Географічні інформаційні системи

Географічні інформаційні системи

 

Київ - 2005 р.

 

МІНІСТЕРСТВО ОБОРОНИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ОБОРОНИ УКРАЇНИ

 

 

ГЕОГРАФІЧНІ ІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ

Підручник

Затверджений Начальником Генерального штабу Збройних Сил України,

як підручник для науково-педагогічних працівників, слухачів, ад’юнктів Національної академії оборони України та інших військових навчальних закладів, офіцерів частин топографічної служби Збройних Сил України,

працівників науково-дослідних закладів Міністерства оборони України.

 

Київ - 2005 р.

 

УДК 004:91   ББК 68.9 ГЕОГРАФІЧНІ ІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ: Підручник / Мосов С.П., Тарасов В.М., Чорнокнижний О.А., Куковський С.А., Брезіцький Е.Ю. - К.: НАОУ, 2005 – 240 с.

 

 

Затверджено Начальником Генерального штабу Збройних сил України як підручник для слухачів, ад’юнктів, науково-педагогічних працівників Національної академії оборони України, курсантів навчальних закладів, офіцерів частин топографічної служби Збройних Сил України, працівників науково-дослідних закладів Міністерства оборони України

Підручник розроблений авторським колективом кафедри ракетних військ і артилерії Національної академії оборони України у відповідності до програми підготовки слухачів вищих військових навчальних закладів, в якому розглянуто основні питання щодо сутності та призначення геоінформаційних систем та основ їх використання в інтересах військ (сил).

Авторський колектив: доктор військових наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України полковник Мосов С.П., кандидат військових наук, доцент, генерал-майор Тарасов В.М., кандидат технічних наук, доцент, полковник Чорнокнижний О.А., полковник Куковський С.А., підполковник Брезіцький Е.Ю.

 

Відповідальний за видання - полковник Чорнокнижний О.А.

 

Рецензенти: полковник Пермяков О.Ю., доктор технічних наук, професор;

Косевцов В.О., доктор військових наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України;

Сівов М.С., доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і

техніки України.

 

 

Ó Національна академія оборони України, 2005

 

 

