базе. Пространственные данные в БГД хранятся в специальном поле, описывающем их геометрию, и характеризуются следующими типами: точки (мультиточки), полилинии (мультилинии), полигоны (мультиполигоны) (рис. 36). Каждый из этих типов объектов хранится отдельно в своем классе, что позволяет корректно описать их поведение. Современные полнофункциональные геоинформационные системы обладают развитыми средствами генерации различных выходных форм. Помимо стандартных генераторов отчетов, которые применяются в обычных СУБД, в ГИС встроены средства издания компьютерных карт различного назначения. Следует отметить, что их печать производится на основе фундаментальных требований, которые предъявляются к традиционным бумажным картам, произведенным на обычном типографском оборудовании. Заданный масштаб изображения в процессе печати контролируется высокоточными средствами. Полнофункциональные ГИС предоставляют возмож- а
ДОРОГИ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗЕМЕЛЬ ГРАНИЦЫ ГИДРОГРАФИЯ РЕЛЬЕФ ОСНОВА Рис. 36. Различные слои в базе геоданных Легенда © Белуха 9 Гренландский тюлень © Малый полосатик @ Морж © Морская свинья @ Морской заяц ® Нерпа Грид Range о 1-5 6-10 Рис. 37. Пример легенды карты ность создания широкого диапазона легенд карт, различных вставок и отчетов (рис. 37). Как уже отмечалось выше, на основе информации, содержащейся в БГД, можно реализовать в ГИС практически любую пространственную задачу. Моделирование в ГИС позволяет создать упрошенное представление об окружающей действительности и в результате оперативно и наглядно представить реальность в виде набора слоев карты и связей между ними. Основные сведения о таблицах Табличная информация является основной для географических объектов, позволяющей визуализировать и анализировать данные, строить запросы к ним. Таблица является основным элементом реляционной базы данных. Данные в ней представлены в виде совокупности строк и столбцов. Классы пространственных объектов являются просто таблицами со специальными полями, содержащими информацию о геометрии объектов. К таким полям относятся поле Shape для точечных, линейных и полигональных объектов и поле BLOB для классов объектов с аннотациями и размерами. Некоторые поля, такие как уникальный идентификационный номер (ObjectID) и Shape, добавляются, заполняются и поддерживаются в ArcGIS автоматически. Основные свойства таблицы:
Каждая строка (запись) представляет географический объект, например земельный участок, электрический столб, шоссе или озеро, а каждый столбец (поле) описывает специфическую характеристику объекта, такую как длина, глубина, стоимость и др. Таблицы хранятся в базах данных, например: INFO™, Microsoft® Access, dBASE®, FoxPro®, Oracle®, SQL Server™. ArcGIS позволяет ассоциировать записи в одной таблице с записями в другой таблице по какому-то общему полю, которое называется «поле связи» в терминологии СУБД. Существует несколько возможностей создания таких ассоциаций, включая временное соединение и связывание таблиц в карте или создание классов отношений в базе геоданных, которые поддерживают более постоянные ассоциации. Например, можно ассоциировать таблицу с информацией о собственниках участков земли со слоем земельных участков, так как в обоих есть общее поле с идентификационным номером участков. Связь между таблицами определяет отношение подчиненности, при котором одна таблица является главной (родительской, или мастером — Master), а вторая — подчиненной (дочерней, Detail). Существуют следующие виды связи:
Отношение типа «один-к-одному» означает, что одной записи в главной таблице соответствует одна запись в подчиненной. При этом возможны два варианта:
Этот тип отношения обычно используется при разбиении таблицы с большим числом полей на несколько таблиц. В этом случае в первой таблице остаются поля с наиболее важной и часто используемой информацией, а остальные переносятся в другую (другие) таблицу. Отношение «один-ко-многим» означает, что одной записи главной таблицы в подчиненной таблице может соответствовать несколько записей, в том числе ни одной. Этот вид отношения встречается наиболее часто. После установления связи между таблицами при перемещении на какую-либо запись в главной таблице в подчиненной автоматически становятся доступными записи, у которых значение поля связи равно значению поля связи текущей записи главной таблицы. Такой отбор записей подчиненной таблицы является своего рода фильтрацией. Отношение «много-к-одному» отличается от предыдущего варианта только направлением: нескольким записям в главной таблице соответствует одна в подчиненной. Отношение «много-ко-многим» имеет место, когда одной записи главной таблицы может соответствовать несколько записей подчиненной таблицы и одновременно одной записи подчиненной таблицы — несколько записей в главной. Хотя в этом случае понятия «главной» и «подчиненной» таблиц не имеют смысла. Существует множество источников табличной информации, и ArcGIS позволяет работать со многими форматами данных. Табличная информация может содержаться в виде таблиц в папках или базах данных, в виде текстовых файлов, запросов к базам данных и т. д. Файловые таблицы хранятся в папках на диске. Вот некоторые примеры файловых источников табличной информации:
