Применение картографии в образовательной школе

 

 

                          3.Программы и модули

 

                                        3.1 ARC/INFO

Предоставляет полный набор средств и функций для управления, анализа, отображения и картирования географической информации на персональном компьютере. Используется в десятках разнообразных приложений. Типичными сферами применения PC ARC/INFO являются:

· создание баз данных, анализ деятельности, управление генеральными планами развития небольших городов;

· создание картографической продукции для разнообразных нужд;

· проведение обучения студентов и преподавателей университетов и ВУЗов;

· картирование и анализ пространственно распределенной информации.

В состав PC ARC/INFO входит шесть интегрированных модулей:

· PC STARTER KIT - базовые средства создания ГИС, включающие системы цифрования, топологической поддержки данных, поддержки картографических проекций, а также системы работы с базами данных и визуализации для вывода твердых копий.

· PC ARCPLOT - средства графического отображения информационных запросов и вывода картографической информации - от простых экранных изображений до высококачественных географических карт для докладов и презентаций.

· PC ARCEDIT - ввод и редактирование графических и атрибутивных данных, включающие средства проверки и корректировки ошибок.

· PC DATA CONVERSION - импорт/экспорт векторных данных.

· PC OVERLAY - средства объединения и анализа географической информации на основе пространственной и топологической взаимосвязи объектов.

· PC NETWORK - анализ и моделирование пространственных сетей: дорожных, речных, газовых, электрических и т.п.

Управление функциями PC ARC/INFO осуществляется через развитую систему контекстных меню пользовательского интерфейса PC ARCSHELL. Для создания приложений и составления макросов можно использовать встроенный макроязык программирования SML. Табличные данные хранятся в формате dBASE. Функции базы данных включают в себя ввод, обработку и анализ данных, арифметические и логические операции, подготовку итоговых документов. В текущей версии 4.0, помимо улучшенного интерфейса, есть ряд новых функций. Проведено коренное изменение работы всех модулей. PC ARC/INFO версии 4 включает 32-разрядные исполняющие программы, существенно улучшенную производительность при работе под Windows 95, 98, NT. В числе новых функций - поддержка растровых изображений в модулях PC ARCPLOT и PC ARCEDIT, работа с данными покрытий двойной точности, новые пространственные операции (такие как выборка темой по теме), определяемые пользователем команды, постоянные многоуровневые связи с файлами данных и другие новшества.

                            

                                              3.2ArcView

Самый популярный и распространенный программный продукт ESRI выполнен в виде стандартного приложения WINDOWS (работает также на платформах UNIX и, в ряде версий, Macintosh). Он легок в освоении и может использоваться в различных сферах деятельности для визуализации, запроса и анализа любой пространственной информации. ArcView GIS объединяет векторные, растровые, табличные данные в единую аналитическую систему. С помощью этого программного продукта можно:

· создать и поддерживать собственную географическую базу данных;

· использовать данные других организаций, в том числе обращаться к серверным базам данных посредством SQL-запросов;

· проводить анализ и моделирование пространственных объектов и явлений;

· использовать растровые данные в процессе картографического анализа и отображения;

· связывать имеющиеся в вашем распоряжении документы в режиме горячей связи;

· управлять картографическими проекциями, масштабом и единицами измерений;

· создавать высококачественные карты (интерактивные и печатные);

· настраивать функциональность системы под решение собственных задач с помощью встроенного языка программирования Avenue.

ArcView GIS обеспечивает интеграцию данных из разных источников. Помимо создания и редактирования пространственных данных в собственном формате (шейп-файлы), ArcView обеспечивает доступ к данным ARC/INFO, PC ARC/INFO, ArcCAD, AutoCAD, Intergraph, а также импорт картографических данных из MapInfo, Atlas GIS и ASCII. Формат шейп-файлов не топологический, поэтому предпочтительно использовать в ArcView векторные данные, прошедшие топологический контроль в системах ARC/INFO или PC ARC/INFO. Растровые изображения также могут поступать в разных форматах - ERDAS IMAGINE, JPEG, BSQ, TIF, GeoTIF, BIL, BIT, SUN, RS, RLS, GRID ARC/INFO. В зависимости от типа растровых данных они используются и как иллюстрации к карте, и как картографическая подложка,   и как самостоятельный  объект пространственного анализа. ArcView GIS работает непосредственно с базами данных, поступающими с покрытиями ARC/INFO в виде атрибутивных таблиц формата dbf или INFO. Атрибутивные данные также могут храниться в текстовом формате, форматах dBase III, dBase IV или в стандартных СУБД (ORACLE, SYBASE, INFORMIX, Excel, Access и др.), воспринимающих SQL-запросы. Подгруженные данные могут быть различными способами связаны между собой: объединены в единую таблицу в режиме «один к одному» или связаны по единому признаку в режиме «один ко многим». Любые запросы к данным могут быть отображены на карте или в диаграмме. Обширные наборы картографических значков, штриховок и закрасок поставляются в готовом виде вместе с ArcView GIS. Значки хранятся в формате TrueType. Большой спектр условных знаков и дополнительные возможности по созданию и использованию собственных условных знаков позволяют оформлять карты в соответствии с принятыми в картографии правилами и осуществлять высококачественную печать карт.