З М І С Т

ВСТУП..............................................................................................................
1. ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ ОРГАНІЗАЦІЇ ТА ФУНКЦІОНУВАННЯ Географічних ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ.......................................
1.1. Розвиток інформаційних технологій та їхній вплив на систему забезпечення Збройних Сил України інформацією про місцевість…......
1.2. Призначення, склад географічних інформаційних систем..................
1.3. Місце географічних інформаційних систем у інформаційних системах...........................................................................................................
1.4. Апаратні засоби географічних інформаційних систем.......................
1.5. Електронні тахеометри та системи супутникового визначення координат........................................................................................................
1.6. Класифікація та призначення програмних засобів географічних інформаційних систем....................................................................................
1.7. Інтерфейс користувача. Основні типи інтерфейсів.............................
1.8. Класифікація запитів користувача.........................................................
2. СИСТЕМА ДАНИХ У ГЕОграфічних інформаційних СИСТЕМАХ....................................................................................................
2.1. Просторові елементи. Дискретні та безперервні поверхні..................
2.1.1. Просторові елементи............................................................................
2.1.2. Шкали вимірів.......................................................................................
2.1.3. Просторовий розподіл……………………………………………......
2.2. Збір географічної інформації. Графічне подання об’єктів та їх атрибутів..........................................................................................................
2.2.1. Збирання географічних даних.............................................................
2.2.2. Системи відбору....................................................................................
2.2.3.Карта, як модель географічних даних..................................................
2.2.4. Графічне подання об’єктів та їх атрибутів.........................................
2.3. Растрові та векторні моделі даних.........................................................
2.3.1. Растрові моделі даних.........................................................................
2.3.2. Векторні моделі даних.........................................................................
3. ВВЕДЕННЯ, ЗБЕРІГАННЯ ТА РЕДАГУВАННЯ ДАНИХ ПРО МІСЦЕВІСТЬ...................................................................................................
3.1. Джерела даних, стандарти, формати даних...........................................
3.2. Пристрої введення інформації................................................................
3.3. Робота з базами даних..............................................................................
4. МЕТОДИ АНАЛІЗУ В географічних інформаційних СИСТЕМАХ....................................................................................................
4.1. Класифікація об’єктів на карті. Визначення об’єктів. Атрибути об’єктів.............................................................................................................
4.2. Геометричні об’єкти високого рівня.....................................................
4.3. Виміри лінійних об’єктів та полігонів...................................................
4.4. Поверхні та цифрові моделі рельєфу.....................................................
4.5. Види аналізу поверхні.............................................................................
4.6. Види просторового розподілу. Розподіл полігонів та розподіл ліній...................................................................................................................
5. Накладання шарів просторової інформації за допомогою географічної інформаційної системи……...
5.1. Картографічне накладання (оверлей)....................................................
5.2. Типи накладання. Помилки накладання................................................
6. Картографічне моделювання за допомогою географічної інформаційної системи………………………...
6.1. Картометричні операції...........................................................................
6.2. Картографічні моделі. Типи моделей.....................................................
6.3. Оверлейний та мережний аналізи...........................................................
7. Виведення результатів моделювання за допомогою географічних інформаційних систем................................................
1. Картографічне виведення..........................................................................
2. Принципи оформлення результатів моделювання...................................
3. Некартографічне виведення результатів моделювання...........................
8. Проектування географічних інформаційних систем.
8.1. Сутність проектування географічних інформаційних систем та модель розробки системи...............................................................................
8.2. Технічне проектування географічних інформаційних систем та баз даних..................................................................................................................
8.3. Експертні системи, географічні інформаційні системи і системи підтримки рішень.............................................................................................
9. Методика розрахунку економічного ефекту від впровадження географічних інформаційних систем.......
10. Основи створення географічної інформаційної системи Збройних Сил України......................................................
10.1. Тенденції розвитку топогеодезичного забезпечення за досвідом локальних війн і збройних конфліктів останніх років.................................
10.2. Використання географічних інформаційних систем в збройних силах провідних країн світу............................................................................
10.2.1. Загальна характеристика використання географічних інформаційних систем в інтересах військ (сил)............................................
10.2.2. Особливості використання географічних інформаційних систем в збройних силах Великобританії..................................................................
10.3. Призначення, склад географічної інформаційної системи Збройних Сил України. Підсистеми географічної інформаційної системи ЗС України..............................................................................................................
10.4. Види забезпечення географічної інформаційної системи Збройних Сил України......................................................................................................
10.5. Особливості використання географічної інформаційної системи Збройних Сил України....................................................................................
ЗАКЛЮЧЕННЯ...............................................................................................
СПИСОК Літератури................................................................................

ВСТУП

Процес реформування Збройних Сил України, перехід на нові організаційно-штатні структури з’єднань, частин і підготовка військ (сил) до виконання завдань за призначенням у нових умовах висувають принципово нові вимоги до процесу управління військами (силами). З цією метою створюється Єдина автоматизована система управління Збройних Сил України. Але її інформаційне забезпечення не можливе без використання інформації, яка має просторову прив’язку, та інформації про місцевість та об’єкти на ній.

Крім того, досвід локальних війн та збройних конфліктів останніх років свідчить, що виконання завдань за призначенням військами (силами) не можливе без їх всебічного забезпечення, складовими якого є топогеодезичне і навігаційне забезпечення. У свою чергу, нові вимоги військ (сил) до змісту та якості топогеодезичного і навігаційного забезпечення можливо виконати лише за умови впровадження нових форм та способів виконання завдань, використання сучасних технічних засобів.

Тому, аналіз досвіду збройних сил провідних країн світу свідчить, що комплексне вирішення цих завдань можливе тільки завдяки створенню та впровадженню географічних інформаційних систем (ГІС) військового призначення.