Тип данных столбца определяет, какие именно данные в нем хранятся, и, следовательно, характер атрибута, представленного в этом столбце. Типы данных являются классификаторами, определяющими возможные значения данных и операции, которые вы можете над ними провести, а также способ хранения этих данных в базе данных. База геоданных использует следующие типы данных для хранения атрибутов и управления ими:
Существует множество задач по картированию и анализу данных, а также по их управлению, которые можно решать с помощью использования табличных данных. Вот самые распространенные из них:
Основные действия стаблицами в ArcGIS Ниже описаны основные действия, наиболее часто выполняемые над таблицами в ArcCatalog и АгсМар. 1. Создание таблиц Обычные атрибутивные таблицы создаются автоматически при создании shape-файла, с каждым новым объектом добавляется одна строка, включающая три столбца, создаваемых ArcGIS автоматически: FID (в него записывается номер объекта), Shape* (тип графического примитива, используемый в данном слое: точка, линия или полигон), 1D (поле идентификации). Из этих полей только последнее не является обязательным и может быть удалено пользователем. Однако в некоторых случаях возникает необходимость в создании дополнительных таблиц средствами ArcGIS. Ниже рассмотрено создание таблиц формата dBase. Для создания новой таблицы в ArcCatalog необходимо выполнить действие «Новый —> таблица dBase» меню «Файл» или контекстного меню папки в дереве каталога, в которой будет находиться создаваемая таблица. После этого остается только задать таблице нужное имя. 2. Добавление и удаление полей Добавлять и удалять поля можно как через АгсМар, так и через ArcCatalog. Ниже рассмотрен пример добавления и удаления полей через АгсМар, хотя в целом операции идентичны. Для того чтобы изменение количества полей было доступно, не должно производиться редактирования данной директории, т. е. не должен быть начат сеанс редактирования (Редактор —> Завершить редактирование). Ниже описана последовательность действий, которые необходимо выполнить для добавления новых полей:
Следует обратить внимание на то, что для ряда типов полей существуют дополнительные параметры, на которые нужно обращать внимание и при необходимости изменять. Например, количество знаков после запятой для чисел с плавающей точкой или количество символов для строковой переменной. Для того чтобы удалить поле, достаточно выбрать пункт «Удалить» в его контекстном меню. 3. Создание ассоциаций между таблицами Большинство руководств по разработке баз данных рекомендуют строить базу данных на основе множества атрибутивных таблиц, каждая из которых посвящена отдельной теме, вместо создания одной таблицы, содержащей все поля. В АгсМар предусмотрено два типа связи атрибутивных табличных данных с географическими объектами: соединения и связи. При соединении двух таблиц атрибуты одной их них добавляются в другую таблицу на основании значения общего для двух таблиц поля. Связывание таблиц описывает отношение между двумя таблицами — также на основании общего поля, но при этом не происходит добавления атрибутов одной таблицы в другую, вместо этого существует возможность при необходимости обращаться к связанным данным. 3.1. Соединение таблиц по атрибуту Как правило, соединение таблиц основано на значении поля, которое присутствует в обеих таблицах. Название поля в таблицах может различаться, но тип поля должен быть один и тот же: числовые поля соединяются с числовыми, строковые со строковыми и т. д. Вы можете выполнять связывание с помощью диалогового окна «Соединение данных» (Join Data), которое открывается по щелчку правой кнопкой на слое в АгсМар, либо с помощью инструмента геообработки «Добавить соединение» (Add Join) (рис. 38). Как правило, присоединенные столбцы имеют названия типа «ИмяТаблицы.ИмяПоля». Такое условное обозначение позволяет избежать дублирования названий полей, если целевая таблица и соединенная таблица имеют поля с одинаковыми названиями.