Структура пакета состоит из базовой оболочки и набора внутренних и внешних модулей. Модули могут добавляться по мере необходимости, расширяя функциональность основного ядра. Встроенные модули ArcView GIS 3.2, включенные в стандартный комплект поставки:

· Report Writer/Генератор отчетов - обеспечивает прямую связь с Crystal Reports для увеличения возможностей построения отчетов и графиков.

· Geoprocessing/Пространственные операции - использует интерфейс Мастеров для создания буферных зон, разбиения, пересечения, вырезания, объединения объектов разных тем.

· Grid and Graticules/Координатная сетка - используется в компоновках для добавления заданных пользователем координатных и других сеток к карте.

· Legend Tool/Конструктор легенды - включает Мастер по работе с легендой в компоновке.

· CAD Reader обеспечивает прямую поддержку для файлов AutoCAD (DWG, DXF) и MicroStation (DGN).

· VPF Viewer обеспечивает прямое чтение данных формата Vector Product Format (VPF) и поддержку 2D и 3D VPF файлов. Формат является стандартом Американского Министерства обороны и принят также в качестве международного обменного формата.

· Image Reader поддерживают форматы ADRG, CADRD, CIB, IMAGINE, JPEG (JFIF), MrSID, NITF, TIFF 6.0.

· Database Access обеспечивает непосредственный доступ к данным SDE (Spatial Database Engine).

· Dialog Designer включает средства для построения диалоговых окон, собственных наборов инструментов и других вспомогательных средств.

· Digitizer позволяет производить ввод данных с дигитайзера.

· Projection Utility дает возможность изменения параметров картографических проекций.

Дополнительные (внешние) модули ArcView GIS 3.2:

· ArcView Network Analyst - дополняет ArcView GIS функциями анализа линейных сетевых тем, таких как дороги, коммуникации, реки, а также решает задачи поиска и локализации объекта по адресу, нахождения оптимального маршрута и генерации маршрутного листа, определения ближайшего пункта обслуживания, зон доступности.

· ArcView Spatial Analyst - предназначен для создания, отображения и анализа растровых данных в виде регулярной сетки (грид). Возможности модуля включают: преобразование векторных данных в грид; создание буферных зон и поверхностей близости; построение карт плотности и изолиний; построение карт уклонов и экспозиций; картографический анализ по ячейкам грида; логические запросы по нескольким грид-темам; анализ соседства; классификация и отображение гридов. Модуль поддерживает расширенные возможности программирования на языке Avenue для разработки приложений для пространственного анализа.

· ArcView 3D Analyst - включает средства для создания, анализа и отображения трехмерных данных. Изображение 3D-поверхности можно вращать, а также просматривать поверхность "в полете" над ней. Как и к обычным темам, к 3D-поверхностям можно осуществлять запросы и привязывать базы данных. 3D Analyst предоставляет пользователю широкий набор функциональных возможностей: построение TIN (триангуляционная нерегулярная сеть) и грид-поверхностей, построение трехмерных объектов, планиметрическое изображение поверхностей и трехмерных форм, перспективное изображение поверхностей, построение изолиний, вычисление уклонов поверхностей и экспозиции склонов, расчет зон видимости, вычисление площадей и объемов выемок и многое другое.

· ArcView Image Analysis - разработка компании ERDAS. Обеспечивает быстрое интерактивное отображение данных дистанционного зондирования ДДЗ (в том числе многозональные снимки) и их привязку к карте. Содержит средства настройки яркости и контраста для улучшения визуальных характеристик изображения. Предоставляет функции автоматического дешифрирования изображений - выделение границ площадных объектов со сходными характеристиками изображения, распознавание объектов по эталону, построение карт состояния растительности на основе расчета вегетационного индекса, автоматизированная классификация многозональных изображений по типу кластерного анализа, выявление временных изменений (по снимкам или тематическим растрам).

· ArcView Stereo Analyst - разработка компании ERDAS. Предназначен для создания и обработки стереопар аэрокосмических снимков и преобразования имеющихся двумерных ГИС данных в трехмерные.

· ArcView Business Analyst - интегрирует реальные бизнес-задачи с широким набором соответствующих данных в простом, удобном интерфейсе.

· ArcView Internet Map Server - позволяет разместить картографические и ГИС приложения на web сервере без применения программирования.

· ArcView Tracking Analyst - совместная разработка ESRI и компании TASC - позволяет в режиме реального времени отображать, собирать и воспроизводить данные, например, данные систем спутниковой привязки GPS. Подобные возможности особенно полезны для слежения за перемещением наземных транспортных средств, самолетов, людей, животных и т.д.

· ArcPress for ArcView - растеризатор графических метафайлов, улучшающий возможности печати и экспорта. Работает с компоновкой ArcView.

· ArcView Street Map и StreetMap 2000 - содержат большие базы данных по США с поддержкой адресного геокодирования.

ESRI будет продолжать поддерживать  и лицензировать ArcView GIS 3.х после выхода ArcView 8.1. В обозримом будущем оба направления получат дальнейшее развитие, хотя, естественно, большее внимание будет уделяться ArcView 8.