Необхідність аналізу географічного (просторового) розміщення об’єктів та явищ, їх кількісних та якісних характеристик за допомогою карти виникає сьогодні у представників різних професій. Перед усім, це структури управління, які володіють великими масивами інформації, на основі яких приймаються відповідні рішення. У картографічних даних також виникає необхідність у фахівців, які здійснюють оцінку і прогнозування стану будь-якої області діяльності людини, наприклад, земельний кадастр, сфера оборони держави, забезпечення правопорядку та дотримання чинного законодавства, економіка, охорона навколишнього середовища, ліквідація наслідків техногенних аварій, забруднення територій, тощо. Круг потенційних користувачів такої інформації дуже великий, це є однією з причин швидкого зростання на протязі останніх років потреби у географічних інформаційних системах (ГІС).

Виходячи з цього положення, в підручнику були відображені існуючі погляди на призначення, завдання та основи використання геоінформаційних систем в інтересах військ (сил) та окремі теоретичні і практичні положення щодо створення географічної інформаційної системи Збройних Сил України. Підручник має теоретичну та практичну цінність і може бути використаний у повсякденній діяльності офіцерського складу Збройних Сил України.

________________

Периферійні засоби виводу.

До ПЕОМ можуть бути підключені периферійні пристрої виводу до яких відносяться принтери і графопобудовачі.

Принтери призначені для виводу інформації на папір. За типом друку вони розподіляються на: матричні, струминні, лазерні.

Графопобудовачі – це пристрої для виводу креслень на папір. Робота цих пристроїв заснована на механічних і немеханічних способах реєстрації графічної інформації. Основними типами графопобудовачів є векторні і растрові. Растрові графопобудовачі розподіляються на: електростатичні, чорнильно-струминні, термографічні, лазерні. Лазерні графопобудовачі можливо використовувати для створення видавничих оригіналів топографічних та спеціальних карт.

За конструкцією графопобудовачі розподіляються на: планшетні, барабанні, роликові і комбіновані. Швидкість переміщення пера в них складає: для планшетних (100 – 700 мм/с); барабанних (110 – 630 мм/с); роликових (100 – 800 мм/с).

Велика кількість різноманітних зразків обчислювальної техніки та засобів вводу, виведення інформації вимагає, щоб існуючі ГІС мали в складі програмного забезпечення відповідні програми-драйвери. За їх допомогою здійснюється зв’язок з периферійними пристроями та передаються дані від комп’ютера до пристрою і зворотно. Крім того, підключення будь-якої нової апаратури до комп’ютера полягає у написанні драйвера (програми взаємодії).

Рис.1.10. Загальна архітектура базових стандартизованих засобів ГІС.

 

Форматом подання цифрової картографічної інформації називається шаблон по якому створюється файл цифрової картографічної інформації. Шаблон описує структуру файла даних (які дані та у якому порядку повинні бути занесені в файл), протоколи обміну, визначає набір функцій, що можуть бути викликані, та їх параметри.

Частина форматів, що підтримуються конверторами програмних засобів системи, призначена для обслуговування зв’язку з зовнішніми графічними середовищами типу векторних систем автоматизованого проектування (DXF) або растрових графічних редакторів (TIFF, PCX, POSTSCRIPT та ін.) та засобів вводу (виведення) інформації. Інші формати розроблені винятково для середовища програмних засобів ГІС і в свою чергу можуть бути національними стандартами на подання у цифровому вигляді просторових даних.

На сьогоднішній день в топографічній службі ЗС України використовується в якості єдиного формату подання цифрової картографічної інформації формат F20 S.

Користувачі оцінюють “дружність” програми (і взагалі її придатність надавати відчутну допомогу у практичній діяльності) за її інтерфейсом. Якщо інтерфейс не надає зворотного зв’язку, тобто якщо немає зручних способів відслідковувати хід виконання завдань та реакцій програмного додатку на команди користувача або введену від нього інформацію, або інтерфейс не є інтуітивно зрозумілим, тоді користувачі розглядають програмне забезпечення як “недружнє”, що іноді призводить до відмови від його застосування. Навпаки, добре спроектований та зручний інтерфейс може компенсувати інші недоліки програмного забезпечення, наприклад, повільне виконання (витрати часу) для деяких режимів та завдань.

