Главная страница

230201 Конспект лекций Геоинформатика 2011. Конспект лекций по геоинформатике г. Новосибирск 2011 2 Раздел Геоинформационное картографирование


Скачать 0.73 Mb.
НазваниеКонспект лекций по геоинформатике г. Новосибирск 2011 2 Раздел Геоинформационное картографирование
Дата29.01.2019
Размер0.73 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файла230201 Конспект лекций Геоинформатика 2011.pdf
ТипКонспект лекций
#54488
страница1 из 5

Подборка по базе: курс лекций по ТУТК для ЗО.doc, ПЗ №6 Конспект.docx, Курс лекций ИСУ 2010.doc, Николаева Л.А. Нервные болезни. Сборник лекций - копия.doc, конспект лекций по Отечественной истории.doc, Конспекты лекций по ТТ.doc, Федчишин Ю.И. Контроль и ревизия.Курс лекций Часть 1. doc.doc, 5fan_ru_Информационные системы. Курс лекций.doc, 230201 Конспект лекций Геоинформатика 2011.pdf, 10_Конспекты лекций.doc.
  1   2   3   4   5

Конспект лекций по геоинформатике
Сибирская государственная геодезическая
академия
Лисицкий Д.В.
Конспект лекций
по геоинформатике
г. Новосибирск
2011

2
Раздел 1. Геоинформационное картографирование
(получение пространственного ресурса)
1.1 Сущность и основные понятия геоинформатики
Вся история развития человечества подразделяется на 3 эпохи:
 6000 лет длилась сельскохозяйственная эпоха;
 150 лет длилась эпоха промышленная (индустриальная);
 На рубеже XX и XXI веков человечество вступило в информационную эпоху.
Это означает, что основным фактором развития человеческой цивилизации сегодня становятся информационные ресурсы, а информация является неотъемлемой частью всех видов человеческой деятельности.
Важнейшей составляющей информации является геоинформация – пространственно-координированная информация об окружающем нас географическом пространстве. В задачах территориального управления около
70% решений связаны с использованием геоинформации. Вопросы получения и использования геоинформации базируются на новом понятии
геоинформатика.
Определения геоинформатики
Геоинформатика произошла как средство анализа и исследований окружающей среды в географии и определяется в трех аспектах:
1. как наука;
2. как информационная технология;
3. как производство (информационная индустрия).
Определение геоинформатики как науки:
«Научная дисциплина, изучающая природные и социально-
экономические геосистемы посредством компьютерного моделирования
и анализа на основе баз данных и географических знаний»
Определение геоинформатики как информационной технологии:
«Технология
сбора,
обработки,
накопления,
хранения,
преобразования,
анализа
и
отображения
пространственно-
координированной информации»
Определение геоинформатики как информационного производства:
«Производственная деятельность по получению и переработке
пространственно-координированной
информации
и
подготовке
пространственных решений, а также по созданию и эксплуатации
геоинформационных систем и технологий»

3
Важнейшие особенности геоинформатики:
1. однозначная идентификация объектов пространства с помощью координатной привязки;
2. моделирование всех объектов пространства как точек, линий, полигонов (площадей) и поверхностей, абстрагируясь от их сущности;
3. математическая обработка абстрактных объектов – точек, линий, площадей и поверхностей.
Связи геоинформатики со смежными областями науки и производства показаны на рисунке 1.
Рис.1. Связь геоинформатики со смежными
областями науки и производства
Картография
Геоэкология
Геодезия
География
Геоинформатика
Дистанционное
зондирование
Информатика
Составные разделы геоинформатики:
1. Геоинформационное картографирование - создание пространственного информационного ресурса.
2. ГИС-обработка - переработка пространственного информационного ресурса в пространственные решения.
1. 2. Сущность и содержание геоинформационного
картографирования
Определения геоинформационного картографирования (ГИК)