ГИС- анализ.

После сбора всей необходимой информации для ГИС-анализа и проведения наших исследований ее необходимо перевести в единую систему – базу геоданных. Это подразумевает под собой приведение к единой математической основе цифровых карт, космических снимков, данных GPS съемки, и интегрирование в ГИС-среду различных таблиц. Табличные данные информативны, но имеют один существенный недостаток для проведения географического анализа – они, в отличие от цифровых карт, напрямую не содержат информацию о пространственном положении объектов. Так, например, на исследуемый город мы имеем в виде таблицы данные жилищного фонда, которые содержат адрес, информацию о количестве проживающего населения, этажности, годе постройки и др. по каждому дому. На их основе мы хотим проанализировать распределение плотности населения по городу. Естественно, что, просто просмотрев таблицу, у нас не получится добиться нужного результата. Поэтому для решения этой задачи необходимо установить связь между нашими данными и адресным слоем из базовой цифровой карты в ГИС, другими словами, мы «привязываем» наши данные к карте. Установление такой связи называется адресным геокодированием. Процедура геокодирования не в автоматическом режиме представляет собой сложный и трудоемкий процесс. Для его автоматизации нашими специалистами было разработано уникальное программное обеспечение, которое обеспечивает высокую скорость и точность «привязки» данных. После сбора и обработки всех исходных данных мы переходим непосредственно к решению исследовательских задач на основе ГИС-анализа.

Для решения задач пространственного и статистического анализа в ГИС имеется богатый набор инструментов. Они позволяют нам строить буферные зоны и зоны охвата, определять расстояния, получать геометрические характеристики объектов (длина, площадь), проводить различные пространственные и атрибутивные выборки (на основе SQL-запросов), делать операции оверлея (наложения слоев) и др. Это наиболее важные функции ГИС, и от их эффективности напрямую зависит эффективность и полезность самих ГИС. С помощью пространственного анализа мы легко можем определить, какое количество населения проживает в разных по времени доступности зонах охвата предполагаемого торгового центра. Или, например, провести конкурентный анализ среди розничных сетей фаст-фуда.

Математико-картографическое моделирование позволяет нам рассчитывать значения какого-то показателя или явления на всей исследуемой территории на основе дискретно распределенных данных. Для этого используются различные методы геостатистического анализа, в основе которого лежит интерполяция, экстраполяция аппроксимация данных и различные способы картографического изображения, которые основаны на классификации данных. Эта методика находит отражение, когда мы, например, строим псевдоизолинейную карту (поверхность плотности) распределения средневзвешенной цены 1 кв.м офисной недвижимости в городе. Моделирование позволяет на основе разных факторов осуществлять комплексную оценку территории для ее пригодности под определенные поставленные задачи, проводить районирование, ранжирование и кластеризацию. Моделирование на основе разновременных данных позволяет нам оценить динамику развития какого-либо явления и дать качественный прогноз.

В результате ГИС-анализа территории мы всегда получаем серию качественных тематических карт, графиков и таблиц, которые доступны для понимания и с легкостью дают ответы на поставленные вопросы исследования. Поэтому визуализации мы уделяем большое внимание. Карты могут быть как двумерными, отражающими какое-то явление или синтез разных показателей, так и трехмерными, представляющими собой 3D-виртуальную модель местности; как статическими, так и в виде анимации.

 

 

 

 

 

 

                                          Заключение

Особую значимость в настоящее время имеют результаты анализа многозональных космических снимков зарубежных и российских спутников. Это связано с тем, что в последние 10 лет интенсивными темпами развиваются как возможности сенсоров спутников, так и программные средства для их обработки и анализа. В первом случае значительно расширяется диапазон спектральных каналов, в которых происходит регистрация отражательных характеристик объектов, наряду с сужением диапазона самих каналов. По-видимому, это приведет к тому, что в ближайшем будущем этот диапазон охватит все возможные пределы электромагнитного излучения, поступающего с поверхности Земли и мы будем способны получить целостную картину спектра, поступающего с любой точки земной поверхности, а, учитывая постоянный рост разрешающей способности сенсоров спутников, минимальные размеры этой "любой точки" уже сейчас достигают 30-50 см.  
 
Следующий этап - включение космических снимков в единую структуру ГИС на основе точного географического позиционирования и использование специализированной программной обработки снимков, которая дает доступ к информации, в них заложенной. Все это позволяет в полном объеме применять данные дистанционного зондирования земли для изучения и анализа природных геосистем .                                                    
 
На данном этапе нами применяются десятки спектральных индексов, характеризующих состояние самых различных элементов природных геосистем, почвенного и растительного покрова, гидрохимического и гидробиологического состава водоемов и водотоков, наличие в водоемах, почве и растительном покрове органических и неорганических загрязнителей, включая нефтепродукты. Наряду с широко распространенными индексами, в настоящее время нами разработан ряд собственных оригинальных методик и подобрана большая серия спектральных характеристик и расчетных индексов для точной и однозначной идентификации параметров природных  геосистем.