Для більшості додатків геоінформаційна система повинна працювати в режимі дійсного часу (максимальний час, що дозволений для відповіді – кілька секунд). При досить частих звертаннях до системи на перше місце вже висуваються чисто ергономічні вимоги до інтерфейсу користувача – меню і піктограмам повинні бути віддані переваги перед текстовими командами, що дуже втомлюють користувача під час їх набору.

В залежності від типу і призначення ГІС організація середовища управління (інтерфейс користувача) має кілька рівнів (типів), які подані на рис.1.11.

 

 

Розглянемо стисло характеристику кожного з наведених типів інтерфейсу.

1. Команда. Команду користувач набирає у командній строчці, наприклад С>. В такому випадку користувач повинен слідкувати за встановленою системою синтаксисом команд, використовуючи точний запис та правила пунктуації. Однак в деяких геоінформаційних системах може бути більше ніж 1000 команд, що дуже незручно для недосвідчених користувачів. Інтерактивна допомога може скоротити потребу в знанні усіх правил і синтаксису команд системи, особливо для тих команд, що рідко використовуються.

2. Меню. В цьому випадку користувач вибирає необхідний йому пункт меню, що відповідає за проведення певної функції (операції). Пункт меню надає вибір, який є єдино можливим в цей час. Наслідок вибору може бути відображений у спеціальному списку біля кожного пункту меню. Однак складні системи меню дуже втомлюють користувача при їх постійному використанні та не забезпечують гнучкість команд.

3. Піктографічне меню. Ця форма меню використовує символічні зображення для доступності сутності команд і спрощення управління. Користувач управляє системою, використовуючи піктограми для виконання найбільш часто зустрічаючихся функцій та звичайне меню для усіх інших. Багато користувачів гарніше сприймають символічні системи і швидше засвоюють ГІС.

4. Вікна.. Інтерфейс геоінформаційної системи повинен використовувати переваги характеру просторових даних. Є два основних способи доступу до просторових даних – через просторові об’єкти і через їх ознаки. Сучасні складні системи використовують декілька екранних вікон для окремого виводу текстових і графічних даних. Вікна одночасно дозволяють виводити на екран кілька видів однієї карти, наприклад при повному зображенні і у збільшеному зображенні.

5. Національна мова інтерфейсу. Звичайні переваги при використанні національної мови в системах меню і інтерактивної допомоги проявляються негайно. Різко зростає, як швидкість освоєння системи, так і повнота використання усіх її функціональних можливостей. Більшість виробників програмного забезпечення ГІС сьогодні просувають на іномовні національні ринки (стандарт – англійська мова) “адаптовані“ версії своїх програмних продуктів.

6. Комбінований інтерфейс. Багато оболонок геоінформаційних систем суміщають кілька із попередньо розглянутих підходів до організації середовища управління системою, створюючи комбінований інтерфейс, як зі звичайним “випадаючим” меню, так і з набором блоків піктографічного меню. Іноді додатково використовується і командна строка, при чому розпізнавання багатьох команд виконується за їх скороченим виглядом (перші два – три символи).

7. Інші типи інтерфейсу. Розвиток апаратного забезпечення визначає і розвиток інших типів інтерфейсу. Сенсорні дисплеї дозволяють користувачу вибирати об’єкт, або віддавати команди простим дотиком пальця, або спеціального покажчика до визначеної області екрану. Для деяких типів прикладних геоінформаційних систем, що працюють з великомасштабними цифровими моделями рельєфу, можливо впровадження технології “віртуальної дійсності” під час моделювання земної поверхні і об’єктів, що на ній знаходяться: будівлі, дерева, мости тощо.