Рис. 38. Создание соединения таблиц по атрибуту Для осуществления соединения необходимо вызвать контекстное меню целевого слоя или таблицы, выбрать пункт «Соединения и связи» —» «Соединение». В результате выполнения этого действия откроется диалоговое окно соединения таблиц (рис. 39). Это же окно можно открыть выбором аналогичного пункта в меню «Опции» атрибутивной таблицы целевого слоя, а также нажатием кнопки «Добавить» на закладке «Соединения и связи» диалогового окна свойств слоя. На этой же закладке осуществляется управление существующими соединениями и связями: их удаление, просмотр свойств. В этом диалоговом окне следует указать поля в целевой и присоединяемой таблицах, по которым будет проводиться соединение (поле связи), а также саму присоединяемую таблицу: будь то атрибутивная таблица другого слоя в проекте или табличный файл с дополнительными данными. Как видно на рисунке, существует два способа соединения: с удалением или сохранением несопоставленных записей.
Соединение данных Соединение позволяет добавить дополнительные данные к таблице атрибутов слоя; в результате вы сможете, например, отображать слой на основании поисоединенных данных. Что вы хотите присоединить к слою?
| Присоединить атрибуты из таблицы 1. Выберите поле слоя, на которое будет основано соединение: і-Э 2. Выберите таблицу для присоединения к слою или загрузите ее с диска: Малый_тундровый_ле6едь_ареал * Показать атрибутивные таблицы слоев в этом списке 3. Выберите поле в таблице, на котором будет основано соединение: і-3
Все записи целевой таблиць будут представлены в результирующей таблице. Несопоставленные записи будут содержать пустые значения во всех полях, добавленных к целевой таблице из присоединяемой таблицы. С Сохранить только сопоставпенные записи Если запись в целевой таблице не имеет соответствующей записи в присоединяемой таблице, то эта запись будет удалена из результирующей таблицы.
[ Отмена 1 О соединении данных Рис. 39. Диалог создания связи между таблицами 3.2. Соединение по пространственному положению В том случае, если слои на карте не имеют общего поля, удобно использовать пространственное соединение. Для его выполнения следует в поле «Что вы хотите присоединить к слою?» указать «Присоединить данные из другого слоя на основании пространственного положения». Подробнее соединение по пространственному положению рассмотрено в главе «Запросы к картам». 3.3. Связывание таблиц Как уже отмечалось выше, отличие связи от соединения состоит в том, что данные из связанной таблицы не добавляются в целевую, а также в том, что связь работает в обоих направлениях. Связь добавляется одним из следующих способов:
Любое из перечисленных действий откроет диалог добавления связи (см. рис. 39). В соответствующих полях необходимо указать связанную таблицу, поля связи и название связи, которое будет использоваться для последующего обращения к связанной таблице. Для того чтобы получить доступ к связанной таблице, следует выполнить следующее действие: Атрибутивная таблица слоя — Опции — Связанные таблицы — Имя связи. При выполнении этого действия откроется связанная таблица, причем связанные записи будут выделены. 4. Редактирование таблиц Редактирование табличных данных в АгсМар может производиться двумя способами: в окне открытой таблицы или через диалоговое окно редактирования атрибута (рис. 40). Однако в любом случае должен быть начат сеанс редактирования в данной директории (кнопка «Редактор» — «Начать редактирование»). В этом диалоговом окне слева содержится список выбранных объектов, а справа — список атрибутов с их значениями. Это диалоговое окно открывается кнопкой «Атрибуты» на панели инструментов «Редактор». 5. Вычисление значений полей Помимо создания ассоциаций с готовыми таблицами и добавления данных в поля вручную существует также и другой способ редак-
Рис. 40. Окно редактирования атрибутов тирования записей. Это использование инструмента «Калькулятор поля» (контекстное меню поля в атрибутивной таблице — инструмент «Калькулятор поля»). Этот инструмент позволяет выполнять вычисление значений полей как с использованием простых арифметических операторов, так и сложных, и с использованием выражений, написанных на языке VBA. Одной из наиболее важных функций является возможность вычисления геометрии пространственных объектов, таких, например, как площадь для полигональных объектов, длина для линейных объектов, координаты XY для точечных. Более подробно операции, позволяющие использовать калькулятор поля, описаны в разделе справки «Таблицы и атрибутивная информация — Создание таблиц и управление атрибутивной информацией — Вычисления в полях». Задание