4 1. Геоинформационное картографирование – раздел картографии и
геоинформатики, охватывающий теорию и методы создания и использования геоинформационных моделей, цифровых и электронных карт, других пространственно-временных моделей на основе геоинформационных систем и технологий.
2. Геоинформационное картографирование – технологический процесс сбора и обработки геоинформации
(ГИ), формирования геоинформационных моделей
(ГИМ), создания и ведения территориальных банков данных (ТБД), создания цифровых карт местности (ЦКМ) и электронных карт (ЭК).
Ключевые понятия ГИК
1. Геоинформация
2. Геоинформационная модель
3. Территориальный банк данных
4. Цифровая карта
5. Электронная карта
6. Технологический процесс картографирования
Принципиальные различия традиционного и геоинформационного картографирования приведены на рисунке 2.
Процесс
Результат
Характеристики
Геоинформационное
картографирование
ГИМ
ЦКМ
ЭК
Цифровая форма
Индивидуальное содержание
Динамический характер
Поток данных
Традиционное
картографирование
Карта
Аналоговая форма
Стандартное содержание
Статический характер
Массив данных
Рис.2. Различия традиционного и геоинформационного
картографирования
Ориентация картографирования:
1. Традиционное картографирование направлено на подготовку информации непосредственно для человека (т.е. ориентировано на человеческое восприятие).

5 2. Геоинформационное картографирование направлено на подготовку информации для компьютера (т.е. ориентировано на компьютерную обработку данных).
Базовые понятия ГИК:
• Пространственные объекты – видимые и виртуальные объекты территории
• Пространственные отношения – взаимосвязи объектов в пространстве
• Пространственные свойства – свойства объекта в части его формы и положения в пространстве
• Пространственная информация (геоинформация) – информация о форме и положении объекта в пространстве
• Геоинформационная модель – модель территории в пространственном отношении
• Геоинформационный процесс – процесс получения пространственной информации, моделей объектов и территории
Взаимосвязи перечисленных базовых понятий ГИК показаны на рисунке 3.
Территория
Модель территории
О Б Ъ Е К Т Ы
Г е о и н ф о р м а ц и я
МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ
Геоинформационный процесс
Г е о и н ф о р м а ц и я
Г е о и н ф о р м а ц и я
С в о й с т в а
Г е о и н ф о р м а ц и я
Г е о и н ф о р м а ц и я
Г е о и н ф о р м а ц и я
Рис. 3 Схема взаимосвязей базовых понятий ГИК
1.3 Пространственные объекты, пространственные
свойства, пространственные отношения и
пространственная информация (геоинформация)
Типы пространственных объектов

6
В качестве пространственных объектов в геоинформационном картографировании различаются 4 типа видимых и виртуальных объектов местности:
• географические, функциональные, исторические и другие отраслевые
объекты - дома, леса, реки, дороги, территории, маршруты движения и т. д.;
• различные социально-экономические и природные явления – вечная мерзлота, снежный покров, наводнение, заболеваемость и т.д.;
• природные и техногенные процессы – загрязнение или эрозия почв, опустынивание, заболачивание, урбанизация, миграция и т.д.;
события – цунами, автокатастрофы, падение метеорита, военное сражение и т.д.
Виды пространственных отношений:
 включение – объект А включает объект В;
 пересечение–объект В пересекает объект А;
 примыкание–объект А примыкает к объекту В;
 соседство – объект А – сосед объекта В.
Примеры пространственных отношений
Включение: озеро в лесу, остров на реке, дом на острове, просека в лесу и т.д.
Пересечение: дорога через лес, лес и болото, территория города и зона наводнения, две дороги, дорога и река и т.д.
Примыкание: дорога по краю леса, два земельных участка, лес и пашня и т.д.
Соседство: населенные пункты, дороги, озера, леса, реки, мосты и т.д.
Характеристики геоинформации:
• состав и содержание;
• форма представления;
• структура и формат;
• языковые средства представления.
Состав и содержание геоинформации:
геометрическая - информация о форме, размере и местоположении объекта;
семантическая ( атрибутивная) - информация о сущности и содержании объекта и его свойствах;
топологическая – информация о пространственных отношениях объектов.
Формы представления геоинформации:

7
аналоговая – представлена в виде графических и фотографических изображений и предназначена для визуального восприятия человеком;
алфавитно-цифровая – представлена набором букв и цифр и предназначена для восприятия человеком;
псевдоаналоговая - представлена в виде графических изображений на компьютерных устройствах и предназначена для визуального восприятия человеком;
цифровая – представлена в компьютерно-читаемом виде и предназначена для компьютерной обработки.
Структуры и форматы геоинформации
Структура информации – конструкция из элементов информации, построенная по определенным правилам.
Формат данных – способ расположения данных в памяти компьютера, в базе данных и/или на внешнем носителе.
Конвертирование – преобразование данных из одного формата в другой.
В геоинформационном картографировании применяются разные структуры и разные форматы для геометрической и семантической информации, для разных программных средств и систем управления базами данных (СУБД).
Языковые средства представления геоинформации
Языковое средство – совокупность символов, соглашений и правил, используемых для описания, манипулирования, поиска, отображения и передачи информации посредством компьютерной техники.
Основные формы реализации в ГИК:
Система классификации и кодирования – это совокупность методов и правил распределения пространственных объектов и их свойств по классификационным группировкам (классам) и присвоения им условных обозначений (кодов)
Правила цифрового описания объектов – система единых требований к формализованному представлению геоинформации.
Взаимосвязи рассмотренных понятий приведены на рисунке 4.
1.4 Геометрическая информация – структуры и форматы
Форматы геоинформации
В геоинформационном картографировании различают 2 основных формата:

8
векторный – цифровое представление геометрии пространственных объектов в виде набора векторов, заданных парами (X,Y) или тройками
(X,Y,H) координат;
растровый – цифровое представление геометрии пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселов) с присвоенными им каких-либо значений.
ОБЪЕКТ
ОБЪЕКТ
ОБЪЕКТ
ФОРМА
СУЩНОСТЬ
ВЗАИМОСВЯЗИ
Геометрическая информация
Семантическая информация
Топологическая информация
Структура
и формат
Правила
цифрового
описания объектов
Система
классификации
и кодирования
Рис.4. Взаимосвязи рассмотренных понятий ГИК
Пространственная локализация объектов в векторном формате
Все пространственные объекты в векторном формате могут быть отнесены к одному из 4 типов пространственной локализации:
точечные объекты (точки);
линейные объекты (линии);
полигональные (площадные) объекты (полигоны или площади);
поверхности (рельефы) – трехмерный объект;
Тип локализации зависит от формы и размера объекта и от масштаба создаваемой геоинформационной модели.
Критерии локализации
Каждый пространственный объект характеризуется значениями периметра
(Pr) и площади (Pl). Отнесение их к аналогичным нормативным параметрам
(Pr)n и (Pl)n создаваемой модели заданного масштаба и определяет тип локализации объекта:

9
1. Если (Pr) < (Pr)n и (Pl) < (Pl)n, то объект относится к типу точечного и задается координатами одной точки, расположенной в центре симметрии объекта. Точечный объект характеризуется только своим местоположением и не имеет ни длины ни площади -
нульмерный объект.
2. Если (Pr) > (Pr)n и (Pl) < (Pl)n, то объект относится к типу линейного и задается одним или набором векторов, расположенных в центре симметрии объекта. Линейный объект характеризуется своим местоположением, имеет длину, но не имеет площади - одномерный
объект.
3. Если (Pr) > (Pr)n и (Pl) > (Pl)n, то объект относится к типу полигонального (площадного) и задается набором векторов, расположенных по его замкнутому контуру. Такой объект характеризуется своим местоположением, имеет длину и площадь -
двумерный объект.
Бесструктурный векторный формат (формат «спагетти»)
Данный формат представляет собой разновидность векторного представления линейных и площадных объектов в виде набора векторов
без учета пространственных отношений между объектами. Например, дорога по краю леса, пашня примыкает к лесу, но это никак не учитывается и каждый объект векторизуется отдельно. Поэтому могут проявляться расхождения в контурах и площадях (Рисунок 5).
Дорога
по краю
леса
ЛЕС
ДОРОГА
Пашня
примыкает к
лесу
ЛЕС
ПАШНЯ
Рис. 5 Пример бесструктурного векторного формата
Топологический векторный формат («линейно-узловой»)