В якості прикладів розглянутої нами класифікації можливих рівнів інтерфейсу геоінформаційної системи наведемо деякі характеристики інтерфейсу ГІС ArcView.

Система ArcView надає широкі можливості для створення та пристосування інтерфейсу користувача. Мало того, можна утворити інтерфейс спеціально для даного прикладу. Користувачу надано можливість утворювати зовсім новий інтерфейс або модифікувати існуючий. Можна встановлювати, як зовнішній вигляд (склад компонентів), так і поведінку інтерфейсу. Характерною рисою є можливість здійснювати пристосування інтерфейсу, як частину процесу розробки, або “у динаміці”, тобто під час промислової експлуатації ГІС. Однак, користувачу потрібно пам’ятати, що у будь-якому разі пристосування більшості елементів інтерфейсу відбувається інтерактивно та результати дій зберігаються у файлі проекту.

Взаємодія користувача з ArcView здійснюється через панель управління, яка відома як документ GUI, тобто графічний інтерфейс користувача. Типовий документ GUI складається з трьох лінійок, у яких розміщено меню, кнопки та інструменти відповідно. Кожен ArcView-документ має панель управління власної структури (складу), яка стає доступною, коли документ є активним. На рис. 1.12 наведена ілюстрація, що показує графічний інтерфейс користувача для документу виду (view).

 

Рис. 1.12. Графічний інтерфейс користувача для документу виду (view).

Лінійка, що містить позиції (options) меню, має назву, як панель меню (menu bar), тоді як інші дві лінійки мають назву панелі кнопок та панелі інструментів. Можна пристосовувати кожен компонент інтерфейсу у панелі меню та панелі кнопок, а також кнопочні компоненти у панелі інструментів.

ArcView має “ меню за викликом ”, виклик якого, як і у більшості ГІС-систем, здійснюється натисканням правої кнопки миші. Меню за викликом є частиною інтерфейсу кожного документа. Крім того, надано можливість користувачу пристосовувати також і це меню. Окрім майстрування інтерфейсу ArcView-документів, існує можливість пристосовувати вікно проектів.

Панель меню.

Лінійка позицій меню (горизонтального меню) як правило розташовується у верху панелі управління. Додаткові елементи меню для кожної позиції горизонтального меню виставляються натисканням за позицією. Випадаючи переліки позицій вертикальних меню надають користувачеві зручний та простий спосіб взаємодії з проектом. Добре спроектована сукупність позицій меню робить проект зрозумілим, логічним та простим для вивчення.

Назви позицій меню повинні бути змістовними та висвітлювати їх дії. Треба встановлювати певні правила (стандарти) для утворення імен позицій меню та їх угруповань. Треба мати на увазі, що користувачі у теперішні часи мають справу з досить великою кількістю програмних продуктів, які дотримуються подібних стандартів. Отже, користувачі звикають до таких “правил гри”. Наприклад, усі продукти Microsoft Windows вживають у першій позиції меню File (тобто оперування з файлами), що має компоненти випадаючого меню (вертикального) такі, як “New (Новий)”, “Open (Відкрити)”, “Print (Друк)”, “Exit (Вихід)”.

Панель кнопок.

Кнопки надають більш швидкий спосіб прискорення виконання команд, які доступні через позиції меню (звичайно, якщо такі позиції існують). Взагалі, панель кнопок містить практично елементи (команди), які аналогічні за дією до позицій меню, але доступ до яких є набагато швидший. Відмічено, що новачки серед користувачів ГІС віддають перевагу позиціям меню, тоді як досвідчені користувачі мають схильність до кнопок.

Панель інструментів.

Панель інструментів є сукупністю взаємно виключних інструментальних кнопок (тобто таких, яких не можна натиснути одночасно). Як правило, кожна така кнопка відповідає специфічній процедурі маніпулювання курсором на екрані дисплею. Коли користувач вибрав таку кнопку, то вона діє, поки не вибрано наступну. Внаслідок того, що інструментальні кнопки є взаємно виключними, тільки один інструмент може бути вибраний у поточний момент сеансу роботи. Отже, вибір нового (наступного) інструменту скасовує вибір попереднього. Коли користувач вибирає інструмент (натискаючи інструментальну кнопку), змінюється малюнок курсору, який приймає як правило вигляд, що має іконка на інструментальній кнопці. Вигляд курсору показує, який інструмент вибрано у поточний момент.