Ошибочно предполагать, что основная задача ГИС заключается только в хранении информации. Практическая ценность ГИС заключается в возможности оперирования имеющимися массивами данных, а это невозможно без осуществления процедуры анализа. Практически все современные системы содержат инструменты для работы с пространственно-атрибутивной информацией. Для создания пространственной модели, соответствующей окружающему миру, используют средства пространственного анализа. Анализ в ГИС подразумевает широкий спектр операций, суть которых не всегда сопоставима с классической трактовкой понятия «анализ». Согласно этимологии данного термина, анализ представляет собой процедуру мысленного или реального расчленения предмета, явления или процесса на составляющие, признаки, свойства, отношения. Анализ часто рассматривается как прием научного мышления либо как общенаучный метод. При этом предполагается не только фиксация составляющих, но и установление взаимоотношений между ними. Также одним из видов анализа является классификация, где производится разделение множеств предметов на подклассы (непересекаю-щиеся подмножества данного множества) (Горский, 1966, Проблемы общей методологии наук и диалектической логики). В ГИС понятие анализа подразумевает более широкий спектр процедур, позволяющих находить решение множества задач, связанных с пространственно-распределенными данными. Так, например, используя аналитические функции ГИС, можно получить ответы на такие распространенные вопросы, как:
Аналитические функции ГИС берут свои истоки из методов анализа традиционных карт. Так, традиционными и общепринятыми являются картометрические функции и математическая обработка. Оперативность получаемых решений определяет преимущества ГИС по сравнению с другими инструментами. Достаточно распространенной задачей является проверка предположений и выбор наиболее оптимальных решений, например, при проведении оценки воздействия производства на окружающую среду и выборе его места размещения. Также становится возможным построение множества картографических интерпретаций. Поскольку чаще всего изображение в ГИС представлено совокупностью слоев, возможно оперативное преобразование картографического произведения. Из наиболее распространенных преобразований следует отметить следующие:
Рис. 41. Карта города со слоем дорог и без него
42. Действие инструмента Erase Рис. Входные объекты
Стирающие объекты
Выходные объекты
Среди способов осуществления пространственных запросов к базе данных способом «картографического интерфейса» следует выделить:
При проведении пространственного анализа чаще всего используются те представления, которые характерны для объекта, существующего в реальном мире. Среди возможностей пространственного анализа выделяются:
к -. # 3' А ' Л « -• ИГ* / I Д • А - i' Рис. 43. Выборка по произвольной геометрической фигуре
Так, например, пространственное расположение объектов исследуется при помощи операций анализа размещения, связей и других геопространственных взаимоотношений объектов и их атрибутов. К таким операциям можно отнести буферизацию, анализ близости, оверлейный и сетевой анализ, районирование и др. Комбинируя перечисленные операции, можно решать достаточно сложные пространственные задачи. Рассмотрим более подробно наиболее значимые операции. Картометрические функции — это операции, позволяющие измерять расстояния, площади, периметры, углы наклона, объемы, заключенные между поверхностями. Обычно эти операции являются обязательными ГИС-функциями. Картометрические измерения тесно связаны с морфометрическими (morphometry) измерениями, суть которых заключается в вычислении морфометрических показателей (morphometric indexes, morphometric parametrs), т. e. показателей формы и структуры явлений (извилистости, расчленения, плотности и др.) на основе картометрических определений. Измерения и исчисления по тематическим картам иногда выделяют в особый раздел — тематическую картометрию и морфометрию (thematic cartometry and morphometry). Процесс вычисления картометрических и морфометрических функций состоит в определении координат, направлений, дистанций, периметров, размеров, площадей, форм объектов, а также параметров дистанционной съемки, полученных по стереопаре (стереологиче-ские параметры). При проведении картометрических измерений следует помнить, что процесс вычисления координат объектов различается для разных графических примитивов. Вычисление стереологиче-ских параметров необходимо для описания объемной (3d) структуры объектов. Фундаментом для расчета параметров служат значения площади и периметра примитива, полученные с карты. В большинстве случаев этими параметрами описывают структуры, элементы которых связаны между собой в пространстве. Создание моделей поверхностей производится обычно по численным характеристикам, содержащимся в базах геоданных. Моделировать можно как реальные поверхности (например, рельеф местности), так и воображаемые (например, плотность дорожных сетей). В ГИС могут быть реализованы следующие модели:
Рис. 44. Построение изолиний значений уровня шума Буферизация. Буферная зона (buffer zone, buffer, corridor) представляет собой полигональный слой, образованный путем расчета и построения эквидистант, или эквидистантных линий (equidistant line), равноудаленных относительно множества точечных, линейных или полигональных пространственных объектов. Операция буферизации (buffering) применяется, например, для целей выделения трехкилометровой пограничной зоны, 20-метровой полосы отчуждения железнодорожной линии и т. п. Буферная зона полигонального объ-
Рис. 45. Использование сетки ячеек для анализа загрязнения бухты Золотой Рог екта может строиться как вне, так и внутри полигона. В случае если расстоянию между объектами и эквидистантами ставятся в соответствие значения одного из его атрибутов, говорят о «буферизации со взвешиванием» (weighed buffering). В современных ГИС буферные зоны создаются автоматически, причем построить их можно вокруг объектов любых типов (рис. 46). Допустим, перед нами стоит задача построения водоохранной зоны реки шириной 50 м. То есть нам необходимо оконтурить область заданной ширины по обе стороны от реки. Процесс создания такой области называется созданием буферной зоны. Соответственно такая зона будет называться буфером. Исходя из заданных условий, размер ее будет представлен в виде константы (50 м). Необходимо отметить, что размер буфера может быть задан не только константой, но и колонкой в таблице либо математическим выражением. К примеру,
Буферирование линии Рис. 46. Буферирование графических примитивов в ГИС
Буферирование площади чтобы создать буферную зону вокруг предприятия (санитарно-защитная зона), из базы геоданных используются значения радиуса буфера из колонки «Санитарно-защитная зона». Затем указывается гладкость буфера, т. е. число сегментов для буферной окружности. Если в таблицах базы геоданных отсутствуют значения, которые могли бы отразить радиус буфера, с помощью встроенного инструментария задается выражение, результат которого и будет выступать в роли значения буфера (рис. 47).
Рис. 47. Диалоговое окно задания буферного расстояния для объектов слоя Оверлей (оверлейная операция, overlay) представляет собой операцию наложения друг на друга двух или более слоев, результатом которой является графическая композиция используемых слоев либо единственный результирующий слой, несущий в себе набор пространственных объектов исходных слоев, топологию этого набора и атрибуты, которые являются производными от значений атрибутов исходных объектов в топологическом оверлее векторной модели представлений пространственных объектов. Оверлейными являются следующие операции:
Скважины типы почв
Рис. 48. Пример применения процедуры топологического оверлея «точка-в-полигон» с перестройкой таблицы атрибутов Рассмотрим операцию топологического оверлея «точка-в-поли-гон» (роіпМп-ро^оп), в результате которой образуется новый слой. Например, при бурении скважины на воду необходимо определиться с типом бурения, оказывающим наименьшее воздействие на окру-жаюшую среду. В данном случае необходимо соотнести пункты предполагаемого бурения с типами грунтов, где они располагаются. В результате оверлея мы получаем новый слой, где в перестроенной таблице атрибутов можем найти характеристику грунта и выбрать соответствующий способ бурения. Операция наложения двух полигональных слоев (ро1у§оп-оп-ро^оп) методом вырезания применяется для вырезания части одного слоя с использованием для этого другого слоя в качестве формы (рис. 49). Таким образом, один из слоев используется в качестве области отсечения, и в результате формируется новый слой, где сохраняются только те объекты от исходного слоя, которые попали в область вырезания. При этом атрибутивные данные в новом слое идентичны исходным. Данная процедура применима не только к полигональным слоям, но и другим геометрическим примитивам. Например, требуется определить приуроченность определенных бентосных организмов к определенным глубинам. В качестве области вырезания будет выступать диапазон глубин. Результатом операции оверлея будет новый слой, содержащий информацию о бентосе, обитающем в конкретном глубинном диапазоне.