10
Это разновидность векторного представления линейных и площадных объектов в виде набора векторов с учетом пространственных
отношений между объектами (т.е. с учетом топологии).
Базовые понятия векторно-топологического представления:
1. узел – начальная или конечная точка дуги;
2. дуга (ребро) – последовательность векторов, заключенных между двумя узлами;
3. полигон – упорядоченная последовательность дуг.
В топологическом векторном формате вначале задаются узлы, затем задаются дуги, затем из дуг собираются полигоны. Поэтому расхождений в контурах не происходит (Рисунок 6).
Дорога
по краю
леса
ЛЕС
ПАШНЯ
Пашня
примыкает к
лесу
ЛЕС
ДОРОГА
Рис. 6 Пример топологического векторного формата
Растровый формат
В основе растрового представления лежат понятия геометрических примитивов:
• ячейка пространства – элемент разбиения земной поверхности линиями регулярной сети;
• ячейка изображения – пиксел ( от английского picture element – элемент изображения) – наименьший неделимый элемент, получаемый дискретизацией изображения с помощью растра (Рисунок 7).
1. 5 Описание и представление семантической
информации

11
В геоинформационном картографировании для описания и представления семантической информации используются специальные классификаторы или каталоги, содержащие перечни пространственных объектов местности, их характеристик и значений этих характеристик.
В основу структуры, правил построения и использования этих документов положены разные принципы и подходы:
- в классификаторах объекты сгруппированы в классы (и подклассы) по определенным признакам;
- в каталогах объекты расположены в алфавитном порядке.
Сущность растрового
представления
Достоинства растрового представления:
Полная автоматизация процесса
Простота обработки и хранения
Удобство для отображения площадных
объектов
Недостаток – большие затраты памяти
компьютера
Рис. 7 Пример растрового формата
Основные определения в сфере представления семантической информации:
классификация – система деления совокупности объектов (а также их характеристик и значений характеристик) на отдельные группы – классы, внутри которых объекты обладают общими признаками;
классификатор – документ, содержащий свод классификационных группировок, наименований и кодов пространственных объектов местности , их характеристик и значений этих характеристик;
код – система букв, цифр и символов, присваиваемая и однозначно соответствующая пространственным объектам, их характеристикам и значениям характеристик для их компьютерного представления.
При проектировании информационных систем надо сделать два шага:
первый шагклассификация: надо четко выделить классы объектов, затем для каждого класса определить состав характеристик

12 объектов и затем определить значения каждой из этих характеристик
(или размерность и диапазон числовых значений);
второй шаг - кодирование, т.е. присвоение каждому понятию, определенному при классификации, условного обозначения-кода.
Коды могут быть буквенными, цифровыми и буквенно-цифровыми:
цифровой код - удобный, гибкий, не связан с языком, т.е. может быть международным кодом; недостаток - не связан с названием объекта.
Длина кода может быть переменной и для редких объектов коды длинные - много цифр, а для часто встречающихся объектов коды короткие - из одной цифры. Например: колодец ПК-1 и акведук-342.
буквенный код - лучше тем, что он мнемонически связан с понятием класса или конкретного объекта. Например: Г- гидрография, Р – рельеф, КОЛ – колодец, РЕК – река и т.д.
Классификация в ГИК производится на основе различных подходов.
Иерархическая классификация
Первые классификаторы в цифровом
(геоинформационном) картографировании строились на основе иерархической классификации: понятия располагаются по принципу «от одного ко многим», причем вверх допускается одна связь, вниз – много связей (см, например, рисунок 8):
Достоинства иерархической классификации: простота, наглядность, быстрый доступ и поиск нужной информации, удобство кодирования, легкость в запоминании и использовании кодов.
Недостаток иерархической классификации - жесткая фиксация одной конкретной классификации, одного представления конкретного пользователя
– составителя классификатора.
Например, в картографии такая классификация часто отражает систему печати карт на офсетной машине и связана с применяемым цветами объектов на карте. Кроме того, могут быть спорные случаи, когда объект по логике должен быть отнесен к разным классам.

13
  1   2   3   4   5


написать администратору сайта