Меню за викликом.

Меню за викликом має групу позицій, склад якої залежить від типу ArcView-документа. Хоча до меню за викликом може бути надано кілька сукупностей позицій (команд), у поточний момент може бути використана тільки одна з них. Найкращим способом використання меню за викликом є швидкий виклик операції з документом. Викликається меню за викликом натисканням правої кнопки миші у будь-якій точці ArcView-документа.

Вікно проекту.

Іконки, перелічені (показані) у лівій панелі вікна проекту, представляють доступні документи GUI. ArcView має п’ять типів Gui-документів: “види (views)”, “таблиці (tables)”, “діаграми (charts)”, “плани (layouts)” та “скрипти (scripts)”. Можна утворювати власні нові ArcView-типи документів та додавати їх до вікна проектів.

Питання

1. Що таке геоінформаційна система?

2. Призначення та основні складові географічної інформаційної системи?

3. Основні підсистеми геоінформаційної системи. Їх призначення?

4. Яка існує різниця між картографуванням за традиційною технологією і при використанні геоінформаційної системи?

5. Визначити місце ГІС у інформаційних системах?

6. Надати класифікацію геоінформаційних систем?

7. Основні сфери використання геоінформаційних систем?

8. Дати характеристику апаратним засобам геоінформаційної системи?

9. Дати характеристику використанню електронних тахеометрів та супутникових навігаційних приймачів в процесі визначення вихідної інформації для її подальшого використання в ГІС?

10. Надати характеристику програмного забезпечення геоінформаційної системи?

11. Що таке формат подання цифрової картографічної інформації та його важливість в процесі функціонування геоінформаційної системи?

12. Дати визначення інтерфейсу користувача. Його значення в процесі роботи з геоінформаційною системою для користувачів?

13. Які існують основні типи інтерфейсу та надати їх характеристику?

14. Класифікація запитів користувача під час роботи з геоінформаційною системою?

 

________________

 

Просторові елементи.

Просторові елементи оточуючого середовища можна розподілити на чотири типи, які легко встановити: точки, лінії, області, поверхні. Разом вони можуть представляти більшість природних і соціальних явищ, з якими ми зустрічаємось кожний день. В той же час, в геоінформаційних системах об’єкти дійсного миру подаються трьома типами об’єктів з встановлених чотирьох: т очки, лінії, області. Вониможуть виражатися відповідними символами, поверхні ж найчастіше подаються висотами точок, або іншими комп’ютерними засобами (растрове або векторне подання). Головною особливістю ГІС – інформації є те, що вона просторова. Непросторова інформація (ідеї, національність…) не можуть безпосередньо застосовуватися в геоінформаційних системах, якщо тільки їм не присвоїти деякі їх просторові характеристики.

Тепер більш докладно розглянемо характеристики просторових об’єктів та їх зміст.

Точкові об’єкти – це такі об’єкти, кожний з яких розміщений тільки в одній точці простору. Про такі об’єкти говоримо, що вони дискретні, тобто кожний з них може займати в будь-який момент часу тільки визначену точку простору. З метою моделювання вважають, що у таких об’єктів немає просторової протяжності, довжини або ширини, але кожний з них може бути позначений координатами свого місцеположення. Крім того, говорять, що точки мають нульову кількість просторових вимірів.

Лінійні об’єкти. Такі об’єкти подаються, як одновимірні у нашому координатному просторі. До них відносяться: дороги, річки, кордони тощо. Для таких об’єктів ми можемо вказати, на відміну від точкових об’єктів, просторовий розмір нескладним визначенням їх довжини. Крім того, для таких об’єктів ми повинні знати мінімально дві точки – початкову та кінцеву. Це потрібно для опису місцеположення лінійного об’єкту у просторі. Чим складніша лінія, тим більше точок необхідно для вказування точного її місцеположення.