Рис. 49. Пример действия инструмента Clip В оверлее могут присутствовать также элементы логических операций, основанные на элементарных функциях И, ИЛИ, НЕ и не исключающие ИЛИ. Например, имеется два слоя, один из которых — собственники земельных участков, другой — сельскохозяйственные культуры. Мы можем осуществить следующие процедуры логического оверлея. Пересечение: произрастают ли на участке владельца А культуры сорта Б? Объединение: кто из собственников земельных участков выращивает сельскохозяйственную культуру Б? Отрицание: кто кроме владельца А выращивает культуру В? Исключающее ИЛИ: либо участок владельца А, либо культура сорта Б. Сетевой анализ направлен на решение задач по определению ближайшего, наиболее выгодного сетевого (это может быть транспортная сеть, сеть телекоммуникаций и т. д.) маршрута, установлению уровней нагрузки на сеть, определению зон влияния на объекты сети других объектов. Чаше всего сетевой анализ используется при обработке линейных объектов, для решения логистических задач. Сетью принято называть систему линий, имеющих не более двух общих точек друг с другом. Еше один важный фактор, определяющий сеть, — это способ соединения ее элементов. Выделяется два типа соединений: «из/в» (например, речная система) и «из/через» (магистральный про-дуктопровод). Решение многих сетевых задач возможно с помощью линейного программирования. Агрегирование данных связано с обобщением, группировкой данных по определенным критериям. Объединяют объекты по равенству значений определенного атрибута. Например, можно агрегировать в один объект все месторождения углеводородного сырья на шельфе Дальнего Востока России. Также возможно агрегирование объектов одной темы в соответствии с размещением их внутри полигонов другой темы. Так, можно объединить в один несколько районов города, характеризующихся одинаковым загрязнением атмосферного воздуха. Районирование заключается в объединении объектов в территории, однородные по выбранному критерию. Районирование используется в самых различных задачах, таких как создание и анализ территорий сбыта, избирательных округов, территорий, обслуживаемых подразделениями аварийной службы, маршрутов доставки, анализ распределения ресурсов и т. д. ГИС создает тематическую карту методом индивидуальных значений, в которой тематической переменной является название территории. Операция районирования может быть основана на формальных методах кластерного анализа. При районировании не создается новых географических объектов на карте, а также не вносится никаких постоянных изменений в стили существующих объектов. Районирование представляет собой инструмент динамической группировки существующих объектов и анализа соответствующих данных. Однако пользователь ГИС может зафиксировать изменения в объектах, сохранив в виде отдельной таблицы результаты районирования. Районирование можно осуществить для любой таблицы, содержащей графические объекты типа область, линия или точка. Различные районы изображаются различными штриховками, типами линий или символов (рис. 50). » в ' 2 • і 2 в 9
Рис. 50. Районирование района по степени уязвимости к нефтяному загрязнению Легенда з Сапсан |
Последнее изменение этой страницы: 2019-03-21; Просмотров: 199; Нарушение авторского права страницы
Яндекс.ДиректТехнический анализ скачай бесплатноУзнать большеacademyfx.ru
Яндекс.ДиректБесплатный учебник по BIMУзнать большеautodesk.ru18+
