Анализ данных и моделирование

Перечень функций, наличие которых практически обязательно для таких ГИС: пространственный анализ функции организации выбора объектов по тем или иным условиям, редактирования структуры и информации в базах данных; картографической визуализации; картометрические; построения буферных зон; анализа наложений; сетевого анализа и др.

Широкий круг операций поддерживается в той или иной мере многими геоинформационными системами: процедуры кластеризации и классификации, построения изолиний, проверки статистических зависимостей (факторный и корреляционный анализы), геометрических и проекционных преобразований геометрических данных.

Пространственный анализ чаще всего проводится с целью выявления следующих отношений:

- закономерностей в структуре или особенностей распределения объектов, а также их характеристик в пространстве;

- наличия и вида взаимосвязей в пространственном распределении нескольких классов объектов или отдельных характеристик;

- тенденций развития явлений в пространстве и во времени.

- выбор решения с учетом пространственных характеристик (расстановка антенн и определение их характеристик для обеспечения непрерывной радиосвязью поездов в процессе движения, выбор оптимального маршрута проезда по Москве с учетом ограничений и прогнозируемой скорости движения по улицам города и др.).

Функции работы с базами данных:

- изменения структуры баз данных;

- ввода новых данных и редактирование имеющихся;

- поиска необходимых данных с использованием запросов типа SQL;

- вычисления (калькуляция) новых значений поля по характеристикам других полей базы данных или других баз;

- создания производных баз данных путем объединения (классификации) записей исходной базы или выбором части полей исходной базы; объединение баз по общему (ключевому) полю и др.

Агрегирование данных предполагает переход к собирательным, обобщенным характеристикам объектов, сгруппированным по различным критериям.

Большое внимание в современных ГИС отводится геокодированию - привязке к карте объектов, расположение которых в пространстве задается сведениями из таблиц баз данных.

Эта информация может быть представлена следующим образом:

- координатами объектов прямоугольными или географическими, например, точки привязки шурфов в геологических или почвенных исследованиях, координаты которых получены приемниками глобальной системы позиционирования Глонасс или Навстар;

- адресами объектов в адресной системе урбанизированных территорий, например при привязке баз данных паспортной службы или налоговой инспекции;

- почтовыми индексами, например в случае анализа деятельности почтовых террористов;

- расстоянием от начала линейных маршрутов, например при привязке данных об авариях на нефтепроводах или аварийно-опасном приближении растительности к воздушным линиям электропередач.

Буферные зоны - полигоны, границы которых отстоят на определенное расстояние от границ исходных объектов. Буферные зоны могут создаваться для точечных, линейных и площадных объектов.

Суть оверлейных операции состоит в наложении двух разноименных слоев с генерацией производных объектов, возникающих при их геометрическом наслоении, и наследованием их семантики (атрибутов).

Сетевой анализ позволяет пользователю решать различные задачи на пространственных сетях связных линейных объектов (реки, дороги, трубопроводы, линии электропередач и т.п.).

К картометрическим функциям, реализованным в большинстве ГИС, относятся расчеты площадей, длин, периметров, площадей реальных поверхностей, объемов, заключенных между поверхностями.

К этой категории можно отнести и функции вычисления вторичных характеристик поверхностей - углов наклона, экспозиций склонов, зон видимости и др.

Основное название зонирования - построении новых объектов - зон, т.е. участков территорий, однородных в смысле выбранного критерия или группы критериев. Операции зонирования могут быть основаны на формальных методах кластерного анализа в пространстве признаков и перенесении результатов кластеризации в географическое пространство.

Далеко не все ГИС снабжены возможностями специализированного анализа, например ориентированного на вопросы геологии или географии. Поэтому такие возможности в ГИС зачастую добавляются средствами создания приложений самими пользователями.

- метод размытых (нечетких);

- метод нейронных сетей;

- теория хаоса;

- теория катастроф;

- фрактальный анализ.

Лекция 9

Блок моделирования ГИС

Построение и использование моделей пространственных объектов, их взаимосвязей и динамики процессов (математико-статистический анализ пространственных размещений и временных рядов, межслойный корреляционный анализ взаимосвязей разнотипных объектов и т.п.) средствами универсальных ГИС со встроенными функциями пространственного моделирования, специализированных ГИС или путем создания интерфейса с моделями вне среды ГИС.

Первые эксперименты по созданию ЦМР относятся к самым ранним этапам развития геоинформатики и автоматизированной картографии первой половины 1960-х гг. Одна из первых цифровых моделей рельефа местности была изготовлена в 1961 г. на кафедре картографии Военно-инженерной академии.

В ГИС модели могут включать не только информацию о местоположении (широта и долгота), но и данные о высоте.

Под цифровой моделью рельефа (ЦМР) принято понимать средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов (поверхностей, или рельефов) в виде трехмерных данных, образующих множество высотных отметок (отметок глубин) и иных значений аппликат (координаты Z) в узлах регулярной или нерегулярной сети или совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний.

Цифровая модель местности или ЦММ может восприниматься и как более общий термин для обозначения любого цифрового представления топографической поверхности, однако в этом смысле он используется не так широко.

Цифровое моделирование рельефа, как одна из важных моделирующих функций геоинформационных систем, включает две группы операций, первая из которых обслуживает решение задач создания модели рельефа, вторая - ее использование.

Основные области применения ЦМР:

- инженерно-изыскательские работы (проектирование трубопроводов, авто- и железнодорожных магистралей, выбор места для строительства зданий)

- охрана природы (моделирование поверхностного стока и механизма миграции загрязнений),

- телекоммуникационные задачи (оптимизация сетей радиовещания и средств мобильной связи)

Модули создания и обработки ЦМР в составе универсальных полнофункциональных инструментальных программных средств ГИС поддерживают следующие группы функций:

1) создание ЦМР в рамках одной из моделей пространственных данных;

2) расчет "элементарных" морфометрических показателей: углов наклона (уклонов) и экспозиций склонов; 

3) оценка формы склонов через кривизну их поперечного и про­дольного сечений;

4) подсчет положительных и отрицательных объемов относительно заданного горизонтального уровня в пределах границ участка;

5) построение профилей поперечного сечения рельефа по направлению прямой или ломаной линии;

6) оценка зон видимости или невидимости с заданной точки (точек) обзора;

7) аналитическая отмывка рельефа

8) трехмерная визуализация рельефа в форме блок-диаграмм и других объемных каркасных (нитя­ных), полутоновых (светотеневых) и фотореалистичных (текстурированных) изображений;

9) генерация сети тальвегов и водоразделов (сепаратрисе) и других особых точек и линий рельефа, на­рушающих его "гладкость";

10) построение изолиний по множеству отметок высот (например, генерация горизонталей);

11) интерполяция значений высот, другие трансформации исходной модели (например, осреднение, сглаживание, генерализация, фильтрация и т.п.)

12)ортотрансформированиеаэро- и космических снимков. 

13) трехмерное моделирование ландшафтов

14) моделирование речного стока и водосборных бассейнов

15) построение фото-блок-диаграмм

16) 3Д моделирование городских территорий

 

Лекция 10