Об’єкти, що мають довжину і ширину, називаються областями, або площинними об’єктами. При визначенні місцеположення області у просторі ми бачимо, що її границею є лінія, яка починається та закінчується у одній тій самій точці. Тобто, крім вказування місцеположення областей через використання ліній, ми можемо уявити її три характеристики: як для ліній – це форма і орієнтація, а тепер і ще величина площі, яку займає область.

Додавання нового виміру – висоти – до площинних об’єктів дозволяє нам спостерігати і фіксувати поверхні. Будь-яка поверхня складається з необмеженої кількості точок з відповідними значеннями висот. Ми говоримо, що такі поверхні безперервні так, як точки поверхні розподілені без розривів, безперервно по усій поверхні.

Будь-які точкові, лінійні, площинні об’єкти та поверхні існують у просторі, вони мають власне місцеположення де їх можна знайти. Але, як ми можемо визначити важливість площинного об’єкту, що має форму кола з площею у 10 гектарів та має певну орієнтацію у просторі. Тому потрібен спосіб класифікації таких об’єктів, що базується на використанні інших властивостей і термінології, яка зрозуміла користувачам.

 

Шкали вимірів.

Картографічні об’єкти містять інформацію не тільки про те, яке вони займають положення у просторі, але і про те, чим вони є. Наприклад: завод – з виробництва вантажних автомобілів.

Додаткова непросторова інформація, яка допомагає нам описувати об’єкти, що спостерігаються у природі, утворює набір атрибутів об’єкту. Але перед тим, як надавати ці атрибути об’єктам, ми повинні знати, як їх вимірювати. В протилежному випадку ми не зможемо порівняти об’єкти в одному місці з об’єктами в іншому місці.

На практиці існує відпрацьована основа для вимірів практично всіх видів даних, в тому числі і географічних. Це так звані шкали вимірів даних. Встановлено три види шкал виміру даних, що пов’язані з географічними об’єктами.

Перший вид – номінальна шкала. З її назви наслідує, що ці об’єкти розрізняються за іменами. Ця система дозволяє нам зробити висновок про те, як називається об’єкт, але не дозволяє зробити висновок про якості різних об’єктів. Приклади: місто, шахта, міст, дорога, річка, ліс.

В такому випадку, коли необхідно провести більш докладне порівняння об’єктів, то необхідно встановлювати більш високу шкалу вимірів. В такому випадку застосовують порядкову шкалу – від кращого до поганого для конкретного випадку. Приклад: місто: маленьке, середнє. велике.

В тому випадку, коли ми прагнемо бути більш точними у вимірах, необхідно застосовувати інтервальну шкалу вимірів, в якій величинам, що вимірюються, приписуються численні значення. Приклад: горизонталь з відміткою 20.0; горизонталь з відміткою 30.0; горизонталь з відміткою 40.0.

Крім того, на практиці використовують і шкалу відношень. Прикладом є розподіл місцевості за рівнем доходу населення. Так в одній місцевості він складає 2000 гр., а в другій – 4000 гр. Розділив одну величину на іншу, ми можемо коректно стверджувати, що середньорічний доход родини в першому районі у двічі менший, ніж у другому.

Розглянувши основи порівняння об’єктів, тепер ми можемо об‘єкти спостереження розподіляти на точки, лінії, поверхні, площини та класифікувати їх за допомогою вимірів їх характеристик у чотирьох різних шкалах – номінальній, порядковій, інтервальній, відношень. Конкретна шкала вибирається в залежності від того, який нам потрібний опис та, як ми збираємося порівнювати об’єкти дослідження.

Але ще одним з завдань просторового аналізу є визначення місцеположення об’єктів в просторі. Це необхідно для встановлення картини взаємодії об’єктів для яких ми отримали їх характеристики. На практиці використовують визначення абсолютного та відносного місцеположення об’єкту.

Абсолютне місцеположення дозволяє нам визначити положення точки на поверхні Землі. Найпоширеніша система відліку, що пов’язана з Землею – географічна система відліку.

Положення точки на поверхні Землі характеризується географічними координатами: широта (В) та довгота (L). За їх допомогою ми можемо визначити положення будь-якого визначеного об’єкту. Крім того, ці кутові величини В і L можуть бути легко перетворені у метри або кілометри, що дозволяє нам вимірювати відстані на поверхні Землі за допомогою відповідних формул.

Під час виконання завдань географічного аналізу дуже важливим є відносне місцеположення об’єкту дослідження. Маючи систему абсолютних координат, ми можемо визначити відносне положення простим відніманням з більших координат менших (рис.2.1).

A(X,Y) B(X,Y)

 

 

Просторовий розподіл.

 

Аналіз відношень об’єктів – одне з головних завдань, що вирішується за допомогою геоінформаційних систем. Тому і в базу даних ГІС вводиться велика кількість даних різних типів.

Кожний набір об’єктів має встановлене просторове розміщення. За особливостями просторового розміщення об’єктів, як правило, стоять певні процеси, що їх визначають. Наприклад, для посадки фруктового саду дерева повинні розмішуватися на відстані 5 метрів друг від друга. Виходячи з цього, ми створимо регулярний і рівномірний розподіл рослин. Такий розподіл суттєво відрізняється від розміщення дерев в лісі, які розміщені випадково, без певного плану. З іншої сторони, аналізуючи розміщення населених пунктів в різних країнах, дуже часто можемо бачити, що ці населені пункти розміщуються поблизу річок, озер, океанів. Нам відомо, що водоймища є джерелами питної води, корисні для розвитку торгівлі, тому ми можемо легко здогадатися, що властивість міст групуватися поблизу таких об’єктів обумовлена цими потребами. Згруповане розміщення міст є прикладом просторового розподілу з високою щільністю об’єктів, в той же час розміщення інших об’єктів, таких як ферм у сільській місцевості, є прикладом більш розрідженого розподілу.

Тому на практиці визначають: регулярне і рівномірне розміщення; випадкове розміщення; згруповане і розріджене розміщення об’єктів. Крім того, аналізуючи розміщення об’єктів ми дуже часто можемо встановити, що один просторовий розподіл об’єктів може частково або повністю бути пов’язаним з іншим просторовим розподілом. В цьому випадку ми говоримо, що маємо справу з просторово корельованими розподілами.

Потужні можливості сучасних геоінформаційних систем дозволяють показувати, описувати і подавати у числовому вигляді усі можливі просторові зв’язки між об’єктами.

 

2.2. Збір географічної інформації. Графічне подання об’єктів та їх атрибутів.

 

Растрові моделі даних.

Як було раніше розглянуто, географічний простір можливо подати за допомогою векторної або растрової моделі подання даних. Растрова структура даних передбачає, що кожна чарунка в такій структурі пов’язана з одним значенням атрибуту. Для створення растрової спеціальної карти ми збираємо дані за визначеною темою у формі двовимірного масиву чарунок, де кожна з них являє собою окремий атрибут. Такий двовимірний масив даних називається покриттям. Приклади: рослинність, населені пункти, гідрографія тощо. Такий підхід дозволяє нам сфокусувати нашу увагу на об’єктах і взаємозв’язках між ними без додаткових складнощів.

На практиці, найбільш часто нас цікавлять взаємозв’язки однієї теми (шару) з іншими темами (шарами). В такому випадку спочатку ми створюємо шари (теми), що нас зацікавили. Після цього ми їх поєднуємо, тим самим виконуємо моделювання всіх необхідних характеристик області, яка досліджується.

Існує кілька способів збереження, адресації значень окремих чарунок растру, їх атрибутів, назв покриття і легенд – моделей даних.